專利名稱：用于風力渦輪機中的低溫冷卻的元件的備用電力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及備用電力系統(tǒng)，且特別地涉及用于為風力渦輪機中的 以低溫的方式冷卻的元件提供電力的備用電力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，風力渦輪機作為具有零溫室氣體(GHG)排放的環(huán)境安全且 較便宜的備選能源而受到了更多的關(guān)注。隨著這種日益增長的關(guān)注， 已經(jīng)作出了大量的努力來開發(fā)可靠且高效的風力渦輪機。
通常，風力渦輪機使用風力來發(fā)電。風力使連接在轂上的一個或 多個葉片轉(zhuǎn)動，其中葉片和轂可構(gòu)成轉(zhuǎn)子。由風力引起的葉片旋轉(zhuǎn)使 連接在轉(zhuǎn)子上的軸旋轉(zhuǎn)，其連接到發(fā)電的發(fā)電機上。特別地，轉(zhuǎn)子安 裝在定位于桁架或管狀塔架頂部上的殼體或吊艙中。公用級風力渦輪 機(例如設(shè)計成以便為公用電網(wǎng)提供電力的風力渦輪機)可具有大型轉(zhuǎn) 子(例如，直徑為30米或者更大)。這些轉(zhuǎn)子上的葉片將風能變換成驅(qū) 動通過變速箱以旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的一個或多個發(fā)電機的旋 轉(zhuǎn)扭矩或力。變速箱可用于提高渦輪機轉(zhuǎn)子的本來4支低的旋轉(zhuǎn)速度， 以便發(fā)電機將機械能高效地轉(zhuǎn)換成電能，該電能供給公用電網(wǎng)。 一些 渦輪機利用不使用變速箱而直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的發(fā)電機。
為了提高風力渦輪機的效率和性能，可使用超導發(fā)電機，但是需 要保持超導勵磁線圈所需低溫的低溫冷卻系統(tǒng)。如果該低溫冷卻系統(tǒng) 長時間地(例如大于大約三個小時)損失電力，則低溫冷卻劑可變暖到 可能發(fā)生汽化的點。冷卻劑的損失通常要求維護人員重新充填低溫系 統(tǒng)。此外，低溫冷卻系統(tǒng)的變暖可將大量的冷卻時間(例如12個小時 到三天)增加到風力渦輪機的總體停機時間上。

發(fā)明內(nèi)容
提供了 一種用于將低溫冷卻流體供應(yīng)給熱負載的冷卻系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括低溫致冷系統(tǒng)、聯(lián)接至熱負載的低溫冷卻流體以及用于為低溫 致冷系統(tǒng)提供電力的主電源。在主電源不能夠為低溫致冷系統(tǒng)提供足 夠的電力的情況下，備用電源為低溫致冷系統(tǒng)提供電力。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的簡圖示意，其顯示了結(jié)合了備用電 力系統(tǒng)的風力渦輪機發(fā)電機的電氣系統(tǒng)。
部件列表:
畫風力渦輪機電氣系統(tǒng)
110發(fā)電機
115電力變纟奐器
120低電壓配電板
130備用電源
135j氐溫冷卻系統(tǒng)
140渦輪機控制器
150120V系統(tǒng)
160230V系統(tǒng)
170400V系統(tǒng)
180渦輪機通信服務(wù)器
185數(shù)據(jù)庫
190風電場網(wǎng)絡(luò)
具體實施例方式
圖1是結(jié)合了備用電力系統(tǒng)的風力渦輪機發(fā)電機的電氣系統(tǒng)100
4的一個實施例的簡圖。圖1的實例提供了對于用于在美國使用的
1.5MW級風力渦輪機發(fā)電機而言典型的特定電壓。其它類似的電壓可 用于50Hz風力渦輪機發(fā)電機中。通常，較高的電壓用于較高的額定 功率，且較低的電壓用于較低的額定功率。然而，總體架構(gòu)可適用于 具有相同的和/或不同的電壓的許多不同類型和大小的風力渦輪機。
發(fā)電機110為電網(wǎng)提供AC電力，以及提供給風力渦輪機電氣系 統(tǒng)100的其它構(gòu)件。在一個實施例中，發(fā)電機110提供575V(其是發(fā) 電機的額定電壓)；然而可提供任何電壓。由發(fā)電機110產(chǎn)生的電力提 供給風電場子站或者其它設(shè)施，以用于通過電力變換器115收集由多 個風力渦輪機發(fā)電機所產(chǎn)生的電力，該電力變換器115也可以為低電 壓配電板(LVDP)120提供電力。
在一個實施例中，LVDP120包括用來將從發(fā)電機110接收來的 575V電力變換成120V、 230V和400V電力以便在整個風力渦輪機中 (分別地，150指代120伏系統(tǒng)，160指代230伏系統(tǒng)且170指代400 伏系統(tǒng))使用的變壓器。可根據(jù)需要提供其它和/或另外的電源水平。 連接到LVDP120上的風力渦輪機發(fā)電機系統(tǒng)包括例如傾斜系統(tǒng)控制 裝置和馬達、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制裝置和馬達、各種潤滑和冷卻系統(tǒng)、電插 座和燈、加熱器和各種各樣的裝備。通常，需要電力的各子系統(tǒng)(例如 低溫冷卻系統(tǒng)135、渦輪機控制器140、渦輪機通信服務(wù)器180等)可 通過LVDP120來提供電力，但是為了清楚，在圖1中未示出從 LVDP120到各子系統(tǒng)的特定連接。
在一個實施例中，LVDP120連接到備用電源130上。備用電源 130在LVDP120不能夠提供所需要的電力的情況下為一個或多個子 系統(tǒng)提供電力。備用電源130可以是任何類型的可調(diào)度的或者不可間 斷電源，例如電池系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)或者本領(lǐng)域已知的任何其它電力儲 存系統(tǒng)。在其它實施例中，備用電源130可包括備用發(fā)電機(其可包括 使用液體或氣體燃料的發(fā)電機)、燃料電池、太陽能電池板、蓄電池 (battery)或者本領(lǐng)域中已知的任何其它電力儲存系統(tǒng)。備用電源也可為低溫冷卻系統(tǒng)135提供電力。備用電源130可直 接連接到低溫冷卻系統(tǒng)135和任何其它子系統(tǒng)上，或者其可通過 LVDP120間接連接到各子系統(tǒng)上，或者是它們的組合。例如，電力變 換器115還可包括低溫構(gòu)件或者可連接到低溫冷卻系統(tǒng)135上。
一些風力渦輪機可結(jié)合一個或多個超導發(fā)電機110。低溫冷卻系 統(tǒng)135保持發(fā)電機110中的超導勵磁線圈所需的低溫。冷卻系統(tǒng)135 需要持續(xù)的和可靠的電力源來保持勵磁線圈的溫度。如果低溫冷卻系 統(tǒng)135長時間地(例如大于大約三個小時)損失電力，則低溫冷卻劑可 能變暖到可發(fā)生汽化的點。冷卻劑的損失通常要求維護人員重新充填 低溫系統(tǒng)。此外，低溫冷卻系統(tǒng)的變暖可將大量的冷卻時間(例如十二 個小時到三天)增加到風力渦輪機的總體停機時間。
連接到低溫冷卻系統(tǒng)135上的備用電源130為低溫冷卻系統(tǒng)135 保持必須的電力。也可減少或者消除低溫冷卻劑汽化的可能性、相關(guān) 耳關(guān)的維護和傳，4幾時間。
在本發(fā)明的 一 個實施例中(其中單個風力渦輪機需要備用電源 135),備用電力發(fā)電機的大小可以是大約5到12千瓦。在本發(fā)明的其 它實施例中(其中風電場結(jié)合了 一個或多個備用電源)，一個備用電源 可服務(wù)于多個風力渦輪機或者風力渦輪機中的全部。在該實例中，備 用發(fā)電機可大小設(shè)置成處于大約500到2,000kW的范圍中。在所有以 上實例中，如根據(jù)特定應(yīng)用的需要，備用電源可大小設(shè)置成在給定的 范圍之下或者之上。
在本發(fā)明的另外的方面中，備用電源可通過自動或可控的轉(zhuǎn)換開 關(guān)與主電源連接。在自動構(gòu)造中，轉(zhuǎn)換開關(guān)可以構(gòu)造成以便在主電源 損失時自動地接入備用電源。轉(zhuǎn)換開關(guān)還可具有預(yù)定的延遲，以避免 由于非常短暫的電壓瞬態(tài)而過早地切換。在一個實例中，轉(zhuǎn)換開關(guān)可 構(gòu)造成以便在主電力損失大于5秒鐘時切換到備用電力。該時間段可 基于特定應(yīng)用的需要而更短或者更長。
風力渦輪機中的其它子系統(tǒng)也可在電力損失的情況下由備用電源130提供電力?？陕?lián)接渦輪機通信服務(wù)器(TCS)180,以便直接或者 間接地從備用電源130接收電力。TCS180還可與風電場網(wǎng)絡(luò)190聯(lián) 接，以便將數(shù)據(jù)提供到遠程裝置，例如與風電場中的多個TCS交互的 服務(wù)器裝置。TCS180與渦輪機控制器140以及其它構(gòu)件(為了筒明的 原因，圖1中未示出聯(lián)接)聯(lián)接，以便提供控制和數(shù)據(jù)獲取操作。
TCS180還可與數(shù)據(jù)庫185聯(lián)接，該數(shù)據(jù)庫185儲存從風力渦輪 機的構(gòu)件獲得的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，TCS180使用實時中斷驅(qū)動 的數(shù)據(jù)庫管理器從風力渦輪機控制器和風力渦輪機100中的其它裝置
獲取實時和歷史數(shù)據(jù)。TCS180還進行輔助數(shù)據(jù)處理、^=艮警、配置管 理和數(shù)據(jù)壓縮，將數(shù)據(jù)存儲和歸檔在數(shù)據(jù)庫185中的實時和歷史數(shù)據(jù) 庫中。
TCS180還使用風電場網(wǎng)絡(luò)190上的實時SCADA協(xié)議將實時數(shù) 據(jù)供應(yīng)給單個或多個SCADA主機。TCS180進一步使用ODBC協(xié)議 將歷史數(shù)據(jù)供應(yīng)給中央數(shù)據(jù)庫且通過嵌入式瀏覽器提供用戶和配置 接口。 TCS180可以是與渦輪機控制器140有接口或者通信的獨立的 硬件裝置(例如計算機系統(tǒng)或其它電子裝置)，或者TCS180的功能可 在渦輪機控制器140中實現(xiàn)。
在本發(fā)明的另外的方面中，用于低溫冷卻系統(tǒng)的備用電源可由大 型冷儲存貯存器來替代或者與其相結(jié)合來使用。貯存器可包括液體低 溫介質(zhì)(例如液氦等)或者致密物質(zhì)的冷卻塊。
雖然已經(jīng)結(jié)合當前被認為是最實用且優(yōu)選的實施例其中之一的 內(nèi)容而描述了本發(fā)明，但是將理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的 實施例，而是相反，其意圖覆蓋包括在所附的權(quán)利要求書的精神和范 圍內(nèi)的各種修改和等效設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于為熱負載提供低溫冷卻流體的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括低溫致冷系統(tǒng)(135)；聯(lián)接至所述熱負載的低溫冷卻流體；用于為所述低溫致冷系統(tǒng)提供電力的主電源(120)；以及用于在所述主電源不能夠為所述低溫致冷系統(tǒng)提供足夠的電力的情況下為所述低溫致冷系統(tǒng)提供電力的備用電源(130)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱負栽是 發(fā)電機(110)和電力變換器(115)中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱負載包 括風力渦輪機的 一部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱負載包 括風力渦輪機中的至少一個超導發(fā)電機(l 10)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱負載包 括風力渦輪機中的至少一個超導發(fā)電機，且所述備用電源位于所述風 力渦輪機內(nèi)或者附近。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱負載包 括多個風力渦輪機中的多個超導發(fā)電機，所述多個風力渦輪機包括風 電場；且所述備用電源(130)位于所述風電場內(nèi)或者附近。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述備用電源 選自發(fā)電機、微型渦輪機、燃料電池、太陽能電池板以及電池中的至 少一種或者其組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風力渦輪機中的低溫冷卻的元件的備用電力系統(tǒng)。提供了一種用于將低溫冷卻流體供給熱負載的冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括低溫致冷系統(tǒng)、聯(lián)接至熱負載的低溫冷卻流體以及用于為低溫致冷系統(tǒng)提供電力的主電源。在主電源不能夠為低溫致冷系統(tǒng)提供足夠的電力的情況下，備用電源為低溫致冷系統(tǒng)提供電力。
文檔編號F03D11/00GK101673981SQ200910173248
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者E·T·拉斯卡里斯, J·W·布雷, K·西瓦蘇布拉馬尼亞姆, P·L·詹森 申請人:通用電氣公司