[发明专利]风力发电站

说明书

技术领域

本发明涉及具有舱、轮毂和数据传输系统的风力发电站，该数据传输系统特别用于在舱的触点和绕其旋转的轮毂的触点之间传输操作及控制数据或其他数据。

背景技术

现有技术中存在各种风力发电站，其中数据从舱内的第一数据触点传输到可相对于舱运动且绕轮毂旋转的第二数据触点。通常，数据连接是串行的，通过滑动环实现，利用该滑动环把数据从静止的舱传输到旋转的轮毂，反之亦然。这些滑动环换能器可以具有多个触点，从而允许两个、三个或多个导电连接经滑动环换能器同时并存。

这些滑动环换能器例如用在风力发电站中以传输电流和数据。一种已知的风力发电站的设计叫水平轴风力发电站(HAWT)，其具有基本水平的旋转轴。该风力发电站内有一塔，在该塔上设置有一舱，舱内至少具有一个或多个发电机、转换器、控制器、变压器以及(可选的)传输设备。由舱支撑着包括轮毂(其上接附有旋转叶片)的所谓的旋转器，该旋转器可围绕基本水平的轴旋转。旋转器驱动所述一个或多个发电机，其中可选地具有传动装置。为了调节旋转叶片的迎风角度，每个旋转叶片接附至轮毂以绕着其纵轴旋转。

在现有的风力发电站中，旋转速度一般根据迎着旋转叶片的风速在第一工作范围内调节，风速越高，旋转速率越快。当达到风力发电站的额定功率时，开始第二工作范围，此时保持该旋转速率恒定在一特定风速以防止风力发电站超负荷。

由此可以知道，适当调节旋转叶片的迎风角度，可相应地限制风力发电站的旋转速率。

为了调节旋转叶片的迎风角度，例如可以在旋转器中加入受频率转换器控制的例如电机驱动器。当前设置的旋转叶片的迎风角度可经设在旋转叶片的全旋转角度发射器来捕获。此外，还可以在旋转叶片内设有传感器，不仅可以捕获旋转叶片的迎风角度，还可以捕获例如旋转叶片离塔的距离或旋转叶片的挠度，或者用于检测旋转叶片内的振动频率和强度。

在旋转叶片中使用频率转换器和传感器时需要具有从轮毂(风力发电站中一可旋转的部分)到风力发电站的静止部分(通常为舱)的数据传输。一般来说，风力发电站控制器会位于该静止部分或塔的其他位置。为了确保风力发电站的安全运行，必须要具备在任何及所有工作条件下都能安全且可靠运行的控制器。

许多风力发电站在达到允许的特定最大风速时会关闭以防止超负荷，该特定最大风速称为关机风速。此时，旋转叶片旋转到顺浆位置。当平均风速在一段时间内低于一特定阈值时，风力发电站再自动重新启动。这样可以可靠地防止风力发电站超负荷。然而其缺点是，在发电产能可能是最高的最强风力来临时，风力发电站却为了防止受损而关闭。而且，直到风速需在一段相当长的时间里低于最大强度时才能重新启动工作。因此不论转速如何，都需要在舱和旋转器之间有一可靠且安全的数据传输，用于优化控制操作的指令以及用于在风力过强或遇到故障时可靠地关闭系统的指令。

目前，从舱到旋转器的数据和电流经滑动环传输。由于数据传输较远，仅能以较低的数据速率进行传输，但从长远考虑，这种工作方式并不可靠。一般来说，滑动环需要定期清理或最迟在使用两年后做清理以确保后续的数据传输。发生数据传输时，数据经诸如互连总线、CAN或类似的总线系统进行串行传输。

当仅有一个滑动环触点失效时，由于已不能再确保数据传输的可靠性，整个系统都必须要关闭。

经以太网电缆实现数据传输(这种传输速度可以足够快)通常仅在静止状态下工作，这是因为以太网电缆的这种成对的双绞线电缆必须具有成对的双绞线以消除环境干扰。然而，在经滑动环传输时，位于滑动环内的触点却不能是双的，因此在滑动环处可能出现相当大的干扰，会严重影响到数据传输的可靠性。在旋转工作时，几乎不可能进行传输，或者传输也是不可靠的。

考虑到在旋转叶片中将使用越来越多的传感器，仅允许带宽窄的数据信号进行传输的串行数据传输已无法满足要求。当需要例如环绕在整个旋转叶片周围的玻璃纤维状的额外传感器以及借助该传感器来测量受旋转叶片的振动影响的光阻尼时，需要数据传输的带宽更宽。

从根本上说，经无线电实现从旋转叶片到控制器的数据传输是可能的。现在的WLAN系统包括了所需要的带宽且基本上可在所期望的距离上非常可靠地传输数据。但其缺点是可用通道的数量有限。