用于风力涡轮的电滤波器的制作方法
1.本公开涉及风力涡轮，特别地涉及用于与风力涡轮结合使用的电滤波器。本公开还涉及风力涡轮和具有这样的电滤波器的风电场。
背景技术：
2.现代风力涡轮通常用来将电力供应到电力网中。这种类型的风力涡轮大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。典型地包括毂和多个叶片的转子在风对叶片的影响下开始旋转。所述旋转生成扭矩，该扭矩通常通过转子轴直接地或通过齿轮箱传递到发电机。这样，发电机产生可供应到电力网的电力。
3.风力涡轮毂可能够旋转地联接到机舱的前部。风力涡轮毂可连接到转子轴，并且然后可使用布置在机舱内部的框架中的一个或多个转子轴轴承将转子轴能够旋转地安装在机舱中。机舱是布置在风力涡轮塔架的顶部上的壳体，其包含并保护例如齿轮箱(如果存在)和发电机，以及另外的部件(这取决于风力涡轮)，诸如功率转换器和辅助系统。
4.风力涡轮通常在所谓的“风电场”中被分组在一起。风电场包括多个风力涡轮。这些风力涡轮可连接到风电场的本地(内部)电力网。风电场的内部电网可包括多个串，并且多个风力涡轮可连接到这些串中的每个。风电场的该电力网可在公共联接点(pcc)处连接到主电力网(main power grid)。
5.风力涡轮的领域中的一个重要趋势是将涡轮放置在海上风力发电场中。海上风力发电场可通过高压输电线路(例如，高压交流(hvac)输电或高压直流(hvdc)输电)连接到大陆电力网。
6.风力涡轮可在例如33kv或66kv的电压下向内部风电场电网供应功率。在变电站处，可利用(一个或多个)高压变压器将电压升高到几百千伏。然后，高压电功率可被供应到连接到大陆电网的高压输电线路。变电站还可包括例如断路器、电涌放电器、电容器组及其它。
7.风能领域中的几个趋势导致在风电场(和具体地海上风电场)中使用谐波滤波器的需求增加。风电场可被放置在距海岸大的距离处。风力涡轮在尺寸和功率输出方面已经显著地增加。5 mw、7 mw、10 mw及以上的单个风力涡轮的标称额定功率是已知的。由于尺寸方面的增加，在风电场内的风力涡轮可以增加的距离彼此间隔开，这再次导致更长的电缆。
8.随着输电线路越来越长和电缆越来越长，电缆电容也增加。在这样的风电场中，将大型风力涡轮分组在一起产生其中在电缆的电容与变电站的和风力涡轮的变压器的感应特性之间将发生电谐振的电路。这些谐振的频率根据连接的电缆的数量和在操作中的风力涡轮的数量而变化。这些谐振与来自风力涡轮的谐波发射一起可导致在pcc处的过度失真。
9.在本领域中已知包括用于减少在风电场的变电站处的谐波的滤波器。然而，增加装备的物理尺寸以适应谐波滤波器存在缺点(经济和其它方面)。
技术实现要素：
10.在本公开的一个方面，提供了一种风力涡轮，该风力涡轮包括具有支撑在支撑结构上的多个叶片的风力涡轮转子以及操作地联接到风力涡轮转子以生成电功率的发电机。该风力涡轮还包括：功率电子转换器，其用于将由发电机生成的电功率转换成预定频率和电压的经转换的ac功率；和主风力涡轮变压器，其具有低压侧和高压侧，用于将经转换的ac功率转换成更高的电压。该风力涡轮还包括连接到主变压器的高压侧的一个或多个电滤波器，其中，电滤波器布置在支撑结构中。
11.根据该方面，提供了一种布置有电滤波器的风力涡轮。在风电场中，多个风力涡轮可分组在一起。通过将电滤波器与一个或多个单独的风力涡轮布置在一起，在变电站处不太需要或不需要电滤波器。电滤波器连接到主变压器的高压侧，并且可提供风电场电网的中压线路(例如，33 kv、35 kv、60 kv、66 kv或甚至132 kv)中的谐波的有效阻尼。
12.电滤波器在本文中可被视为连接到电力系统的任何电路或布置，该电路或布置配置成减少电力系统中的失真。这样的失真之一可能是谐波。并且可在本公开的范围内使用的一种类型的电滤波器是谐波滤波器。在本公开的范围内，电滤波器可为例如配置成向电网谐振增加阻尼的阻尼滤波器或调谐滤波器或其它。
13.谐波滤波器在本文中可被视为串联或并联谐振电路，其被设计成分流或阻断谐波电流(即，具有为系统的基频的整数倍的频率的失真)。它们配置成减少来自源的在系统(电力网，特别是风电场的电力网)中流动的谐波电流，并且因此减少系统中的谐波电压失真。
14.在本公开的另一个方面，提供了一种风电场，该风电场包括具有公共连接点的变电站和连接到公共连接点的一个或多个并联风电场串，该风电场串具有在公共连接点处或附近的第一端部和第二相对端部，并且包括在第一端部和第二端部之间的多个风力涡轮，其中，风电场串中的一个或多个包括至少一个风力涡轮，该至少一个风力涡轮具有连接在风力涡轮的主变压器的高压侧处的电滤波器。
15.在本公开的又一个方面，提供了一种用于操作包括多个风力涡轮的风电场的方法。该方法包括将多个风力涡轮中的第一风力涡轮的风力涡轮发电机与风电场的电力网断开连接，其中，布置在第一风力涡轮的支撑结构内的电滤波器保持连接到风电场的电力网。
16.技术方案1. 一种风力涡轮(10)，包括：风力涡轮转子(18)，其具有支撑在支撑结构(100)上的多个叶片(22)；发电机(42)，其操作地联接到所述风力涡轮转子(18)，以用于生成电功率；功率电子转换器(120)，其用于将由所述发电机(42)生成的电功率转换成预定频率和电压的经转换的ac功率；主风力涡轮变压器(90)，其具有低压侧和高压侧，用于将所述经转换的ac功率变换成更高的电压；和一个或多个电滤波器(130)，其连接到所述主变压器的所述高压侧，其中所述电滤波器(130)布置在所述支撑结构(100)中。
17.技术方案2. 根据技术方案1所述的风力涡轮，其中，所述支撑结构包括风力涡轮塔架(100)，并且其中，所述电滤波器(130)布置在所述风力涡轮塔架内部。
18.技术方案3. 根据技术方案1或2所述的风力涡轮，其中，所述电滤波器(130)是阻尼滤波器。
19.技术方案4. 根据技术方案1至3中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述发电机(42)配置成生成多个电相的电功率，并且其中，所述风力涡轮包括用于所述多个电相中的每个的电滤波器(130)。
20.技术方案5. 根据技术方案1至4中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述电滤波器(130)中的一个或多个包括至少两个滤波器模块(135；140)。
21.技术方案6. 根据技术方案5所述的风力涡轮，其中，第一模块(140)与第一平台(152)一起布置在所述风力涡轮塔架(100)内，并且第二模块(135)与第二平台(152)一起布置在所述风力涡轮塔架(100)内。
22.技术方案7. 根据技术方案6所述的风力涡轮，其中，所述第一平台(152)和所述第二平台(152)包括防护栅栏(168；170)，以提供围绕所述滤波器模块的限制区域。
23.技术方案8. 根据技术方案5至7中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述滤波器模块包括结构框架(139；149)，并且其中，所述结构框架(139；149)附接到所述风力涡轮塔架的内壁。
24.技术方案9. 根据技术方案8所述的风力涡轮，其中，所述风力涡轮塔架的所述内壁包括用于所述滤波器模块的所述结构框架的附接的多个凸台。
25.技术方案10. 根据技术方案5至9中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述第一模块(140)包括并联连接的电抗器组(144)和电阻器组(142)。
26.技术方案11. 根据技术方案10所述的风力涡轮，其中，所述第二模块(135)包括电容器组(137)，并且其中，所述第二模块(135)与所述第一模块(140)串联连接。
27.技术方案12. 根据技术方案1至11中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述电滤波器(130)包括与电抗器组(144)和电阻器组(142)串联连接的电容器组(137)，并且其中，所述电容器组(137)连接到所述变压器的高压侧，并且其中，所述电抗器组(144)和所述电阻器组(142)连接到所述电容器组。
28.技术方案13. 根据技术方案1至12中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述电滤波器(130)经由开关设备(180)连接到电力网(220)。
29.技术方案14. 一种风电场(200)，包括：变电站(230)，其具有公共连接点，和一个或多个并联风电场串(220)，其连接到所述公共连接点，具有在所述公共连接点处或附近的第一端部(222)和第二相对端部(224)，并包括在所述第一端部和所述第二端部之间的多个风力涡轮(210)，其中，所述风电场串中的一个或多个包括根据技术方案1至13中的任一项所述的风力涡轮(210)。
30.技术方案15. 根据技术方案14所述的风电场，其中，所述风电场串(220)中的每个包括根据技术方案1至13中的任一项所述的风力涡轮(210)，并且任选地其中，根据技术方案1至13中的任一项所述的风力涡轮(210)布置在所述风电场串(220)的所述第二端部(224)处或附近。
附图说明
31.图1示意性地图示风力涡轮的一个示例的透视图；
图2图示图1的风力涡轮的机舱的一个示例的简化内部视图；图3a至图3c示意性地图示风力涡轮发电机到电力网的电连接的示例；图3d和图3e示意性地图示电滤波器到开关设备的两种备选连接。
32.图4a至图4c示意性地图示风力涡轮塔架中的电滤波器的示例；和图5示意性地图示海上风力发电场的示例。
具体实施方式
33.现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式被提供，而不是作为对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
34.图1是风力涡轮10的示例的透视图。在该示例中，风力涡轮10是水平轴线风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴线风力涡轮。在该示例中，风力涡轮10包括从在地面12上的支撑系统14延伸的塔架100、安装在塔架100上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。图1具体地描绘了陆上风力涡轮，但是本公开也涉及海上风力涡轮。
35.转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，至少一个转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。在该示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架100可由管状钢制成，以在支撑系统14和布置在塔架100的顶端部102处的机舱16之间限定空腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架100是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，该塔架可为混合塔架，其包括由混凝土制成的部分和管状钢部分。另外，塔架可为部分格构式塔架或全格构式塔架。
36.转子叶片22围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。转子叶片22通过在多个负载传递区域26处将叶片根部部分24联接到毂20而配合到毂20。负载传递区域26可具有毂负载传递区域和叶片负载传递区域(二者在图1中均未示出)。诱导至转子叶片22的负载经由负载传递区域26传递到毂20。
37.在示例中，转子叶片22可具有从约15米(m)至约90 m或更多的长度。转子叶片22可具有使得风力涡轮10能够如本文中所述起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20 m或更少、37 m、48.7 m、50.2 m、52.2 m或大于91 m的长度。当风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并遭受离心力时，转子叶片22也遭受各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。
38.此外，转子叶片22的变桨角度(即确定转子叶片22相对于风向的取向的角度)可由变桨系统32改变，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角向位置来控制由风力涡轮10生成的负载和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨系统32可特别改变转子叶片22的变桨角度，使得转子叶片(的部分)的攻角减小，这有利于减小旋转速度和/或有利于转子18的停转(stall)。
39.在该示例中，每个转子叶片22的叶片变桨由风力涡轮控制器36或变桨控制系统80
单独控制。备选地，所有转子叶片22的叶片变桨可由所述控制系统同时控制。
40.此外，在该示例中，在风向28改变时，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。
41.在该示例中，风力涡轮控制器36示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可为遍布整个风力涡轮10、在支撑系统14上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括处理器40，处理器40配置成执行本文中描述的方法和/或步骤。此外，本文中描述的许多其它部件包括处理器。
42.如本文中所用，术语“处理器”不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。应当理解，处理器和/或控制系统也可包括存储器、输入通道和/或输出通道。
43.图2是风力涡轮10的一部分的放大截面图。在该示例中，风力涡轮10包括机舱16和能够旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联轴器50能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在该示例中，主轴44设置成至少部分与机舱16的纵向轴线(未示出)同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对慢的旋转运动转化为高速轴48的相对快的旋转运动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联轴器50连接到发电机42，以用于生成电能。此外，变压器90和/或合适的电子设备、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将具有400 v至1000 v之间的电压的由发电机42生成的电能变换成具有中压(例如10-35 kv)的电能。所述电能经由电力电缆160从机舱16传导到塔架100中。
44.变压器90中的齿轮箱46、发电机42可由机舱16的主支撑结构框架支撑，该主支撑结构框架任选地实施为主框架52。齿轮箱46可包括通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52的齿轮箱壳体。在该示例中，机舱16还包括主前支撑轴承60和主后支撑轴承62。此外，发电机42可通过脱离支撑装置54安装到主框架52，特别是为了防止发电机42的振动被引入到主框架52中，并因此导致噪声发射源。
45.任选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的部件的重量以及由风和旋转负载引起的全部负载，并且进一步将这些负载引入到风力涡轮10的塔架100中。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联轴器50以及任何相关联的紧固、支撑和/或固定设备，包括但不限于支撑件52以及前支撑轴承60和后支撑轴承62，有时被称为传动系64。
46.机舱16还可包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16旋转，并且因此也使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。
47.为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可包括至少一个气象测量系统，该系统可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮控制器36提供信息，该信息可包括风向和/或风速。在该示例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的变桨角度。图2中示出了三个变桨驱动系统68中的仅一个。
48.在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动
系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74将机械力施加到变桨驱动齿轮箱76。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78由变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转导致变桨轴承72的旋转。
49.变桨驱动系统68联接到风力涡轮控制器36，用于在从风力涡轮控制器36接收到一个或多个信号时调节转子叶片22的变桨角度。在该示例中，变桨驱动马达74是由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达，其使得变桨组件66能够如本文中所述那样起作用。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或部件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的转动惯量和/或向风力涡轮10的部件供应能量的存储能量源(未示出)提取的能量驱动。
50.变桨组件66还可包括一个或多个变桨控制系统80，用于在特定的优先情况下和/或在转子18超速期间根据来自风力涡轮控制器36的控制信号来控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该变桨控制系统80通信地联接到相应的变桨驱动系统68，用于独立于风力涡轮控制器36控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨控制系统80联接到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可控制变桨驱动系统68来调节转子叶片22的变桨角度。
51.根据实施例，例如包括电池、电容器或由毂20的旋转驱动的发电机的功率发生器84布置在毂20处或毂20内，并且联接到传感器70、变桨控制系统80和变桨驱动系统68，以向这些部件提供功率源。在该示例中，功率发生器84在风力涡轮10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率发生器84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损失事件可包括电力网损失或电压跌落(dip)、风力涡轮10的电力系统的故障和/或风力涡轮控制器36的失效。在电功率损失事件期间，功率发生器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损失事件期间操作。
52.在该示例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、电缆和功率发生器84各自定位在由毂20的内表面88限定的空腔86中。在备选实施例中，所述部件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地联接到外表面。
53.图3a至图3c示意性地图示了风力涡轮发电机到电网的电连接的示例。在本公开的一个方面，提供了一种风力涡轮，该风力涡轮包括(参见例如图1和图2)风力涡轮转子，该风力涡轮转子具有支撑在支撑结构上的多个叶片。风力涡轮还包括操作地联接到风力涡轮转子以生成电功率的发电机42。风力涡轮还包括功率电子转换器120，用于将由发电机生成的电功率转换成预定频率和电压的经转换的ac功率。风力涡轮还包括主风力涡轮变压器90，该主风力涡轮变压器90具有低压侧和高压侧，用于将经转换的ac功率变换成更高的电压。并且根据该方面，风力涡轮10包括连接到主变压器90的高压侧的一个或多个电滤波器130，其中，电滤波器布置在支撑结构中。
54.风力涡轮的支撑结构可具有不同的构造，特别地取决于风力涡轮是海上风力涡轮还是陆上风力涡轮。在海上风力涡轮的情况下，风力涡轮可能是漂浮的或在海床中的基础上。支撑风力涡轮转子的风力涡轮的支撑结构可包括具有一个或多个承载框架(如图2中那样)的机舱16、风力涡轮塔架12、以及包括过渡件的塔架支撑件、布置在塔架和过渡件的接
合部处的平台以及基础。取决于风力涡轮的类型，支撑结构可包括单桩基础、导管架结构或其它。
55.图3的风力涡轮可为海上风力涡轮。发电机可具有不同的拓扑结构。在图3的特定示例中，发电机42可为永磁发电机。发电机转子可在转子边沿处承载多个永磁体或永磁体模块，并且定子可具有多个电线圈。径向空气间隙可布置在发电机转子和发电机定子之间。永磁发电机42可由风力涡轮转子直接驱动。
56.在其它示例中，可使用其它发电机拓扑结构，例如，风力涡轮发电机可为双馈感应发电机(difg)。还有，功率转换器可具有不同的配置。在图3的特定示例中，功率转换器120包括ac/dc转换器122、dc链路124和dc/ac逆变器126。功率转换器120可为全功率转换器。
57.功率转换器的输出可为预定频率和电压的电功率。用于风力涡轮的功率转换器典型地可为低压或中压。低压功率转换器典型地配置成输送电压低于1 kv(例如，575 v或690 v)的电功率。中压功率转换器可配置成输送具有大于1 kv的电压的电功率。功率转换器的输出电压可通过风力涡轮的主(电压)变压器逐步升高到例如33 kv或66 kv以输送到风力发电场电网220。电滤波器130连接在主变压器的高电压侧。
58.在图3a的示例中，支撑结构包括风力涡轮塔架100，并且电滤波器布置在风力涡轮塔架100内部。如图3a中所图示，发电机42、功率转换器120和主变压器90可布置在风力涡轮机舱16内。
59.还可提供一个或多个断路器150或开关。在该特定示例中，可连接在电力网220和主变压器的断路器150之间。通过这样的布置，风力涡轮可与电网(即，风力涡轮发电机、转换器和变压器)断开连接，而滤波器可保持连接并减少电网220或滤波器所连接到的电网220的总线或串上的失真。
60.在示例中，电滤波器130可为阻尼滤波器。阻尼滤波器在本文中可被视为配置成减少或避免在相对广泛的各种频率下的谐波的电滤波器。在其它示例中，电滤波器可为配置成滤除特定频率或特定频带的调谐滤波器。图3b的电滤波器包括并联连接的电抗器组134和电阻器组142。电滤波器130还包括与电抗器组134和电阻器组142串联连接的电容器组137。在示例中，电滤波器中的一个或多个可包括两个滤波器模块140、135。在图3b中，第一模块140包括并联连接的电抗器组和电阻器组，并且第二模块135包括电容器组，并且其中，第二模块与第一模块串联连接。
61.电滤波器可为所谓的无源滤波器，包括电阻器、电感器和电容器。备选地，电滤波器可为使用诸如不同类型的bjt、igbt、mosfet和集成电路的有源部件的有源滤波器。在示例中，滤波器可为例如低通滤波器、带通滤波器或陷波滤波器。滤波器可为lc滤波器。发电机可配置成生成多个电相(例如，三相、六相、九相或其它)的电功率，并且风力涡轮可包括用于多个电相中的每个的电滤波器。
62.电滤波器130可经由开关设备180连接到电网。开关设备可由用来控制、保护和隔离电设备的电隔离开关、熔断器或断路器组成。在图3的示例中，支撑结构可包括过渡件tp，并且开关设备可布置在过渡件中。因此，在一些示例中，发电机、功率转换器和主电压变压器可布置在风力涡轮机舱中，(一个或多个)电滤波器可沿着塔架的高度分布，并且开关设备可布置在过渡件中。在备选示例中，开关设备和滤波器可布置在塔架中。在另外的备选示例中，滤波器可布置在过渡件中。
63.电滤波器130可以各种方式与开关设备连接。该配置(除了其它因素以外)可取决于风力涡轮在风电场内的位置。在图3c的示例中，风力涡轮可布置在风电场中的串的端部处。在这样的位置中，开关设备可能需要少一个间隔(bay)，以便间隔可用于到电滤波器的连接。
64.开关设备180可包括馈线间隔184、变压器间隔186和滤波器间隔182。在图3c中示意性地示出了隔离器和接地开关192、接地开关197、电流变压器198、电压变压器194和供电电压变压器196。在本公开的范围内，可使用任何合适的开关设备，并且(一个或多个)电滤波器到开关设备的连接可以广泛的各种方式进行。
65.应当意识到，风力涡轮发电机到电网的电连接可能比图3a中所描绘的更复杂。特别地，为了不使图3a过于复杂，省略了用于连接到风力涡轮的辅助系统的辅助变压器、熔断器和断路器。
66.图3d和图3e示意性地图示了将电滤波器130连接到开关设备180的可能的备选方案中的两个。在图3d的示例中，附加馈线间隔184集成在开关设备180中。除此之外，该布置非常类似于图3c的布置。例如，当风力发电机不布置在风电场中的串的端部处时，图3d的布置可能是合适的。用于引入线的馈线间隔和用于引出线的另一个馈线间隔被结合在开关设备中。与图3d的示例相比，开关设备的尺寸和重量可增加。然而，在示例中，将滤波器布置在串的中间而不是串的端部处可提供更有效的谐波和其它失真的阻尼或减少。
67.图3e提供了又一种备选布置。在图3e的示例中，滤波器130的连接未集成在开关设备180中。
68.图4a至图4c示意性地图示了风力涡轮塔架100中的电滤波器的示例。在图4a的示例中，风力涡轮10具有机舱16，机舱16(除了其它的以外)容纳发电机。风力涡轮转子包括多个叶片22。机舱中的发电机可通过例如齿轮箱操作地联接到风力涡轮转子。机舱还可包括功率电子转换器和主电压变压器(未示出)。电力电缆160可从机舱16向下延伸穿过塔架并延伸至到风电场电网的连接点。
69.风力涡轮塔架100可包括堆叠在彼此顶部上的多个塔架区段。塔架区段可为例如具有塔架壁108的管状或圆柱形钢区段。在沿着风力涡轮塔架的不同高度处，可布置一个或多个维护平台152。平台152可布置成允许维护人员执行维护任务，包括部件的检查、修理、替换和其它。风力涡轮平台152可沿着塔架布置在高度处，所述高度被选择为提供对如例如塔架凸缘、电部件和其它部件的特定部件的接近。
70.在本公开的示例中，一个或多个电滤波器可布置在风力涡轮塔架100的内部。如前面所提及的，电滤波器可连接到电相中的每个。用于不同电相的电滤波器可沿着塔架布置在不同的高度处。因此，电滤波器可设置在塔架内部，同时为例如电梯、梯子和其它保持足够的空间。
71.在示例中(如在图3中那样)，电滤波器130可包括不同的滤波器模块135、140。在示例中(如在图4a中那样)，电滤波器中的一个或多个包括至少两个滤波器模块，其中，第一模块140(例如，电容器组)与第一平台一起布置在风力涡轮塔架内，并且第二模块135(例如，电阻器组和电抗器组)与第二平台一起布置在风力涡轮塔架内，即相同滤波器的不同模块可布置在不同的高度处。特别地，它们可与塔架平台一起布置，从而提供用于维护的对它们的接近。在备选示例中(如在图4c中)，滤波器的第一和第二模块可与相同的平台一起布置。
72.在一些示例中，滤波器模块可支撑在塔架平台上。在其它示例中，滤波器模块可在平台附近附接到风力涡轮塔架。滤波器模块可包括结构框架，并且结构框架可附接到风力涡轮塔架的内壁。在特定示例中，风力涡轮塔架的内壁可包括用于滤波器模块的结构框架的附接的多个凸台。结构框架可包括用于接纳与风力涡轮塔架一起布置的凸台的合适的孔。凸台可焊接到风力涡轮塔架的内壁。备选地，滤波器模块可螺栓连接到塔架壁的内部。用于将滤波器模块的框架附接到塔架的内部的备选方法包括使用磁体或磁性紧固件。
73.图4b示意性地图示了具有电容器组和结构框架149的第一模块140以及具有其结构框架139的第二滤波器模块135。图4c提供了在可能略微高于平台152的高度处的风力涡轮塔架的横截面形状，即，在该示例中，滤波器模块不由平台支撑。因此，平台152不需要加强以能够承载一个或多个滤波器模块。然而，滤波器模块布置在这样的高度处，使得维护人员在必要时可从平台接近它们。
74.如图4c中所示，梯子162可允许维护人员在平台之间向上和向下移动。工作升降机164可布置在梯子162旁边，并且在一些示例中可由梯子162引导。还示意性地指示了维护区166。
75.应当清楚的是，图4c仅提供了一个示例。滤波器模块的布置在不同的平台处可能不同，这取决于可用的空间。滤波器模块可分布在塔架的高度上并与不同的平台一起布置，以便确保足够的物理间距，允许足够的热量排出或冷却，并为维护人员接近机舱提供足够的空间。
76.平台152可包括防护栅栏168，以在滤波器模块周围提供限制区域。应当记住，即使风力涡轮本身不操作，电滤波器也可能是起作用的(active)且通电的，以在风力发电场电网中提供谐波阻尼。即，特定的风力涡轮可能会为了维护或由于故障而停止。然而，相同风电场内的其它风力涡轮可能仍在全面操作。甚至沿着风电场的相同串的风力涡轮也可操作。因此，在停止或停机的风力涡轮内的电滤波器可能仍然也需要操作。
77.也可使用除栅栏之外的其它形式的屏蔽。在一些示例中，滤波器或滤波器模块可被屏蔽。在图4c的示例中，防护屏蔽170被提供在滤波器模块135周围。
78.根据具体的电力布置，可确定滤波器模块周围用于人员的最小安全距离。根据这样的安全距离，滤波器模块可分布在可用的横截面区域上。
79.图5示意性地图示了海上风力发电场200的示例。在本公开的另一方面，提供了风力发电场200，其包括具有公共连接点的变电站230。风力发电场200包括并联连接到公共连接点的一个或多个风电场串或220，其具有在公共连接点处或附近的第一端部222和第二相对端部224，并包括在第一端部222和第二端部224之间的多个风力涡轮210。风电场串也可称为“线路”或“总线”。风电场串220中的一个或多个可包括与前文所述的风力涡轮示例相同或类似的风力涡轮，特别是具有与风力涡轮支撑结构(如风力涡轮塔架)一起布置或在其内布置的电滤波器。电滤波器可连接到风力涡轮的主电压变压器的高压侧。
80.在示例中，风电场串220中的每个可包括这样的风力涡轮，其包括电滤波器。
81.在底部串220中，第一风力涡轮210a布置为串的第一风力涡轮。风力涡轮210c是该串的最后一个风力涡轮。并且风力涡轮210b基本上沿着串居中地布置。在该特定示例中，所有串具有相同的长度和相同的风力涡轮数量。将清楚的是，并不一定需要这种情况，并且风电场中的串可具有不同的长度(和因此不同的容量)，以及不同数量的风力涡轮。
82.在示例中，根据本文中公开的任何示例包括一个或多个电滤波器的多个风力涡轮可沿着串中的一个布置，而对于其它串，可提供具有电滤波器的单个风力涡轮(例如，第一风力涡轮210a、串的最后一个风力涡轮210c或在两者之间的风力涡轮210b)。在示例中，附加的电滤波器可与变电站230一起布置。在其它示例中，没有电滤波器可与变电站230一起布置。
83.将清楚的是，即使串被描绘为如果它们在物理上彼此基本上平行，串也可根据风电场的布局以各种方式布置。该串可例如径向地远离公共连接点延伸。
84.在又一个方面，提供了一种风电场，其包括具有公共连接点的变电站230和连接到公共连接点的一个或多个并联风电场串220，该风电场串220具有在公共连接点处或附近的第一端部222和第二相对端部224，并且包括在第一端部和第二端部之间的多个风力涡轮210，其中，风力涡轮串220中的每个包括至少一个风力涡轮，该风力涡轮具有连接在风力涡轮的主变压器的高压侧处的电滤波器。
85.风电场可为如在图5中那样的海上风电场。变电站230可包括高压变压器，并且连接到高压输电线路240，例如，hvac或hvdc输电线路。这样的高压输电线路可能有几千米长，例如5 km、10 km或更长。高压输电线路可连接到与大陆电力网300的公共联接点(ppc) 260。参考标记250图示海岸线。
86.在示例中，具有电滤波器的风力涡轮可布置在风电场串的第二端部处或其附近。如果选择“线路端部(end-of-line)”风力涡轮，这可能在与风力涡轮的开关设备的连接方面是有益的。但是在本公开的范围内，在不同位置处的风力涡轮(例如，如沿着串居中的，如风力涡轮210b)也可包括电滤波器。
87.尽管在本公开中所有风力涡轮和风电场都被图示和解释为海上风力涡轮和风电场，但是应当清楚的是，相同或类似的布置也可在陆上使用。
88.本书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有无实质性差别的等同结构要素，则此类其它示例旨在处于权利要求书的范围内。本领域普通技术人员可混合和匹配来自所描述的各种实施例的方面以及每个这样的方面的其它已知等同物，以根据本技术的原理构造附加的实施例和技术。如果与附图相关的参考标记被置于权利要求中的括号中，那么它们仅仅是为了试图增加权利要求的可理解性，而不应被解释为限制权利要求的范围。
技术特征：
1.一种风力涡轮(10)，包括：风力涡轮转子(18)，其具有支撑在支撑结构(100)上的多个叶片(22)；发电机(42)，其操作地联接到所述风力涡轮转子(18)，以用于生成电功率；功率电子转换器(120)，其用于将由所述发电机(42)生成的电功率转换成预定频率和电压的经转换的ac功率；主风力涡轮变压器(90)，其具有低压侧和高压侧，用于将所述经转换的ac功率变换成更高的电压；和一个或多个电滤波器(130)，其连接到所述主变压器的所述高压侧，其中所述电滤波器(130)布置在所述支撑结构(100)中。2.根据权利要求1所述的风力涡轮，其中，所述支撑结构包括风力涡轮塔架(100)，并且其中，所述电滤波器(130)布置在所述风力涡轮塔架内部。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮，其中，所述电滤波器(130)是阻尼滤波器。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述发电机(42)配置成生成多个电相的电功率，并且其中，所述风力涡轮包括用于所述多个电相中的每个的电滤波器(130)。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述电滤波器(130)中的一个或多个包括至少两个滤波器模块(135；140)。6.根据权利要求5所述的风力涡轮，其中，第一模块(140)与第一平台(152)一起布置在所述风力涡轮塔架(100)内，并且第二模块(135)与第二平台(152)一起布置在所述风力涡轮塔架(100)内。7.根据权利要求6所述的风力涡轮，其中，所述第一平台(152)和所述第二平台(152)包括防护栅栏(168；170)，以提供围绕所述滤波器模块的限制区域。8.根据权利要求5至7中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述滤波器模块包括结构框架(139；149)，并且其中，所述结构框架(139；149)附接到所述风力涡轮塔架的内壁。9.根据权利要求8所述的风力涡轮，其中，所述风力涡轮塔架的所述内壁包括用于所述滤波器模块的所述结构框架的附接的多个凸台。10.根据权利要求5至9中的任一项所述的风力涡轮，其中，所述第一模块(140)包括并联连接的电抗器组(144)和电阻器组(142)。
技术总结
本公开涉及一种风力涡轮，该风力涡轮包括：风力涡轮转子，其具有支撑在支撑结构上的多个叶片；发电机，其操作地联接到风力涡轮转子，以用于生成电功率；功率电子转换器，其用于将由发电机生成的电功率转换成预定频率和电压的经转换的AC功率；以及主风力涡轮变压器，其具有低压侧和高压侧，用于将经转换的AC功率变换成更高的电压。一个或多个电滤波器连接到主变压器的高压侧，其中，电滤波器布置在支撑结构中。本公开还涉及风电场，并且特别是海上风电场，以及用于操作风电场的方法。以及用于操作风电场的方法。以及用于操作风电场的方法。
