具有发电组件的风力涡轮机和用于检测这种风力涡轮机中的故障状况的方法技术

一种风力涡轮机（1），具有发电组件（5）和用于控制所述发电组件（5）的控制装置（9），所述发电组件（5）包括发电机（6）、连接到所述发电机（6）的至少一个转换器（7）和过热检测装置（10），其特征在于，所述过热检测装置（10）包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有发电组件的风力涡轮机和用于检测这种风力涡轮机中的故障状况的方法


[0001]本专利技术涉及一种具有发电组件和用于控制该发电组件的控制装置的风力涡轮机，其中，该发电组件包括发电机、连接到该发电机的至少一个转换器和过热检测装置。本专利技术还涉及一种用于检测这种风力涡轮机的发电组件中的故障状况的方法。

技术介绍

[0002]风力涡轮机一般包括安装到轮毂的至少两个、通常为三个风力涡轮机叶片。风能使该旋转组件旋转，使得可使用风力涡轮机的发电组件的发电机从该旋转产生电功率。这样的发电机和可选地发电组件的其他部件例如可被收容在机舱中，该机舱被可旋转地安装在风力涡轮机的塔架上。
[0003]通常，在风力涡轮机的发电机中，产生三相交流电，该交流电不可直接引入到电网中。因此，风力涡轮机的发电组件通常包括一个或多个转换器，发电机被连接到该转换器。该至少一个转换器，也可称为功率调节电路或功率转换器，将发电机频率和电压调整为电网的频率和电压。
[0004]风力涡轮机还可包括控制装置，其用于控制和/或监测发电组件，特别是执行智能控制。在现有技术中已经提出在发电机的最热点上使用温度传感器，特别是Pt100传感器，以能够保护发电机段和/或作为整体的发电机免于过热。例如，如果超过特定温度，则控制装置可进行相关联的措施，例如停用或断开发电机的至少一个子系统等。
[0005]然而，在风力涡轮机的发电组件中可能出现的另一个问题是相不平衡的热效应或其他效应。例如，如果某一相的一个或多个电连接至少部分地断开，则可能会发生这种效应。例如，这可能由松动的螺栓或其他安装/连接装置引起。产生的相不平衡导致电气连接的过热，从而缩短发电组件的寿命，造成损坏，并且在最坏的情况下甚至会引发火灾。
[0006]在现有技术中，在马达领域中，已提出提供马达保护继电器，其针对每一相使用熔断器来防止过电流。虽然此解决方案也可应用于较大的电机，但它会引起发电机中的不平衡，这又导致强烈振动。
[0007]作为一种用于检测特别是由相不平衡引起的热效应的概念，可能建议针对发电机和至少一个转换器之间的每个电连接使用温度传感器，例如Pt100传感器，以感测由电连接的过载引起的温度升高。然而，现代风力涡轮机通常使用大量的转换器，例如十二个转换器，使得在常见的三相系统中，将需要对三十六个连接关于其温度进行监测。这将导致大量的温度传感器、大量的接线和复杂的计算密集型的测量温度评估，总而言之，导致大工作量和高成本。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个目的在于在风力涡轮机的发电组件中提供一种可高效实施的、稳健的过热监测。
[0009]该目的通过提供根据权利要求1的风力涡轮机和根据权利要求11的方法来实现。有利的实施例由从属权利要求来描述。
[0010]在如最初描述的风力涡轮机中，过热检测装置包括：
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处于所述发电组件的不同位置处的至少两个温度感测元件，其中，所述温度感测元件沿信号线串联连接，以提供公共传感器信号，并且各自适于在所述公共传感器信号中指示超过它们位置处的相应临界温度，以及
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用于评估所述公共传感器信号的检测单元，所述检测单元被连接到所述信号线。
[0011]该检测单元优选地被连接到控制装置，使得风力涡轮机的控制装置可进一步评估由该检测单元提供的信息。特别地，所述检测单元或者所述检测单元所连接到的所述风力涡轮机的控制装置适于在所述传感器信号中检测到超过至少一个临界温度的情况下，执行至少一种措施。例如，这样的措施可包括输出警报信号，特别是在外部的远程输出装置处，例如在风力涡轮机的制造商处和/或维护服务处。此外，措施可包括停用和/或断开发电机的至少一个子系统，以保护发电组件免受损坏和/或火灾。然而，在本专利技术的最优选应用中，即通过相不平衡来检测过热，作为唯一措施的警报信号已证明是足够的，因为实际的混凝土损坏（concrete damage）并不常见，使得所述故障状况，在这种情况下为至少一个电连接的过热，主要导致发电组件的寿命缩短，如果迅速进行维护，则该寿命缩短可保持很少。
[0012]本专利技术是基于如下构思，即：为了风力涡轮机中的某些监测目的，特别是与相不平衡相关的过热，知道在（任意的）其中一个位置处发生过热就足以触发某些措施，特别是通知服务人员维护将是合理的。特别地，临界温度可被分配给每个位置，如果这些位置是等同的，则对于每个位置，该临界温度可以是相似或甚至相同的，例如当监测发电机和转换器之间的电连接时的情况就是如此。温度感测元件被放置在每个位置处。这些温度感测元件全都沿信号线串联连接，该信号线又连接到测量或读取传感器信号的检测单元。如果温度感测元件的温度超过其位置处的临界温度，则每个温度感测元件具有修改由检测单元检测的传感器信号的特性。以这种方式，通过串联连接这些温度感测元件，可以检测温度是否超过临界温度，而无需在每个位置处使用分立的温度传感器。提出了一种简单的安装，其仅产生提供给控制装置的一个信息，而当使用分立的温度传感器时，将需要用于控制装置的大量的接线和输入模块。
[0013]总之，由于每个发电机仅需要一个输入模块，即一个检测单元，监测以及因此保护发电组件、特别是其电气连接免受包括过热在内的故障状况影响的工作量和成本大大降低。然而，要注意的是，当然，可在风力涡轮机中使用多个过热检测装置，其各自具有沿信号线串联连接到检测单元的至少两个温度感测元件。例如，这样的多个过热检测装置可各自用于该至少一个发电机的子系统和/或用于所采用的不同发电机。在一个实施例中，可通过将串联连接到单个检测单元的相同数量的温度感测元件连接来热监测每个相的每个并联路径，从而同样在这种情况下，减少了硬件和数据存储中的成本和工作量。
[0014]尽管仅使用一个检测电路，但下至单一位置可检测到例如由于相不平衡引起的热效应，特别是单一电气断开事件，这允许在任何重大事故发生之前及时维修风力涡轮机。也就是说，在相不平衡的情况下，可通过提供快速维护来修复断开，而不会对发电组件、特别是发电机或者发电机与该至少一个转换器之间的电连接造成永久损伤。
[0015]在一个优选且尤其有利的实施例中，温度感测元件是PTC热敏电阻，其中，切换PTC热敏电阻的转变温度为所述临界温度。PTC热敏电阻是具有正温度系数（PTC）的电阻器，这意味着电阻随温度升高而增加。在这种情况下，使用切换型PTC热敏电阻。这种切换PTC热敏电阻具有转变温度，其也可称为切换温度或居里温度（Curie temperature）。所述转变温度是切换型PTC热敏电阻的电阻开始迅速上升的温度。可用于本专利技术中的PTC热敏电阻例如可由诸如钛酸钡的多晶陶瓷材料制成。在这种情况下，电导率由掺杂剂提供。在现有技术中，具有在50℃和超过200℃之间的转变温度的切换PTC热敏电阻是已知的。
[0016]于是，检测单元可包括电阻测量电路，以用于测量沿信号线的温度感测元件的电阻。例如，可测量在恒定电流下的电压降，如在现有技术中原则上已知的。作为对传感器信号的评估的结果，测得的电阻可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种风力涡轮机（1），具有发电组件（5）和用于控制所述发电组件（5）的控制装置（9），所述发电组件（5）包括发电机（6）、连接到所述发电机（6）的至少一个转换器（7）和过热检测装置（10），其特征在于，所述过热检测装置（10）包括：
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处于所述发电组件（5）的不同位置处的至少两个温度感测元件（12），其中，所述温度感测元件（12）沿信号线（14）串联连接，以提供公共传感器信号，并且各自适于在所述公共传感器信号中指示超过它们位置处的相应临界温度，以及
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用于评估所述公共传感器信号的检测单元（15），所述检测单元（15）被连接到所述信号线（14）。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述检测单元（16）或者所述检测单元（15）所连接到的所述风力涡轮机（1）的所述控制装置（9）适于在所述公共传感器信号中检测到超过至少一个所述临界温度的情况下，执行至少一种措施。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述温度感测元件（12）为PTC热敏电阻（13），其中，切换PTC热敏电阻（13）的转变温度为所述临界温度。4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述检测单元（15）包括电阻测量电路（16），以用于测量沿所述信号线（14）的所述温度感测元件（12）的电阻。5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述发电组件（5）包括相连接器（11），以连接到所述至少一个转换器（7），其中，温度感测元件（12）位于每个相连接器（11）处。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：