[发明专利]用于风力或水力发电站的能够进行紧急操作的桨距驱动设备

说明书

背景技术

本发明涉及一种能够进行紧急操作以用于调整风力或水力发电站的转子叶片桨距的桨距驱动设备。

这种属类的设备用于相对于一个转子叶片的流动的空气或水媒介来改变桨距角（桨距），以便驱动一个能量产生设备，具体来说是驱动一个发电机。

现有技术已经披露了在机电驱动系统中使用DC和AC异步电动机（ASM）来调整风力或水力发电站的一个转子的转子叶片，这可以是依据旋转速度来控制的。使用DC机器的原因在于，即使在控制电子设备和电力电子设备故障的情况下，它们也允许转子叶片的能量移动到翼片位置，其中在电力系统故障的情况下，一个蓄能器组或电池组供应直流电压。经常使用AC机器的原因在于，AC机器实际上无需维护并且具有成本效益，而且可以使高转矩的功率水平可供使用。作为一个原则的是，旋转速度可以由电力电子设备控制的异步电动机在大多数情况下用作AC机器，其中所述电力电子设备通常包括一个整流器设备和一个逆变器设备，以及用于电动机绕组的PWM致动的一个控制设备。对于紧急操作模式，在许多情况下提供了替代的DC驱动器，这些DC驱动器在电源故障的情况下可以借助于直流电压源来执行紧急移动。

作为一个原则基于从旋转速度传感器或者位置传感器测得的数据来控制旋转速度。在传感器故障的情况下，在V/f操作模式（电压/频率控制）中控制的ASM可以移动到安全位置，具体来说是移动到翼片位置。在DC和AC电动机类型中，即使在低直流电压中间电路电压的情况下也可以使场减弱以便允许高旋转速度。场减弱模式意味着在旋转速度增加时，驱动磁场的强度减弱，同时电流保持恒定。在此上下文中，可以输出的转矩也减小，因为转矩是磁场与电流的乘积。

现有技术中存在若干缺点：DC电动机非常昂贵并且需要大量维护。由于DC电动机的低功率密度，其质量惯性矩一般是高的。结果是，这些电动机不适合于动态应用，例如在换向模式中的连续个别叶片控制。AC机器具有的缺点在于，理论峰值转矩随着电压的二次方而下降。由于在故障情况下小于400伏的低中间电路电压V_ZK，AC机器必须针对低电压进行配置，并且强制地带动逆变器必须生成以供使用的一个高电流流动。

这些缺点由如独立权利要求1所述的设备解决。有利的发展是附属权利要求的标的物。

发明内容

根据本发明，提出了一种能够进行紧急操作以用于调整风力或水力发电站的转子叶片的桨距驱动设备，该桨距驱动设备包括至少一个逆变器设备和一个三相电流驱动电动机。该三相电流驱动电动机被实施成一个永磁体激励的三相电流IPM（内部永磁体式）同步电动机。IPM同步电动机具有一个转子，该转子配备有多个永磁体，这些永磁体埋入在转子的内部中，该IPM同步电动机在下降的中间电路电压的情况下，例如在一个三相电流电力系统供应的一个或两个电力系统相故障、一个整流器的一个分支中的或逆变器的缺陷的情况下或者在借助于一个中间电路紧急操作直流电压源的紧急操作的情况下，可以达到比具有被供应直流电流的一个移动的线圈转子或SPM（表面附接永磁体）转子的一个相当的常规同步电动机更高的转矩。结果是，在下降的供应电压的情况下，尤其在故障的情况下可以实现一个高转矩，并且在故障的情况下可以实现转子的快速紧急移动或调整。结果，转子叶片调整设备的稳健性显著增强，并且发电站的安全性得到改善。

针对紧急操作模式，一个直流电压能量存储设备可以有利地实质上直接连接到位于一个整流器设备与该逆变器设备之间的一个直流电压中间电路，以便至少短暂地将能量供应到该同步电动机，结果是即使当中间电路电压V_ZK正在下降，该IPM同步电动机也可以至少短暂地在旋转速度控制下操作。因此，至少在紧急操作模式中，能量存储设备可以将DC能量直接馈送到整流器设备与逆变器设备之间的中间电路中，并且同步电动机可以在旋转速度控制下操作，只要能量存储设备可以生成可供使用的能量即可。

本发明是基于组合了多种不同优点的一个系统概念。一种有利的桨距驱动设备包括三个核心部件：具有永磁体转子的一个同步机器，该同步机器具有埋入的磁体并且充当桨距驱动电动机；一个逆变器单元，该逆变器单元作为一个伺服功率逆变器；以及最后，一个直流电压能量存储设备，该直流电压能量存储设备作为备用能量存储器，有利地包括多个高电容量电容器。直流电压能量存储设备直接耦合到整流器单元与逆变器单元之间的中间电路上，而无需例如现有技术中已知必须使用的隔离二极管。这意味着功率逆变器设备与能量存储设备的中间电路的电压水平V_ZK是标称上相同的。