專利名稱：風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述類型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，用來聯(lián)接供應(yīng)或傳輸電網(wǎng)，此后稱為電網(wǎng)。本發(fā)明也涉及一種在風(fēng)力發(fā)電站中獲得高壓的發(fā)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包括上述發(fā)電機(jī)的可變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可以是一個(gè)單一的高壓輸電網(wǎng)聯(lián)接單元，但通常包括多個(gè)風(fēng)力渦輪，以形成一個(gè)風(fēng)力發(fā)電場所。每個(gè)風(fēng)力渦輪都配有一個(gè)位于軸心的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)可為同步或感應(yīng)類型。當(dāng)今感應(yīng)發(fā)電機(jī)更為普遍，因?yàn)槠涓阋?、更耐用。同步發(fā)電機(jī)能夠制造出無功電力，這是其相對(duì)于感應(yīng)式機(jī)器的一個(gè)優(yōu)勢。當(dāng)今風(fēng)力渦輪的容量一般為100－3000 kW，許多商用渦輪約為500 kW。趨勢是得到更高功率和電壓的發(fā)電機(jī)。當(dāng)今的電壓水平從400 V至幾個(gè)kV。在大多數(shù)風(fēng)力場所，為每個(gè)風(fēng)力渦輪配備一個(gè)變壓器是必需的，變壓器將電壓升高至當(dāng)?shù)氐墓?yīng)電壓，其一般為10－30 kV。因此這種變壓器和發(fā)電機(jī)組成了一個(gè)發(fā)電設(shè)備的完整部分。單個(gè)單元用高壓線以樹枝形或環(huán)形電網(wǎng)互相聯(lián)接。供應(yīng)電網(wǎng)可以和一個(gè)傳輸電網(wǎng)通過單個(gè)或幾個(gè)變壓器聯(lián)接。變壓器需要額外的成本，并有降低系統(tǒng)總效率的缺陷。它們還有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)，因?yàn)槠浜凶儔浩饔停诎l(fā)生故障或遭到破壞時(shí)可能泄漏出來。
因此，如果制造出高得多的電壓的發(fā)電機(jī)是可能的，至少可以去除供應(yīng)變壓器。對(duì)于當(dāng)今的發(fā)電機(jī)技術(shù)來說，制造一個(gè)10 kV的發(fā)電機(jī)是可能的，但其成本遠(yuǎn)高于一個(gè)更典型的660 V的機(jī)器。此外，當(dāng)今定子繞組的絕緣技術(shù)對(duì)溫度變化、濕度和鹽分很敏感，這些是一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)可能遇到的。對(duì)于當(dāng)今技術(shù)來說，這使得去除供應(yīng)變壓器是不現(xiàn)實(shí)的。
一個(gè)高壓發(fā)電機(jī)帶有一個(gè)磁性電路，其包括一個(gè)薄片狀的磁芯，比如帶有焊接結(jié)構(gòu)的鋼片。為提供通風(fēng)和冷卻，磁芯通常被分成帶有徑向和／或軸向通風(fēng)管的幾堆。磁性電路的繞組分布在磁芯的狹槽中，狹槽通常帶有一個(gè)矩形或梯形形狀的截面。
在多相高壓發(fā)電機(jī)中，繞組為單層或雙層繞組。對(duì)于單層繞組，每個(gè)狹槽只有一個(gè)線圈邊，而對(duì)于雙層繞組，每個(gè)狹槽有兩個(gè)線圈邊?！熬€圈邊”的意思是一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體垂直或水平聯(lián)接，并提供有一個(gè)普通的線圈絕緣體，即一個(gè)絕緣體被設(shè)計(jì)來承受發(fā)電機(jī)與地面之間的額定電壓。
雙層繞組通常制造為菱形繞組，而本上下文中的單層繞組可以制造為菱形或扁平繞組。在菱形繞組中只存在一種(可能兩種)線圈寬度，而扁平繞組被制造為同心繞組，即帶有變化較大的線圈寬度?！熬€圈寬度”的意思是在繞于同一磁芯的兩個(gè)線圈邊之間的弧形尺寸的距離。
通常所有大的機(jī)器被制造得帶有相同尺寸的雙層繞組和線圈。每個(gè)線圈的一條邊置于一個(gè)層中，另一條邊置于另一層中。這意味著所有線圈在線圈端部彼此交叉。如果有兩個(gè)以上的層，這些交叉使繞組工作變得復(fù)雜，線圈端部令人不滿。
用于旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的線圈，被認(rèn)為能夠在3－20 kV的電壓范圍內(nèi)，可以制造得較好。
理論上知道如何得到更大的電壓水平。比如，在US－A－4429244、US－A－4164672和US－A－3743867中描述了這樣的發(fā)電機(jī)。然而，根據(jù)上述文獻(xiàn)的機(jī)器設(shè)計(jì)不能最佳利用定子中的電磁材料。
還有以可變渦輪速度運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪。這種運(yùn)轉(zhuǎn)方式是有利的，因?yàn)榭梢詫⒖諝鈩?dòng)力學(xué)的效率最大化?？勺冝D(zhuǎn)速系統(tǒng)采用兩個(gè)帶有不同數(shù)目電極的發(fā)電機(jī)，或采用帶有能夠按兩速運(yùn)轉(zhuǎn)來聯(lián)接的繞組的發(fā)電機(jī)?？勺冝D(zhuǎn)速也可以通過頻率變換器裝置來得到。當(dāng)使用一個(gè)同步發(fā)電機(jī)時(shí)，可以簡化可變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，因?yàn)榭梢栽诎l(fā)電機(jī)與直流聯(lián)接之間使用一個(gè)簡單的二極管整流器。兩種最普通的逆變器類型為線整流和力整流。這兩種類型的逆變器輸出不同類型的諧波，因此需要不同的線濾波器。線整流逆變器帶有閘流晶體管，其產(chǎn)生的諧波電流會(huì)成為高壓輸電網(wǎng)中的電壓諧波。為去除這些諧波，必須使用一個(gè)大的高壓輸電網(wǎng)濾波器。另一個(gè)缺陷是線整流逆變器消耗無功電力。力整流逆變器能建立其自身的三相電壓系統(tǒng)，并且如果逆變器與高壓輸電網(wǎng)相聯(lián)的話，可以自由選擇使用的功率系數(shù)和功率的流向。通過使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)，去除了低頻諧波，且第一階諧波有一個(gè)逆變器轉(zhuǎn)換頻率附近的頻率。用于PWM逆變器的最有趣的電子管是絕緣門雙極晶體管(IGBT)。對(duì)于最新的IGBT電子管，將使用5至10 kHz的轉(zhuǎn)換頻率。當(dāng)今的IGBT電子管在電壓和功率方面有局限，使得一個(gè)單一的六脈沖逆變器能在1－2 kV時(shí)處理約1 MVA。
發(fā)明詳述因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)，可得到的高壓使得可省去供應(yīng)變壓器，即用于這樣的發(fā)電設(shè)備，其中發(fā)電機(jī)比相應(yīng)類型的傳統(tǒng)機(jī)器可得到高得多的電壓，以能夠按所有高壓類型與電網(wǎng)直接相聯(lián)，尤其是以超過20 kV的高壓，其被認(rèn)為是當(dāng)今的上限。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種發(fā)電機(jī)，其不象現(xiàn)在所謂的高壓繞組那樣對(duì)鹽分、濕度或溫度的變化敏感。本發(fā)明的第三個(gè)目標(biāo)是如果去除供應(yīng)變壓器，為所形成的高壓提供一個(gè)可變轉(zhuǎn)速的選擇。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一個(gè)如后續(xù)的權(quán)利要求1中所要求的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
通過與所限定的其他特征的結(jié)合使用固體絕緣體，即使在電網(wǎng)電壓遠(yuǎn)大于20 kV時(shí)，可以提供不使用中間的升壓變壓器的電網(wǎng)。此外，該絕緣體對(duì)鹽分、濕度和溫度的變化完全不敏感。去除變壓器帶來了很大的節(jié)約，還導(dǎo)致很多其他的簡化和節(jié)約。
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備經(jīng)常位于農(nóng)田中，接近人口密集區(qū)域。在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，變壓器必須被保護(hù)起來，防止爆炸的危險(xiǎn)或泄漏油所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。在每個(gè)風(fēng)力渦輪單元的基座，不得不建造一個(gè)混凝土的變壓器站。在將來的離岸位置，修理和維護(hù)變壓器將是很困難和昂貴的。因此如果去除了變壓器，就可去除變壓器殼，使用更細(xì)電纜連接發(fā)電機(jī)也是可能的。此外，還去除了變壓器的無功電力消耗和電力損耗。變壓器的去除還去除了一套斷路器單元，以前在變壓器和發(fā)電機(jī)之間是必需的。
根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)電設(shè)備還能夠和所設(shè)置的不同電壓水平進(jìn)行多個(gè)連接，即本發(fā)明能在電站中使用來得到所有的輔助動(dòng)力。另一種為每個(gè)風(fēng)力渦輪提供輔助動(dòng)力的方法是帶有一個(gè)與供應(yīng)電網(wǎng)并行的廉價(jià)低壓電網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一個(gè)如后續(xù)權(quán)利要求25所要求的發(fā)電機(jī)。
在發(fā)電設(shè)備和發(fā)電機(jī)各自的特定優(yōu)選實(shí)施例中，固體絕緣體系統(tǒng)包括至少兩個(gè)被隔開的層和一個(gè)位于其之間的中間固體絕緣體；被隔開的層即半導(dǎo)體層，每個(gè)層基本上是一個(gè)等勢面，至少其中一個(gè)層與固體絕緣體具有基本相同的熱膨脹系數(shù)。
該實(shí)施例組成了一個(gè)固體絕緣體的有利的實(shí)施例，其以一種最佳的方式使繞組能與高壓電網(wǎng)直接相聯(lián)，其中熱膨脹系數(shù)的一致性避免了在繞組中發(fā)生熱運(yùn)動(dòng)所帶來的缺陷、裂紋等類似風(fēng)險(xiǎn)。
很明顯，繞組和絕緣層是彈性的，這使得它們能夠彎曲。還應(yīng)指出，符合本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備可以由水平或垂直發(fā)電機(jī)構(gòu)成。
在相關(guān)的權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的上述及其他優(yōu)選實(shí)施例。
已知技術(shù)和符合本發(fā)明的實(shí)施例之間的一個(gè)主要的和本質(zhì)的區(qū)別是帶有一個(gè)磁性電路的發(fā)電機(jī)被安排得只通過斷路器和絕緣體與高壓直接連接，高壓一般在2至50 kV的范圍附近，最好高于10 kV。磁性電路包括一個(gè)薄片狀的磁芯，其帶有至少一個(gè)繞組，繞組含有一股細(xì)絲狀的電纜，帶有一個(gè)或多個(gè)被永久絕緣的導(dǎo)體，在導(dǎo)體上和絕緣體外有一個(gè)半導(dǎo)體層，外半導(dǎo)體層與地勢相連。
為解決電機(jī)與所有類型的高壓電網(wǎng)直接相連所帶來的問題，符合本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備中的發(fā)電機(jī)帶有多個(gè)上述的特征，其鮮明地不同于已知技術(shù)。其他特征和進(jìn)一步的實(shí)施例在相關(guān)權(quán)利要求中限定，將隨后討論。
發(fā)電機(jī)的上述這些特征和其他本質(zhì)的特性、以及符合本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的種種特征，包括*磁性電路的繞組由一條電纜制成，電纜帶有一個(gè)或多個(gè)永久絕緣的導(dǎo)體，在導(dǎo)體和外殼上有一個(gè)半導(dǎo)體層。一些典型的該類型的導(dǎo)體為XLPE電纜或帶有EP橡膠絕緣體的電纜，出于本目的的考慮，其又進(jìn)一步發(fā)展了導(dǎo)體中的導(dǎo)線和外殼本身。
*電纜最好帶有圓形截面，但帶有其他截面的電纜也可使用，比如，為了實(shí)現(xiàn)更好的包裝密度。
*這種電纜允許薄片狀的磁芯可按照本發(fā)明、以一種新的最佳的與狹槽和齒有關(guān)的方式來設(shè)計(jì)。
*繞組最好制造得帶有逐級(jí)的絕緣性，以最好地利用薄片狀磁芯。
*繞組最好制成為一個(gè)多層的同心電纜繞組，這樣可以減少線圈端部的交叉的數(shù)目。
*狹槽設(shè)計(jì)與繞組電纜的截面相對(duì)應(yīng)，使得狹槽的形式為多個(gè)圓柱開口，軸向和／或徑向地繞在彼此外側(cè)，并有一段開口的腰部繞在定子繞組的層之間。
*狹槽的設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)的電纜截面和繞組分級(jí)的絕緣性來調(diào)整。分級(jí)的絕緣性允許磁性磁芯帶有基本恒定的齒寬，而與徑向延伸無關(guān)。
*關(guān)于導(dǎo)線的上述進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致繞組導(dǎo)體包括多個(gè)壓緊的層，即從電機(jī)的角度來看，絕緣導(dǎo)線未必被正確地調(diào)換了，以彼此不絕緣和／或絕緣。
*關(guān)于外殼的上述進(jìn)一步發(fā)展，使得在沿導(dǎo)體長度方向的合適的點(diǎn)上，外殼被切斷，切開的每一個(gè)部分長度都與地勢直接相連。
上述類型電纜的使用，允許繞組外殼的整個(gè)長度以及發(fā)電設(shè)備的其他部分與地面保持等勢。一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是在外半導(dǎo)體層外側(cè)的線圈端部區(qū)域，電場接近于零。在外殼保持地勢時(shí)，電場不需要控制。這意味著在磁芯中、在線圈端部區(qū)域或在這兩者的過渡中不會(huì)發(fā)生電場集中。
絕緣和／或未絕緣的壓緊的導(dǎo)線的混合、或調(diào)換的導(dǎo)線，導(dǎo)致較低的雜電損失。用于磁性電路繞組的高壓電纜被制造得帶有一個(gè)含多根導(dǎo)線的內(nèi)磁芯／導(dǎo)體、至少兩個(gè)半導(dǎo)體層，最內(nèi)側(cè)的層被一絕緣層所圍繞，絕緣層又被一外半導(dǎo)體層所圍繞，外半導(dǎo)體層有一個(gè)10－40mm量級(jí)的外徑和一個(gè)10－200mm2的導(dǎo)體面積。


現(xiàn)在將特別參考附圖、只通過例子來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖1是一個(gè)符合本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)定子扇形體的軸向端部的示意性簡圖，圖2是圖1中的定子繞組使用的電纜的一個(gè)部分裸露的端面視圖，圖3是一個(gè)符合本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)布置的簡圖，部分為截面圖，及圖4是一個(gè)符合本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的電路圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述圖1顯示了符合本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)100(見圖3)的定子1和轉(zhuǎn)子2的一部分。定子1按傳統(tǒng)方式包括一個(gè)薄片狀的磁芯。圖1顯示了與一個(gè)極間距相應(yīng)的發(fā)電機(jī)的一個(gè)扇形體。從位于徑向最外側(cè)的磁芯的軛部3，多個(gè)齒4沿徑向朝轉(zhuǎn)子2延伸，并被狹槽5隔開，定子繞組置于狹槽中。形成該定子繞組的電纜6是高壓電纜，其可以是與供電使用的電纜基本相同的類型，即XLPE(交叉結(jié)合的聚乙烯)電纜。一個(gè)區(qū)別是去除了外側(cè)的機(jī)械保護(hù)的聚氯乙烯層和通常環(huán)繞這些供電電纜的金屬屏蔽層，使得用于本申請(qǐng)的電纜只包括導(dǎo)體、一個(gè)絕緣層和在絕緣層的每個(gè)邊上至少有一個(gè)半導(dǎo)體層。電纜6示意性地圖解于圖1中，只顯示了每個(gè)電纜部分或線圈邊的導(dǎo)體中心部分。正如能看見的，每個(gè)狹槽5有一個(gè)變化的截面，寬的部分7和窄的部分8相交替。寬的部分7基本是圓形的，并環(huán)繞電纜，寬的部分之間的腰部形成了窄的部分8。腰部用于徑向固定每個(gè)電纜的位置。狹槽5的截面也沿徑向向內(nèi)變窄。這是因?yàn)樵浇咏胖秒娎|的定子1的徑向內(nèi)側(cè)，電纜部分的低壓越低。因此可以在內(nèi)側(cè)使用較細(xì)的電纜，但較粗的電纜對(duì)于徑向外側(cè)是必需的。在所闡述的例子中，使用了三種不同尺寸的電纜，分布于狹槽5的三個(gè)相應(yīng)尺寸的部分51、52和53。一個(gè)輔助電力繞組9安置于狹槽5的最遠(yuǎn)端。
圖2顯示了一個(gè)本發(fā)明中所使用的高壓電纜逐步裸露的端面視圖。高壓電纜6包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體31，每個(gè)導(dǎo)體都包括多股導(dǎo)線36，即銅導(dǎo)線，其合起來形成一個(gè)通常為圓形截面的中心導(dǎo)電裝置。這些導(dǎo)體31安置于高壓電纜6的中間，在所示的實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)體被一個(gè)部分絕緣體35所圍繞。然而，省去其中一個(gè)導(dǎo)體31上的部分絕緣體35是可行的。在本發(fā)明的本實(shí)施例中，導(dǎo)體31被一個(gè)第一半導(dǎo)體層32所一起圍繞。環(huán)繞該第一半導(dǎo)體層32的是固體絕緣層33，即XLPE絕緣體，其又被一個(gè)第二半導(dǎo)體層34所圍繞。因此本申請(qǐng)中的“高壓電纜”的概念不需要包括任何金屬屏蔽層或外側(cè)的聚氯乙烯層，這些類型的層通常圍繞用于供電的電纜。
圖3顯示了帶有上述類型的磁性電路的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其中發(fā)電機(jī)100由風(fēng)力渦輪102通過軸101和齒輪箱114來驅(qū)動(dòng)。發(fā)電機(jī)100的定子1載有定子繞組10，其由上述電纜6所構(gòu)成。電纜6未加屏蔽，在電纜結(jié)合點(diǎn)9處轉(zhuǎn)變?yōu)槠帘坞娎|11。
圖4闡述了一個(gè)符合本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。在傳統(tǒng)方式中，發(fā)電機(jī)100帶有一個(gè)激勵(lì)繞組112和一個(gè)(或多個(gè))輔助電力繞組113。在所闡述的符合本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)100是Y型連接的，中點(diǎn)通過阻抗103接地。從圖4還可看出，發(fā)電機(jī)100是通過電纜結(jié)合點(diǎn)9與屏蔽電纜11(還見圖3)進(jìn)行電連接的。在一些情況下，省去電纜結(jié)合點(diǎn)并讓發(fā)電機(jī)電纜從風(fēng)力渦輪架向下延伸將是可能的。電纜11帶有傳統(tǒng)方式的當(dāng)今的變壓器104，并在105處終止。在點(diǎn)105之后，所示實(shí)施例中的電力設(shè)備在母線106處延續(xù)，母線帶有有電壓變壓器107和振蕩捕獲器108的分支。然而，主要的電力供給通過母線106經(jīng)過絕緣體109和電路斷路器111直接進(jìn)入供應(yīng)或傳輸電網(wǎng)110。
雖然發(fā)電機(jī)和包括該發(fā)電機(jī)的發(fā)電設(shè)備已通過例子并結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行了描述和闡述，對(duì)本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，很顯然，在不偏離本發(fā)明概念的情況下，作出多種變動(dòng)是可能的。如果使用一個(gè)低速發(fā)電機(jī)，可以省去齒輪裝置。發(fā)電機(jī)可以不通過任何阻抗而直接接地?？梢允∪ポo助繞組，還可省去所示的其他部件。雖然本發(fā)明利用一個(gè)三相發(fā)電設(shè)備作為例子，但相數(shù)可多可少。發(fā)電機(jī)可以通過一個(gè)含有整流器、直流連接和逆變器的頻率轉(zhuǎn)換器與高壓輸電網(wǎng)相連。與傳統(tǒng)的可變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)不同，由于高壓，整流器和逆變器的電子管最好串聯(lián)。
雖然用于繞組的電力絕緣系統(tǒng)最好在適當(dāng)?shù)奈恢猛怀?，從緊繞的、重疊的膜或片狀材料的層來形成一個(gè)電力絕緣系統(tǒng)是可能的。半導(dǎo)體層和電力絕緣層都可以用這種方式來形成。一個(gè)絕緣系統(tǒng)可以用一個(gè)完全合成的膜來制成，其帶有內(nèi)和外半導(dǎo)體層或由聚合薄膜制成的部分，聚合薄膜如PP、PET、LDPE(低密度聚乙烯)或HDPE(高密度聚乙烯)，薄膜上含有導(dǎo)電顆粒，如碳黑或金屬顆粒，并在半導(dǎo)體層或部分之間帶有一個(gè)絕緣層或部分。
基于重疊的概念，一個(gè)足夠薄的膜將帶有小于所謂的Paschenminima的粗大間隙，因此不需要液體注入。一個(gè)干的、卷繞的多層薄膜絕緣體也有很好的熱特性。
另一個(gè)電力絕緣體系統(tǒng)的例子與傳統(tǒng)的基于纖維的電纜相似，其中一個(gè)薄的基于纖維的或合成的紙或非紡織的材料卷繞于導(dǎo)體周圍。在這種情況下，位于絕緣層兩側(cè)的半導(dǎo)體層可以由纖維紙或非紡織材料制成，這些材料由絕緣材料的纖維和嵌入的導(dǎo)電顆粒制成。絕緣層可以由相同基底的材料或使用另外的材料制成。
通過作為片狀或共同重疊而將薄膜和纖維絕緣材料結(jié)合在一起，可以得到另一個(gè)絕緣體系統(tǒng)的例子。該絕緣體系統(tǒng)的一個(gè)例子是商用的所謂紙聚丙烯片(PPLP)，但薄膜和纖維部分的多種其他組合是可能的。在這些系統(tǒng)中，可以使用多種注入，如礦物油。
在該說明書中，“半導(dǎo)體材料”指這樣的物質(zhì)，其傳導(dǎo)率比電導(dǎo)體低得多，但又保險(xiǎn)電絕緣體有如此低的傳導(dǎo)率。半導(dǎo)體材料的合適的但不是本質(zhì)的電阻系數(shù)為1－105歐姆·厘米，最好為10－500歐姆·厘米，從10至100歐姆·厘米更好，一般為20歐姆·厘米。
權(quán)利要求
1．一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括至少一個(gè)高壓旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)與渦輪(102)通過軸裝置(101)耦合連接，并帶有一個(gè)至少有一繞組的定子(3)和一轉(zhuǎn)子，其特征在于，至少一個(gè)定子繞組帶有一個(gè)固體絕緣體系統(tǒng)，并被安排得通過連接元件(109)直接連接傳輸或供應(yīng)電網(wǎng)(110)，電網(wǎng)的電壓在2至50 kV之間，最好高于10kV。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，定子繞組或每個(gè)定子繞組包括一根用于高壓的電纜(6)，其包括一個(gè)或多個(gè)被所述固體絕緣體系統(tǒng)圍繞的載流導(dǎo)體(31)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，固體絕緣體系統(tǒng)包括至少兩個(gè)隔開的半導(dǎo)體層和一個(gè)位于半導(dǎo)體層之間的中間絕緣層，每個(gè)半導(dǎo)體層基本上為一個(gè)等勢面，絕緣層和至少一個(gè)半導(dǎo)體層具有相同的熱膨脹系數(shù)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，最內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)體層(32)和所述導(dǎo)體(31)基本等勢。
5．根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，外側(cè)的半導(dǎo)體層(34)被安排得基本上形成一個(gè)圍繞導(dǎo)體(31)的等勢面。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述外側(cè)半導(dǎo)體層(34)與一個(gè)預(yù)定的電勢相連。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，預(yù)定的電勢為地勢。
8．根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，載流導(dǎo)體包括多個(gè)電絕緣的導(dǎo)線和至少一個(gè)未絕緣的導(dǎo)線。
9．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，轉(zhuǎn)子(2)帶有一個(gè)電路較短的繞組，形成感應(yīng)類型的發(fā)電機(jī)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，轉(zhuǎn)子(2)帶有一個(gè)直流電流通的電場繞組，形成同步類型的發(fā)電機(jī)。
11．根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，帶有固體絕緣體的電纜(6)有一個(gè)10至200 mm2的導(dǎo)體面積，并有一個(gè)10至40mm的外電纜直徑。
12．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(100)為高壓設(shè)計(jì)，并被安排得不通過任何中間變壓器連接而直接給外流的電網(wǎng)(110)供電。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(100)通過一個(gè)阻抗(103)接地。
14．根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(100)直接接地。
15．根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，發(fā)電機(jī)被設(shè)計(jì)得可產(chǎn)生多種電壓水平的電。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，其中一個(gè)所述電壓水平被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生輔助電力，且輔助電力被設(shè)計(jì)為從發(fā)電機(jī)(100)中的獨(dú)立繞組(119；113)來產(chǎn)生。
17．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，其包括多個(gè)發(fā)電機(jī)，每個(gè)發(fā)電機(jī)都不帶有單獨(dú)的升壓變壓器，但通過一個(gè)發(fā)電機(jī)共用的系統(tǒng)變壓器與傳輸或供應(yīng)電網(wǎng)相連。
18．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，發(fā)電機(jī)或每個(gè)發(fā)電機(jī)的繞組被設(shè)計(jì)成自我調(diào)節(jié)電場控制的，不需要輔助裝置來控制電場。
19．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，發(fā)電機(jī)或每個(gè)發(fā)電機(jī)能夠被連接以用于多速運(yùn)轉(zhuǎn)，使用不同數(shù)目的電極，如Dahlander－耦合。
20．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，至少一個(gè)繞組渦輪帶有兩個(gè)或更多個(gè)帶有不同數(shù)目電極的發(fā)電機(jī)，使得多速運(yùn)轉(zhuǎn)成為可能。
21．根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，發(fā)電機(jī)或每個(gè)發(fā)電機(jī)與一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器相連，頻率轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)整流器、一個(gè)直流聯(lián)接(DC－link)和一個(gè)逆變器。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，在逆變器和整流器中使用了串聯(lián)的電子管。
23．根據(jù)權(quán)利要求22所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，逆變器被網(wǎng)絡(luò)整流成電流剛性的直流聯(lián)接。
24．根據(jù)權(quán)利要求22所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，逆變器是自整流的，并由串聯(lián)的IGBT所組成。
25．一種高壓發(fā)電機(jī)(100)，包括在一個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備內(nèi)，發(fā)電機(jī)在發(fā)電設(shè)備內(nèi)通過軸裝置(101)與一個(gè)渦輪(102)連接，所述發(fā)電機(jī)(100)包括一個(gè)帶有至少一定子繞組的定子和一轉(zhuǎn)子，其特征在于，至少一個(gè)定子繞組帶有固體絕緣體，每個(gè)繞組被設(shè)計(jì)得通過連接元件(109)與傳輸或供應(yīng)電網(wǎng)(110)直接相連，電網(wǎng)的電壓在2至50kV之間，最好高于10 kV。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，其包括位于權(quán)利要求2至24中任一項(xiàng)所要求的發(fā)電設(shè)備之內(nèi)的發(fā)電機(jī)所限定的特征。
全文摘要
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中發(fā)電機(jī)的磁性電路設(shè)計(jì)為直接提供2—50kV的高壓電,最好高于10kV。發(fā)電機(jī)帶有固體絕緣體,其繞組包括一個(gè)電纜(6),電纜包括一個(gè)或多個(gè)帶有多股導(dǎo)線(36)的載流導(dǎo)體(31),載流導(dǎo)體被至少一個(gè)外半導(dǎo)體層和一個(gè)內(nèi)半導(dǎo)體層(34,32)及中間絕緣層(33)所圍繞。外半導(dǎo)體層(34)和地面等勢。定子繞組可以制造為全部或部分帶狹槽的繞組,繞組的相是Y型連接的。Y點(diǎn)可以被絕緣,并通過振蕩捕獲器裝置來防止過電壓,或Y點(diǎn)可以通過一個(gè)抑制濾波器接地。本發(fā)明也涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、包括在該設(shè)備中的一種發(fā)電機(jī)和用于該設(shè)備的可變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F03D11/02GK1279840SQ98811520
公開日2001年1月10日 申請(qǐng)日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月28日
發(fā)明者M·萊永, G·基蘭德爾 申請(qǐng)人:Abb股份有限公司