CN1972055B - 带过电压保护的风力涡轮机及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有为电力网(3)的第一电力线(3a)产生电力的发电机(2)的风力涡轮机(1)；所述风力涡轮机包括具有连接到所述发电机(2)的第一初级线圈(102)以及连接到所述第一电力线(3a)的第一次级线圈(104)的第一变压器(100)，以便将所述第一初级线圈(102)上的第一初级电压(vp1)转换成所述第一次级线圈(104)上的第一次级电压(vs1)；此外，根据本发明的风力涡轮机包括连接到所述第一初级线圈(102)的第一电路(106)；所述第一电路具有第一开关元件(108)，如果所述第一次级电压(vs1)超过预定第一电压极限值，则用于提供并联于所述第一初级线圈(102)的第一电流通路(112)。

Description

带过电压保护的风力涡轮机及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于为电力网产生电力的风力涡轮机，并且特别涉及一种受到电力网侧的过电压影响(exposed)的风力涡轮机。 

背景技术

由于电力网的不稳定，风力涡轮机时常会受到来自电力网侧的过电压的影响。通常，如果过电压超过预定值，风力涡轮机将与电力网断开，以避免任何对风力涡轮机***的损坏。然而，将风力涡轮机从电力网断开可能产生相当长的停机时间，因为再次将风力涡轮机重新连接到电力网上要花费一定的时间。此外，在由于电力网的不稳定产生过电压的情况下将风力涡轮机从电力网断开可能使电力网产生附加的不稳定。因而，在电力网不稳定的情况下将风力涡轮机从电力网断开可能导致严重破坏电力网稳定的连锁反应。 

为了克服电力网不稳定以及风力涡轮机损坏的风险，电力网应用供应商通常在允许风力涡轮机从电力网断开之前要求它们必须承受最小过电压容限。这导致目前的结果：提供50Hz的690V电压的现有风力涡轮机的部件设计为随时承受110％的过电压、承受115％的过电压1s的持续时间并且承受120％的过电压100ms的持续时间。然而，同时象苏格兰这样的国家或地区已经建立了需要风力涡轮机跨越高达150％的电力过电压的电力网过电压要求。如此高的过电压很可能损坏目前的风力涡轮机。 

发明内容

为了克服上述问题，并且特别是为了克服由于电力网侧的过电压导致风力涡轮机损坏的问题，提出了一种风力涡轮机。通过所附权利要求、描述以 及附图，本发明的其他方面、优点以及特征显而易见。 

根据本发明的风力涡轮机包括具有为具有第一电力线的电力网产生电力的发电机的风力涡轮机；进一步包括具有连接到所述发电机的第一初级线圈以及连接到所述第一电力线的第一次级线圈的第一变压器以便将所述第一初级线圈上的第一初级电压转换成所述第一次级线圈上的第一次级电压；根据本发明的风力涡轮机进一步包括连接到所述第一初级线圈的第一电路，其中所述第一电路具有第一开关元件，如果所述第一次级电压超过预定第一电压极限值，则用于提供并联于所述第一初级线圈的第一电流通路。 

与第一电流通路断开的情况相比，利用提供并联于所述第一初级线圈的第一电流通路的所述第一电路的第一开关元件，第一初级线圈上的第一初级电压减小。优选的是，并联通路包括具有斩波器以及阻尼电阻(或阻尼电感)的备用整流器。第一初级电压的减小防止电力网侧的过电压直达发电机以及涡轮机内的其他敏感设备。第一开关元件能够仅在需要的时刻(即，在过电压过程中)选择性激活并联电流通路。这样，利用处于备用的电路，保护风力涡轮机不受过电压影响，同时在正常操作过程中(即，在没有过电压时)几乎不消耗任何电力。利用第一电路，提供能够在电力网(应用网)出现极端电压峰值时将电压峰值切割到容许值的备用阻尼单元。此外，利用通过这种方式进行过电压保护的风力涡轮机，不必再将风力涡轮机从电力网断开。这样，风力涡轮机的电力产生效率显著增加。此外，本发明便于非常简单的实现过电压保护，因为利用已经处于适当位置的变压器，仅需要将第一电路连接到第一初级线圈。这样，利用根据本发明的过电压保护可以轻易改进已有的风力涡轮机。 

由于大多数电力网具有第一、第二以及第三电力线，以便以三种不同的相位传输电流，因而除了所述第一变压器，风力涡轮机优选具有第二(以及任选的第三)变压器，其具有连接到所述发电机的第二(和相应的第三)初级线圈以及连接到所述第二(以及相应的第三)电力线的第二(和任选的第三)次级线圈，以便将所述第二(和相应的第三)初级线圈上的第二(和相应的第三)初级电压转换成所述第二(和相应的第三)次级线圈上的第二(以及相应的第三)次级电压。在这种情况下，优选对于所述第一、第二以及第三变压器中的至少两个，如果相应的第一、第二或第三次级电压超过预定第一电压极限值时，则存在与所述相应的第一、第二或第三初级线圈并联的电流通路。进一步优选的是，所述第一、第二和/或第三开关元件是相同类型的，以便具有相同的开关特性。 

优选的是，所述第一、第二以及第三电路中的至少一个包括相应的第一、第二或第三阻尼部件，以便分别限制所述第一、第二或第三电流通路的电流。通过限制各电流通路的电流，可以控制过电压的电压减小，以便一方面使由于第一、第二或第三电路产生的失真最小化，并且另一方面防止风力涡轮机损坏。 

附图说明

对于本领域技术人员，在说明书的余下部分中(包括参考附图)更具体地阐述了本发明的全部以及启发性公开内容(包括其最佳实施方式)，其中： 

图1是根据本发明第一实施例的具有分别与三个相应的初级线圈并联的电流通路的风力涡轮机的示意图； 

图2a是根据本发明第二实施例具有分别与三个相应的初级线圈并联的电流通路并且其中使用电感来限制电流的风力涡轮机的示意图； 

图2b公开了由图2a的电路形成的电力线和相应的初级电压的电压曲线； 

图3a是根据本发明第三实施例的具有与所有三个相应的初级线圈并联的单个电流通路的风力涡轮机的示意图； 

图3b公开了由图3a的电路形成的电力线和相应的初级电压的电压曲线。 

术语名称： 

1风力涡轮机 

2发电机 

2a发电机的第一电线 

2b发电机的第二电线 

2c发电机的第三电线 

3电力网 

3a电力网的第一电力线 

3b电力网的第二电力线 

3c电力网的第三电力线 

5转子 

7变速箱 

9中央控制单元 

11a第一控制线 

11b第二控制线 

11c第三控制线 

20单个电路 

22单个电流通路 

100第一变压器 

102第一初级线圈 

104第一次级线圈 

106第一电路 

108第一开关元件 

110第一阻尼部件 

112第一电流通路 

200第二变压器 

202第二初级线圈 

204第二次级线圈 

206第二电路 

208第二开关元件 

210第二阻尼部件 

212第二电流通路 

300第三变压器 

302第三初级线圈 

304第三次级线圈 

306第三电路 

308第三开关元件 

310第三阻尼部件 

312第三电流通路 

vp1第一初级电压 

vp2第二初级电压 

vp3第三初级电压 

vs1第一次级电压 

vs2第二次级电压 

vs3第三次级电压 

V1第一电压源 

V2第二电压源 

V3第三电压源 

具体实施方式

现在将详细参照本发明的各种实施例，在附图中显示了其一个或多个实例。通过本发明说明的方式提供各实例，并不意味着作为本发明的限制。例如，显示或描述为一个实施例的一部分的特征可以用于或结合其他实施例，来产生又一个实施例。本发明倾向于包括这些修改及变形。 

图1示意性公开了用于向电力网3的第一、第二以及第三电力线3a、3b、3c提供电力的风力涡轮机1。在这种情况下，三个电力网电力线传输频率为50Hz峰到峰电压为380kV的交流电，其中三个电力线的交流电压的相位彼此相对偏移120度。然而，本领域技术人员立刻可以意识到本发明不依赖于特定的电力网参数并且它能够同样用于具有更少的电力线、更低或更高电压以及/或者更低或更高频率的电力网。 

图1公开了典型风力涡轮机的典型部件。它包括用于将风能转换成机械转动能的转子5，用于将转子5的转速转换成比较适于在发电机2中进行有效发电的转速的变速箱7，以及通过从相应的风力涡轮机部件读取参数并向其发布命令而与各种风力涡轮机部件的操作协作的中央控制单元9。应该提到，图1仅是不想以任何方式限制本发明的实例。特别是，还应该提到，在描述和附图中，发电机2应以广泛的含义理解为可以包括转子和定子以及整流器和逆变器以及能够用于将产生的电力的电压、频率以及相位调整成电力网供应所需值的其他主动部件。因而，以下附图中的第一、第二和第三电线2a、2b、2c优选理解为直接与各自的变压器100、200、300连接的电线，以便提供与发电机2的任意一个主动部件的连接。 

此外，应该提到，描述中所引入的电压是指参照附图中所示的第一参考电压REF1或第二参考电压REF2的电压。优选的是，第一参考电压REF1和第二参考电压REF2相同。 

如上文所提到的，第一、第二和第三电线2a、2b、2c将发电机2产生的电力经各自的第一、第二或第三变压器100、200、300传输到电力网3的相应的第一、第二或第三电力线3a、3b、3c。第一、第二和第三变压器100、200、300用于将相应的第一、第二或第三初级线圈102、202、302上的相应的第一、第二或第三初级电压vp1、vp2、vp3转换成相应的第一、第二或第三次级线圈104、204、304上的相应的第一、第二或第三次级电压vs1、vs2、vs3，在目前的情 况下上述次级电压与第一、第二或第三电力线3a、3b、3c的电压相匹配。 

例如，发电机2可以设计为产生频率分别为50Hz并且相位彼此相对偏移120度的峰到峰电压值为690V的交流第一、第二和第三初级电压vp1、vp2、vp3。为了将发电机的电力提供到峰到峰电压为380KV的相应的第一、第二和第三电力线3a、3b、3c，第一、第二和第三变压器分别需要将相应的第一、第二或第三初级电压vp1、vp2、vp3放大大约550倍。此外，为了输送1.5MW的典型电力，变压器的第一、第二和第三初级线圈在电压为690伏特时分别传送大约1260安培的电流。 

由于图1中的电力网3的第一、第二和第三电力线3a、3b、3c直接与相应的第一、第二或第三次级线圈104、204、304连接，如果没有过电压保护，电力网3的过电压可以经相应的第一、第二或第三变压器100、200、300耦合出损坏发电机2的电压变化。相应的第一、第二或第三电力线上的电压曲线是正弦形的交流电压曲线，当电压的绝对值超过各自预定的第一、第二或第三绝对电压极限值时，过电压出现一次。优选的，选择各自的预定第一、第二和第三电压极限值，以便提供第一、第二或第三电力线3a、3b、3c的电压可以在不损坏风力涡轮机的情况下进行变化的电压范围。 

图1进一步公开了连接到相应的第一、第二或第三初级线圈102、202、302的第一、第二和第三电路106、206、306，以便在相应的第一、第二或第三次级电压vs1、vs2、vs3超过各自的预定第一、第二或第三电压极限值的情况下提供与各自的第一、第二或第三初级线圈102、202、302并联的相应的第一、第二或第三电流通路112、212、312。在图1中，相应的第一、第二或第三电流通路112、212、312在发电机2的相应的第一、第二或第三电线2a、2b、2c以及第二参考电压R2之间提供通路。 

第一、第二和第三电路106、206、306分别具有能够分别关闭 以提供相应的电流通路112、212、312并且能够分别打开以切断相应的电流通路112、212、312的相应的第一、第二或第三开关元件108、208、308。在图1中，第一、第二和第三开关元件108、208、308分别包括能够分别对高电压(例如690V)以及高电流(例如200A)进行切换的闸门电路断开式半导体闸流管(GTO)、绝缘闸门双极晶体管(IGBT)、IGCT或半导体闸流管。取决于所需的保护，优选各开关元件能够切换大于相应的第一、第二或第三初级线圈的最大标称电流0.01％的，优选是大于0.1％的，更优选是大于1％的电流。此外，第一、第二和第三电路的所有部件优选能够承受相同的电流。这样，可以引出相应的第一、第二或第三电线2a、2b、2c的电流中相当大的部分，否则这部分电流将流经相应的第一、第二或第三初级线圈102、202、302。这样，流经相应的第一、第二或第三初级线圈102、202、302的电流将减小，这种情况转而减小相应的第一、第二或第三初级电压vp1、vp2、vp2。这就是如何使用第一、第二和第三电流通路112、212、312来保护发电机2不受电力网3产生的过电压影响。 

优选的是，如图1所示，第一、第二和第三开关元件由经相应的第一、第二或第三控制线11a、11b、11c连接到开关元件112、212、312(例如IGBT或GTO)的控制端(例如，晶体管的门电路)的中央控制单元9所控制。通过在正确的时刻在控制线11a、11b、11c上发布适当的信号，相应的第一、第二或第三开关元件112、212、312在过电压的情况下关闭并且一旦过电压消失则打开。这样，通过依据过电压的存在关闭并打开开关元件，可以在存在过电压时仅第一、第二或第三初级电压vp1、vp2、vp2变形。这使得由于过电压产生的能量损失最小化。 

图1进一步公开了与相应的第一、第二或第三电流通路112、212、312串联以便限制其内电流的第一、第二和第三阻尼部件110、210、310。使用电流限制来避免在相应的开关元件关闭时第一、第二或第 三初级电压vp1、vp2、vp3完全断开。存在许多与相应的电流通路串联的电子部件能够限制其内电流的方法。例如，第一、第二或第三阻尼部件可以分别由电阻R组成。在这种情况下，例如，根据欧姆定律限制经第一开关元件108引出的电流i1，其中i1＝vp1/R。一般说来，应该考虑电力网的预期最大过电压值并考虑当从电力网3看时变压器所代表的电感来选择电阻值。 

图2a示意性公开了根据本发明的另一实施例，其具有包括与第一阻尼部件L10串联的第一开关元件T10的第一电路、包括与第二阻尼部件L20串联的第二开关元件T20的第二电路以及包括与第三阻尼部件L30串联的第三开关元件T30的第三电路以保护发电机2不受由相应的第一、第二和第三电压源V1、V2和V3所产生的过电压的影响。第一、第二和第三电压源V1、V2和V3施加到相应的第一、第二和第三电力线3a、3b、3c上。 

为了更好地分析与开关元件T10、T20、T30和阻尼部件L10、L20、L30连接的变压器100、200、300受第一、第二和第三电压源V1、V2、V3的电压影响的电子特性，图1的第一、第二和第三变压器100、200、300在图2a中显示为等效电路，其中与电阻R3、R4、R5串联的电感L1、L2、L3表示发电机2所看到的相应的有效电感和电阻。部件优选设计为承受大于或等于额定变压器电流大约5或6倍的电流，即至少300到500ms。换句话说，例如，图1中第一次级线圈和第一初级线圈之间的变压器100上的电压降在图2a中由与电感L1串联的电阻R3产生的电压降所表示。因而，在第一电线2a的位置P1测量的电压等于图1的第一初级电压vp1，在第二电线2b上的位置P2测量的电压等于图1的第二初级电压vp2，并且在第三电线2c的位置P3测量的电压等于图1的第三初级电压vp3。 

下面将针对第一电力线3a和第一电线2a描述相对第一、第二和第三电压源V1、V2、V3产生的过电压的发电机2的保护。为了相对过电压保护发电机2，第一开关元件T10以及第一阻尼部件L10 连接到第一变压器100的第一初级线圈(参见图1，在图2a中未示)，以便提供并联到第一初级线圈的第一电流通路112。在图2a中，第一开关元件T10为具有集电极、发射极以及基极并且能够在一个方向上切换高电压(例如，690V)以及高电流(例如，几安培到几百安培)的双极功率晶体管。此外，图2a中的第一阻尼部件L10是电感。利用电感，只要电阻R3的阻值很小，第一晶体管100上的电压降与第一电压源V1产生的电压同相。 

类似的，第二双极功率晶体管T20和第二阻尼部件L20连接到第二变压器200的第二初级线圈(图2a中未显示)，以提供与第二初级线圈并联的第二电流通路212，保护发电机2不受第二电压源V2产生的过电压影响，并且第三双极功率晶体管T30和第三阻尼部件L30连接到第三变压器200的第三初级线圈(图2a中未显示)，以提供与第三初级线圈并联的第三电流通路312，保护发电机2不受第三电压源V3产生的过电压影响。保护发电机2不受第二和第三电压源V2、V3产生的过电压影响以与上文针对第一电压源V1产生的过电压所描述的原理相同的原理进行工作。 

图2a进一步公开了其阴极连接到相应的电感L10、L20、L30中的一个上并且连接到双极功率晶体管T10、T20、T30的相应的集电极中的一个上，而其阳极连接到所有三个双极功率晶体管T10、T20、T30中的发射极的二极管D11、D12、D13。二极管D11、D12、D13使得在操作过程中双极功率晶体管的T10、T20、T30的发射极连接到比双极功率晶体管T10、T20、T30的相应的集电极更负的电位上。这样，双极晶体管T10、T20、T30保持在饱和模式，在该模式下，晶体管依据施加到其相应的基极上的电位进行接通和切断。 

图2a还公开了连接到第一、第二和第三双极功率晶体管T10、T20、T30的基极上的中央控制单元9，以便依据第一、第二和第三电压源V1、V2、V3中的某个电压处于过电压范围与否接通(开关元件关闭)以及切断(开关元件打开)功率晶体管T10、T20、T30。 例如，如果第一电压源V1处于过电压范围，则第一电压源V1所提供的电压的绝对值超过预定的绝对电压极限值，中央控制单元9向第一双极功率晶体管T10发送信号。该信号关闭双极功率晶体管T10，以便在功率晶体管T10上提供低阻抗，从第一电线2a引出相当大的电流i1来减小第一初级电压vp1。 

图2b显示了由与第一变压器100连接的第一开关元件T10(双极功率晶体管)和第一阻尼部件L10产生的第一初级电压vp1的电压减小效果。图2b显示了由第一电压源V1产生的第一正弦形电压曲线，以及代表第一初级电压vp1的略微较小的第二正弦形曲线。彼此相对校准图2b中的两个正弦形曲线的振幅使得开关元件T10打开时(即，第一电流通路112断开时)，两个正弦形曲线的振幅相同。然而，只要第一电压源V1电压超过预定第一电压极限值通过关闭第一开关元件T10以及只要第一电压源V1的电压回落到预定相应的第一、第二或第三电压极限值通过打开第一开关元件T10，可减小第一初级电压vp1的振幅。这样，发电机2不会“看到”第一电压源V1的电压，并因而保护其不受过电压影响。 

应该提到，由于第一阻尼部件L10的电感，第一初级电压vp1的形状大体保持为正弦形并且与第一电压源V1的电压同相，这样对发电机2的操作由几点好处。此外，上文针对第一变压器和第一电流通路112所解释的内容同样适用于具有第二和第三变压器200、300及其各自的第二和第三电流通路212、312的电路。 

图3a公开了根据本发明的第三实施例。与图2a中的类似，第一、第二和第三变压器100、200、300显示为与相应的电阻R3、R4、R5串联的相应的电感L1、L2、L3。与图2a中的类似，部件优选设计为承受大于或等于额定变压器电流的5或6倍的电流，即至少300到500ms。因而，在第一电线2a上位置P1测量的电压等于图1的第一初级电压vp1，第二电线2b的位置P2测量的电压等于图1的第二初级电压vp2，而在第三电线2c上的位置P3测量的电压等于图1的 第三初级电压vp3。 

图3a与图2a的不同之处在于：第一、第二和第三电路106、206、306被组合以为发电机2的所有三个电线2a、2b、2c提供唯一一个电流通路22。在这种情况下，开关元件U3用于在第一、第二或第三电压源V1、V2、V3的某一个产生的电压超过预定电压极限值时提供电流通路，并用于当第一、第二或第三电压源V1、V2、V3中的某一个产生的电压回落到预定电压极限值以下时断开电流通路。单个电流通路22包括用于限制单个电流通路22的电流的单个阻尼部件R13。通过对发电机2的全部三个电线2a、2b、2c使用单个电流通路，简化了元件U3的切换同步。 

图3a设计与图2a另一不同之处在于：开关元件U3在没有外部信号的情况下进行接通和切断。这通过使用一旦相应的开关元件的阳极和阴极之间的电压超过预定阈值就自动切换到导通模式(开关关闭)并且一旦相应的开关元件的阳极和阴极之间的电压回落到预定阈值电压以下就自动切换到绝缘模式(开关打开)的半导体闸流管、GTO(闸门电路断开式半导体闸流管)或者类似元件是有可能实现的。优选的，预定阈值可以由静态电压控制(图3a中未图示)。在这种情况下，预定阈值可以调整为与过电压保护所需预定电压极限值相对应的值。应该提到，自动切换(即开关元件在没有外部信号情况下的切换)提供了良好的安全性，因为在这种情况下过电压保护不取决于控制单元9的功能信号。 

此外，与图2a类似，二极管D1、D2、D3以及二极管D4、D5和D6使得开关元件U3的阳极处于其阴极更负的电位上。 

图3b显示了由图3a的电路设计产生的第一初级电压vp1的电压减小效果。图3b显示了由第一电压源V1产生的第一纯正弦形电压曲线以及代表第一初级电压vp1的略微较小的第二正弦形曲线。彼此相对校准图3b中的两个正弦形曲线的振幅，使得开关元件U3打开时，即单个电流通路22断开时，两个正弦形曲线相同。然而，通 过第一电压源V1的电压一超过预定第一电压极限值就关闭开关元件U3，并且通过第一电压源V1的电压一回落到预定第一电压极限值以下就打开开关元件U3，第一初级电压的峰值似乎可切断。这样，发电机2不会“看见”过电压，并且因而保护其不受过电压损坏。然而，由于电感L10，图2a的电路的初级电压曲线vp1相当平滑(参见图2b)，而图3b的初级电压曲线vp1看起来有些扰动。 

本发明还涉及一种操作风力涡轮机的新方法，其中风力涡轮机包括用于向电力网的第一电力线3a提供电力的第一电线2a。根据本发明的方法包括以下步骤：(a)检测所述第一电力线的电压；(b)在所述第一电压超过预定第一电压极限值的情况下将第一电流通路连接到所述第一电线2a；以及(c)在所述第一电压回落到所述预定第一电压极限值以下的情况下将所述第一电流通路从所述第一电线2a断开。 

优选的，该方法同样适用于为同一电力网的第二电力线3b提供电力的第二电线2b，并且可以适用于为同一电力网的第三电力线3c提供电力的第三电线2c。在这种情况下，该方法包括以下步骤(a)检测所述第二和/或第三电力线3b、3c的电压；(b)在所述第二和/或第三电压超过预定第二和/或电压极限值的情况下将第二和/或第三电流通路连接到所述第二和/或第三电线2a；以及(c)在所述第二和/或第三电压回落到所述预定第二和/或第三电压极限值以下的情况下将所述第二和/或第三电流通路从所述第二和/或第三电线2a断开。优选的，所述第一、第二和/或第三电流通路分别与相应的第一、第二或第三初级线圈102、202、302并联。此外，预定第一、第二和第三电压极限值优选为同一值。 

在优选实施例中，通过切换例如图1、2a和3a中描述的开关元件分别连接以及断开所述第一、第二和/或第三电流通路。此处，开关元件是先前描述的类似例如功率晶体管、绝缘闸双极晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、闸门电路断开式晶体管 (GTO)、半导体闸流管或半导体控制整流器(SCR)的半导体部件中的一种。通过将第一、第二和/或第三电流通路连接到相应的第一、第二或第三电线2a、2b、2c，减小相应的第一、第二或第三变压器100、200、300上的相应的第一、第二或第三初级电压，使得在电路网的过电压情况下，发电机不会“看到”过电压。另一方面，通过将第一、第二和/或第三电流通路从相应的第一、第二或第三电线2a、2b、2c断开，在等于或低于预定相应的第一、第二或第三电压极限值的电压在相应的第一、第二或第三电力线3a、3b、3c中占优的情况下，发电机2能够在相应的第一、第二或第三电流路径中的任何路径不损失任何电流并因而不损失任何电力的情况下正常操作。这样，通过依据电力网的电压将相应的第一、第二和/或第三电流通路与相应的第一、第二或第三电线2a、2b、2c连接以及断开，提供一种发电机不受电力网过电压损坏的经济的保护方法。 

应该提到，可以通过不同方法实现第一，第二和/或第三电力线3a、3b、3c的电压检测。例如，在一实施例中，通过测量相应的第一、第二或次级线圈104、204、304上的相应的第一、第二或第三次级电压vs1、vs2、vs3或者通过测量相应的第一、第二或第三初级线圈102、202、303上的相应的第一、第二或第三初级电压vs1、vs2、vs3实现第一、第二和/或第三电力线3a、3b、3c的电压检测。如图2a所示，在这些情况下，测量的电压优选送入到根据测量的电压值控制相应的开关元件108、208、308，例如相应的开关元件T10、T20、T30的中央控制单元9。 

在另一优选实施例中，通过使第一、第二和/或开关元件受电力网提供的电压的影响而被动地实现第一、第二和/或第三电力线3a、3b、3c的电压检测。在这种情况下，一旦相应的电压超过预定电压极限值，相应的开关元件U3则自动切换到导通模式(开关关闭)并且一旦相应的电压回落到预定电压极限值以下则自动切换到绝缘模式(开关打开)。如图3a所示，“自动”切换是指不需要外部主动 控制线来改变相应的开关元件的切换模式。 

如前面所提到的，本发明的实施例仅阐述了本发明的特定设计。本领域技术人员轻而易举地知道如何在不脱离本发明范围的情况下改变该设计。特别是，本领域技术人员轻而易举地知道一类开关元件可以轻易由另一类开关元件所代替，并且在这种情况下，电路必须进行相应的调整。例如，当使用功率晶体管作为开关元件时，它可以通过相应的调整电路而由半导体闸流管轻易代替，或者反之亦然。 

Claims (15)

1.一种具有用于为电力网的第一电力线产生电力的发电机的风力涡轮机；所述风力涡轮机包括：

具有连接到所述发电机的第一初级线圈以及连接到所述第一电力线的第一次级线圈的第一变压器，以便将所述第一初级线圈上的第一初级电压转换成所述第一次级线圈上的第一次级电压；以及

连接到所述第一初级线圈的第一电路；所述第一电路具有第一开关元件，用于在如果所述第一次级电压超过预定第一电压极限值时，提供并联于所述第一初级线圈的第一电流通路。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，还包括：

具有连接到所述发电机的第二初级线圈以及连接到所述电力网的第二电力线的第二次级线圈的第二变压器，以便将所述第二初级线圈上的第二初级电压转换成所述第二次级线圈上的第二次级电压；以及

连接到所述第二初级线圈的第二电路；所述第二电路具有第二开关元件，用于在如果所述第二次级电压超过预定第二电压极限值时，提供并联于所述第二初级线圈的第二电流通路。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，还包括：

具有连接到所述发电机的第三初级线圈以及连接到所述电力网的第三电力线的第三次级线圈的第三变压器，以便将所述第三初级线圈上的第三初级电压转换成所述第三次级线圈上的第三次级电压；以及

连接到所述第三初级线圈的第三电路；所述第三电路具有第三开关元件，用于在如果所述第三次级电压超过预定第三电压极限值时，提供并联于所述第三初级线圈的第三电流通路。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一电路、第二电路和第三电路中的至少一个包括用于限制相应的所述第一、第二或第三电流通路的电流的相应的第一、第二或第三阻尼部件。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三阻尼部件中的至少一个是与相应的所述第一、第二或第三开关元件串联连接的电阻或电感。

6.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，如果所述相应的第一、第二或第三次级电压降低于相应的所述预定的第一、第二或第三电压极限值以下，所述第一、第二和第三开关元件中的至少一个能够断开相应的所述第一、第二或第三电流通路。

7.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三开关元件中的至少一个能够切换大于所述相应的第一、第二或第三初级线圈的最大标称电流0.01％的电流。

8.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三开关元件中的至少一个包括功率晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、闸门电路断开式晶体管(GTO)，半导体闸流管或半导体控制整流器(SCR)中的至少一种功率半导体部件。

9.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三开关元件中的至少一个的切换由在所述相应的第一、第二或第三次级电压超过所述相应的预定第一、第二或第三电压极限值时能够检测到的控制单元所控制。

10.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三电路被组合以具有单个电流通路。

11.一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具有通过变压器为电力网的第一电力线提供电力的第一电线，所述变压器具有连接到所述第一电线的初级线圈和连接到所述第一电力线的次级线圈，所述方法包括以下步骤：

检测横跨所述次级线圈的电压；

在所述电压超过预定第一电压极限值的情况下，将所述第一电线的第一电流通路并联地连接到所述初级线圈；以及

在所述电压降低于所述预定第一电压极限值以下的情况下，将所述第一电流通路从所述初级线圈断开。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过切换开关元件，连接或断开所述第一电流通路。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述开关元件是半导体部件，包括功率晶体管、绝缘闸双极晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、闸门电路断开式晶体管(GTO)，半导体闸流管或半导体控制整流器(SCR)。

14.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三开关元件中的至少一个能够切换大于所述相应的第一、第二或第三初级线圈的最大标称电流0.1％的电流。

15.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一、第二和第三开关元件中的至少一个能够切换大于所述相应的第一、第二或第三初级线圈的最大标称电流1％的电流。

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