CN110537020A - 具有低电磁干扰的风力系统 - Google Patents

Abstract

一种系统，该系统包括对电磁辐射敏感的接收单元以及具有可变转子速度、大于1MW的额定功率、至少50m的转子直径的一个或更多个风力涡轮机，所述一个或更多个风力涡轮机位于距所述接收单元小于20km的距离处，并且其中，所述系统被布置以用于减少通过由一个或更多个风力涡轮机发射和/或反射的电磁辐射对接收单元的干扰，并且特别地其中，所述接收单元包括至少一个用于接收在10Mhz至250MHz之间的频率范围内的宇宙电磁辐射的天线。

Description

具有低电磁干扰的风力系统

技术领域

本发明涉及具有低电磁辐射发射的风力涡轮机，涉及包括对电磁辐射敏感的接收单元和具有低电磁辐射发射的一个或更多个风力涡轮机两者的系统，所述风力涡轮机可以位于距所述接收单元小于20km的距离处，并且涉及用于优化所述系统的方法以及涉及用于测量风力涡轮机的电磁辐射的发射的方法。

背景技术

由于涡轮机符合限制发射水平的国际规定，因此风力涡轮机的电磁辐射(进一步所谓的EM辐射)的发射通常不是问题。然而，对于若干的特定情况，发射水平仍然妨害接收单元。接收单元可以是主观上或客观上对EM辐射敏感的任何单元。这样的单元的示例是所谓的LOFAR(用于接收10MHz至250MHz的带宽内的宇宙辐射的低频阵列装置)的天线。另一示例构成(form)声称对EM辐射敏感并且有时会经受妨害的人。有些人声称，一般来说，生物物种(植物和动物两者)都受EM辐射妨害。最后，虽然风力涡轮机符合关于发射水平的规定，但是仍然有许多接收单元会经受通过由风力涡轮机发射的EM辐射的干扰的妨害。这是对于风能的实现并且因此对于向可再生能源过渡的障碍。

用于减少干扰的已知基本解决方案是在风电场的风力涡轮机停止和/或关断的某些时段上达成一致。另一种已知的解决方案是在某些区域中简单地不允许安装风力涡轮机。在这两种情况下，结果都是风能的实现放慢或者风电场产生较少的能量并且变得不经济。第三种先进的方法是安装风电场，并且忽视直接或间接地经由其他生物物种经受妨害的人的抱怨。这当然是一种不期望的方式，因为其对风能产生了很大的阻力。

发明内容

本发明的目的是克服现有解决方案的上述缺点。

此外，风能的实现在过去几十年不断增长并且风力涡轮机已经被安装在最合适的位置处。因此，现在考虑接收单元尤其是对由EM辐射的干扰具有高敏感性的人员已经移动至的其他区域、有时是安静区域，以用于安装风电场。因此，预期通过由风力涡轮机发射的EM辐射的妨害将增加。

因此，需要以有效的方式并且特别地通过一种不忽视人类的抱怨且不会严重地妨害风电场的实现的方法来减少妨害。

至此，根据本发明的一个方面，提出了在对通过由风力涡轮机的EM辐射的干扰具有客观或主观敏感性的区域中安装可变转子速度风力涡轮机，该可变转子速度风力涡轮机具有大于1MW的额定功率和至少50m的转子直径，该可变转子速度风力涡轮机包括若干主要部件例如塔架、可以与发电机集成的机舱、轮毂和至少一个叶片，该可变转子速度风力涡轮机还包括变压器和用于使发电机功率的可变频率适应电网频率的主转换器，其中，风力涡轮机被布置成减少特别是在10Mhz至250Mhz之间的范围内的EM辐射。

在本发明的实施方式中，进一步表示为“在实施方式中”，在风力涡轮机中的任一个或更多个部件被布置成减少EM辐射的发射时，风力涡轮机被布置成减少EM辐射的发射。在另一实施方式中，风力涡轮机被认为是EM辐射源，该EM辐射源被布置成将30MHz至230MHz之间的频率范围内的等效全向辐射功率减小至低于2.5pW/Hz(皮瓦每赫兹)、并且特别地低于0.25pW/Hz并且更特别地低于0.025pW/Hz并且甚至更特别地低于0.0025pW/Hz的水平。在又一实施方式中，风力涡轮机被布置成在距机舱30m的距离处将30MHz至230MHz之间的频率范围内的以120kHz的带宽的所发射的EM场强度限制降低至低于24dBμV/m、特别地低于18dBμV/m并且更特别地低于12dBμV/m并且甚至更特别地低于9dBμV/m的水平。

在实施方式中，风力涡轮机包括第一主要部件和第二主要部件，这些部件彼此可枢转地连接，并且其中，所述部件包括针对EM辐射的屏蔽件，这些屏蔽件封闭可以为EM辐射源的设备，其中，所述屏蔽件特别地经由滑环彼此导电地连接，使得屏蔽件形成可以是闭合的公共场的共同的屏蔽件。

在实施方式中，第一主要部件的屏蔽件以及可能还有第二主要部件的屏蔽件在一定程度上或全部地延续(continue)至枢轴连接的旋转中心并且接地或互连至相邻的屏蔽件。在一定程度上延续可以被限定为向旋转中心延伸至距旋转中心小于1m，特别地小于0.6m并且更特别地小于0.3m。这样的布局的优点是屏蔽件本身可以形成针对带宽在10MHz至250MHz之间的EM辐射的闭合表面。在可枢转地连接的两个主要部件的两个相邻屏蔽件的情况下，优点是较少需要或甚至不需要屏蔽件之间的导电连接(例如，滑环、电刷或基于液态金属的接触)来闭合屏蔽件。在实施方式中，使用基于镓的合金来代替汞用于基于液体金属的接触。

根据实施方式，屏蔽件在两个主要部件可枢转地连接的位置处闭合，屏蔽件可以具有用于维护人员或用于运输维修部件的通道。该通道可以具有门或舱口的形状，并且可以屏蔽其本身。

主要部件指的是塔架、至少包括发电机的定子的机舱、可能包括发电机的转子的轮毂和任何的叶片。可枢转地连接的两个主要部件指的是塔架和机舱、机舱或发电机、机舱和轮毂或轮毂和叶片。

根据本发明的屏蔽件可以包括最大未屏蔽距离小于1m、特别地小于0.3m并且更特别地小于0.1m并且优选地小于0.03m的未屏蔽的区域。此外，屏蔽件中的任一个可以是分离的屏蔽件，或者可以与风力涡轮机的另一部件集成(integrate)，例如，但不限于，发电机的壳体既可以用作针对EM辐射的屏蔽件也可以用作壳体。此外，机舱的外表面可以与防止EM辐射的屏蔽件集成。这样的屏蔽件还可以具有其他功能例如但不限于结构功能或雷电保护。

在实施方式中，风力涡轮机包括至少两个主要部件，这些主要部件可以相对于彼此可枢转地移动，并且这些主要部件均包括针对EM辐射的屏蔽件，其中，所述屏蔽件被接地并且具有至少10cm并且特别地至少30cm并且更特别地至少1m的交叠。

在实施方式中，风力涡轮机包括两个主要部件，其中，第一主要部件包括直接驱动发电机的定子，并且可枢转地连接至第一主要部件的第二主要部件包括直接驱动发电机的转子，其中，两个主要部件都包括防止EM辐射的发射的屏蔽件，该屏蔽件沿围绕发电机的旋转轴的闭合曲线彼此接界，该屏蔽件沿该闭合曲线电连接，其中，沿曲线测量的电连接例如所述滑环、电刷或基于液态金属的接触或者任何其他已知的导电连接之间的最大距离小于1m，特别地小于0.3m并且更特别地小于0.1m。

有利地，根据本发明的风力涡轮机还包括具有针对EM辐射的舱口屏蔽件的舱口，该舱口屏蔽件与针对EM辐射的屏蔽件接界(border)，该针对EM辐射的屏蔽件是主要部件或基座的分离或集成的部件，并且其中，所述舱口屏蔽件包括一个或更多个至所述屏蔽件的导电接头，其中，在多个接头的情况下，沿闭合曲线测量的接头之间的最大距离小于1m，特别地小于0.3m并且更特别地小于0.1m，舱口屏蔽件沿该闭合曲线与屏蔽件接界。应当注意的是，词语“舱口”可以指风力涡轮机中的任何开口。这样的开口例如门、通风口、检查孔或人孔可以被认为是舱口，所述开口中的任一个可以位于塔架中、基座中、机舱中、轮毂中或叶片中。

在实施方式中，风力涡轮机的机舱和/或轮毂封闭电子设备，其中，所述设备在所有方向上或在除了向下方向之外的所有方向上由接地的导电表面封闭，所述接地的导电表面可以包括小于1m²、特别地小于0.3m²并且优选地小于0.1m²的未屏蔽区域。

在实施方式中，机舱的外表面和针对EM辐射的屏蔽件是集成的，并且特别地，机舱包括屏蔽EM辐射的金属外表面或与导电材料集成的复合材料表面。

在实施方式中，风力涡轮机包括主转换器与变压器之间的至少一个电力线缆，其中，所述电力线缆的长度小于20m，特别地小于10m并且优选地小于5m。已经表明，特别地，连接至主转换器的电力线缆是EM辐射源并且变压器抑制EM辐射，因此有利的是将转换器安装在变压器附近使得可以减少发射EM辐射的线缆的长度。

在又一有益的实施方式中，转换器与变压器之间的电力线缆以及特别地转换器与发电机之间的电力线缆也

通过小于50MHz且特别地小于10MHz的截止频率在相位与地面(phases andearth)之间和/或相位间被低通滤波，以便分别减小共模信号和差模信号。这样的低通滤波器可以是如下电子电路，其包括将相位连接至地面或彼此连接的电容器。另一种可能性是将正弦滤波器应用于连接至转换器的相位。

在实施方式中，至主转换器的至少一个电力线缆并且特别地至主转换器的所有电力线缆都由一个或更多个可以是磁性的铁氧体磁芯围绕。优选地，一个或更多个铁氧体磁芯中的任一个被安装在主转换器附近，例如在距主转换器小于1m处。有利地，铁氧体磁芯由接地的导电表面封闭。注意，围绕所有线缆、从而也围绕非电力线缆的铁氧体磁芯应用于主转换器会有效地减少了EM发射。相同的措施对于风力涡轮机中的其他更小的转换器例如电源中的转换器、用于驱动横摆或俯仰马达的转换器或用于驱动冷却泵或风扇的转换器是有用的。本说明书中的术语“转换器”还可以指逆变器、伺服驱动器、电驱动器或频率转换器。

在实施方式中，风力涡轮机可以被切换至低EM辐射发射模式，其中，主转换器永久地关断或者主转换器电力电路未被激活。在实施方式中，其他转换器例如用于横摆和俯仰马达的转换器在以下时段期间关断，其中，干扰

通过小于50MHz且特别地小于10MHz的截止频率在相位与地面(phases andearth)之间和/或相位间被低通滤波，以便分别减小共模信号和差模信号。这样的低通滤波器可以是如下电子电路，其包括将相位连接至地面或彼此连接的电容器。另一种可能性是将正弦滤波器应用于连接至转换器的相位。

在实施方式中，至主转换器的至少一个电力线缆并且特别地至主转换器的所有电力线缆都由一个或更多个可以是磁性的铁氧体磁芯围绕。优选地，一个或更多个铁氧体磁芯中的任一个被安装在主转换器附近，例如在距主转换器小于1m处。有利地，铁氧体磁芯由接地的导电表面封闭。注意，围绕所有线缆、从而也围绕非电力线缆的铁氧体磁芯应用于主转换器会有效地减少了EM发射。相同的措施对于风力涡轮机中的其他更小的转换器例如电源中的转换器、用于驱动横摆或俯仰马达的转换器或用于驱动冷却泵或风扇的转换器是有用的。本说明书中的术语“转换器”还可以指逆变器、伺服驱动器、电驱动器或频率转换器。

在实施方式中，风力涡轮机可以被切换至低EM辐射发射模式，其中，主转换器永久地关断或者主转换器电力电路未被激活。在实施方式中，其他转换器例如用于横摆和俯仰马达的转换器在以下时段期间关断，其中，干扰应当被减少至少达50％的时间，特别地干扰应当被减少至少达90％的时间，并且更特别地干扰应当在整个时段期间被减少。诸如LOFAR的接收单元通过平均来减少EM干扰，因此转换器活动的短时段是可接受的并且同时足以通过横摆和由俯仰控制涡轮机的功率来保持风力涡轮机与风对准。在又一实施方式中，风力涡轮机可以在特定的固定旋转速度模式下操作，其中，电力电路中的转换器是不活动的并且发电机直接耦接至电网。例如，在具有双馈发电机的风力涡轮机的情况下，这是一个现实的选择。有利地，与通常在固定转子速度操作的情况下相比，涡轮机的叶片的俯仰角更朝向风向标位置调整，使得避免了过载。

在实施方式中，风力涡轮机的横摆和俯仰马达在没有转换器的情况下操作，并且有利地，为了避免高峰值电流，可以应用软启动器来驱动横摆和俯仰马达，并且可以对启动和停止马达的继电器进行低通滤波。

在实施方式中，主转换器安装在塔架的下四分之一处，并且一个或更多个电力线缆将主转换器连接至发电机，其中，一个或更多个电力线缆包括屏蔽件，所述屏蔽件在距转换器一定距离处并且在距发电机一定距离处接地至塔架，其中，所述一定距离小于10m，特别地小于3m并且更特别地小于1m。优选地，线缆的屏蔽件直接地接地至转换器的屏蔽件。这样的线缆屏蔽件的实施方式是固定至塔架壁或机舱的由网状导电线、编织物或箔制成的传统线缆屏蔽件或者结构部件例如导电管或金属线缆托盘。线缆屏蔽件可以是外部屏蔽件或者可以与线缆的绝缘体集成。

在实施方式中，具有机舱上和叶片中的接收器以及从所述接收器至塔架的避雷线缆的风力涡轮机的避雷器组件包括至少一个火花间隙，在该火花间隙上，电子电路通过传导该间隙上的电荷避免在间隙上的静电放电。在有利的实施方式中，电子电路在较高电压下跨电路的电阻低于在较低电压下跨电路的电阻，使得与EM辐射相关联的低电压信号不会通过间隙进入叶片。这样的电子电路可以包括浪涌保护器，该浪涌保护器可以包括例如金属氧化物类型的齐纳二极管或变阻器。

在风力涡轮机的实施方式中，安装在塔架或机舱外部的电子设备例如风速计、风向标、信标灯或LIDAR设备针对EM辐射被屏蔽。可以通过由接地导电表面或网覆盖该设备来屏蔽设备。可替选地，该设备可以安装在包括网纱的围绕形状中，其中，网的尺寸小于1m×1m，并且特别地小于0.3m×0.3m并且更特别地小于0.1m×0.1m。

在实施方式中，涡轮机的叶片或塔架被涂料层覆盖，该涂料被优化以吸收EM辐射，使得反射的EM辐射的贡献较小。可替选地，叶片可以具有接地的导电表面。

系统

根据本发明的一个方面，提出了一种包括对EM辐射敏感的接收单元和一个或更多个根据本发明的风力涡轮机的系统，其中，风力涡轮机位于距所述接收单元小于20km的距离处，并且其中，所述系统被布置以用于减少通过由一个或更多个风力涡轮机发射和/或反射的EM辐射对接收单元的干扰，并且特别地其中，所述接收单元至少包括用于接收10Mhz至250MHz之间的频率范围内的宇宙EM辐射的天线。应广泛地解释接收单元：其可以是技术装置或人类或任何对由一个或更多个风力涡轮机中的任一个发射或反射的EM辐射客观上或主观上敏感的活的动物或植物。在一个实施方式中，接收单元包括对EM辐射敏感的空间天线阵列。

本发明的一个惊人的优点是利用根据本发明的风力涡轮机或系统，风能的实现变得更好接受，这有利于在认真地考虑EM辐射的影响而不依赖于影响的客观确定时实现风电场。一个突破性的想法是将由风力涡轮机发射的EM辐射降低至比法规规定的程度高得多的程度，并且将EM辐射降低至低于科学证明对生物物种并且特别地人类有害的水平。从科学的角度来看可能被认为是不合逻辑的该步骤的令人惊讶的结果是其有利于风能的实现并带走很多阻力。

在该系统的实施方式中，取决于每风力涡轮机的贡献，有意地将一个或更多个风力涡轮机的选择切换至较低EM干扰的方式。这样的较低EM干扰的方式可以是转换器的使用被最小化的操作模式，或者可以意味着除了安全装置之外可能地关断涡轮机。该实施方式的优点是通过仅改变风力涡轮机的选择的操作方式来将干扰减少至接收单元的可接受水平，所述风力涡轮机的选择的操作方式在很大程度上造成了干扰，并且使其他涡轮机不受影响，使得其仍然产生能量。换句话说，代替关断作为系统一部分的所有涡轮机并且失去所有功率，功率降低被最小化并且干扰水平仍然是可接受的。

在实施方式中，该系统还具有处理单元，该处理单元接收来自接收单元和来自一个或更多个风力涡轮机的信息并且控制接收单元和/或一个或更多个风力涡轮机，使得特别地通过将一个或更多个风力涡轮机中的任一个切换至较低EM干扰的方式来减少所述干扰。在实施方式中，当低干扰的方式指的是停止状态时，由机舱的横摆角、转子的方位角和至少一个叶片的俯仰角确定的一个或更多个风力涡轮机中的任一个的站位(stand)可以被选择为与最小干扰对应的站位。有利地，该系统具有处理单元，该处理单元接收来自一个或更多个风力涡轮机和来自接收单元的信息并且使用该信息通过减少干扰并使风电场的收益最大化来优化系统。例如，处理单元可以调整风力涡轮机的站位。根据另一示例，其中，关断若干涡轮机以减少干扰以及突然的接收单元故障，然后处理单元可以立即使用该信息来接通涡轮机。另一示例是处理单元可以将关于一个或更多个风力涡轮机中的任一个的站位的信息传递给接收单元。该信息对于接收单元可以是有利的，因为一旦已知涡轮机的站位，该接收单元就可以例如通过滤波更好地补偿EM辐射的反射。

在实施方式中，该系统被布置成使得当风力涡轮机停止以减少干扰时，该风力涡轮机停在被认为是风力涡轮机的安全位置的站位中。注意，当风力涡轮机停在被认为是安全的位置时，这允许将安全装置切换至较低活动的模式，包括无活动的模式，这可以进一步减少EM辐射。

在实施方式中，该系统包括以下测量工具或估计算法，其可以是附加工具或者可以被集成在接收单元中。该测量工具被布置成测量从一个或更多个风力涡轮机中的任一个发射的EM辐射以及特别地从一个或更多个风力涡轮机中的任一个发射并指向接收单元的辐射，以便使用该测量的EM-辐射来减少干扰。测量数据可以被用于对由接收单元收集的数据进行滤波。有利地，测量数据被用于区分每个风力涡轮机的EM辐射，使得具有对干扰的最大贡献的风力涡轮机可以被跟踪并且随后被切换至较低干扰的方式。另一个有利的实施方式是，其中所述测量工具将其收集的数据或结果传递给处理单元。

在实施方式中，该系统还至少包括用于接收和处理EM辐射的天线例如天线阵列以及电子装置。电子装置可以基于随时间的风力涡轮机数据例如每风力涡轮机的功率、转子rpm、转子方位角和叶片俯仰角实时地或回顾性地对接收的信号进行滤波，使得干扰减少并且/或者接收单元的数据质量得到改善。

在实施方式中，该系统被用于测量EM辐射并且在EM辐射仍然导致干扰的情况下例如通过改善风力涡轮机的屏蔽或者通过改变涡轮机的站位或者通过减少辐射源或者通过改变涡轮机或系统的操作参数来减少由任何风力涡轮机发射或反射的EM辐射。

在电信局的第2016-09190001号的'Verstoring van het elektromagnetischemilieu ter plaatse van de LOFAR kern door het windturbinepark Drentse Mondenen Oostermoer'的公开文献中，提出将过度生长的墙用作防止EM辐射的屏蔽件。然而，这样的墙具有若干缺点。因为其可能需要几十米高，所以实现起来是昂贵的。此外，因为其必须具有宽的底座，所以必须移动许多地面，而仅墙的上部有效地屏蔽涡轮机的EM辐射。此外，如果墙被证明屏蔽由接收单元研究的宇宙辐射，则移除墙是昂贵的。因此，通过暂时安装墙来检查这样的墙的有效性的简单测试是不现实的。

令人惊讶的是，包括例如在柱之间安装的网的系统的实施方式不具有所述缺点。其有效地使天线屏蔽风力涡轮机的EM辐射。网比墙更便宜，网可以容易地移除或重新定位。并且令人惊讶的是，与墙选项相反，网在地面附近比在更高的高度处需要更少的材料：网在地面附近甚至可以是开口的，使得材料被节省。由于以下的两个原因，网可以在地面附近是开口的：首先，由于地面抑制信号，因此来自涡轮机的干扰EM辐射的仅一小部分在大约水平方向上进入天线，以及第二，因为EM辐射是由涡轮机的较高部件例如叶片、轮毂和机舱发射或反射的主要部分。根据有利的实施方式，网屏蔽件比最靠近的风力涡轮机更靠近接收单元安装。至涡轮机的距离与至接收单元的距离之间的比率应当至少为3，并且特别地至少为10。有利地，网屏蔽件被设置成屏蔽10MHz至250MHz之间的范围内的EM辐射。在有利的实施方式中，网屏蔽件至少安装在接收单元与最靠近的涡轮机之间，并且特别地也安装在接收单元与第二最靠近的涡轮机之间。在接收单元包括不止一个天线的情况下，可以布置多个网以屏蔽这些天线中的任一个。

在该系统的实施方式中，选择一个或更多个风力涡轮机中的任一个被切换至能量产量减少的方式以便减少干扰的时段以有利于一个或更多个风力涡轮机的财务收益。有利地，在具有相关联的低能量产量的风速的区间期间例如在低于8m/s、特别地低于7m/s并且更特别地低于6m/s的风速下选择时段。此外，可以在高风速例如风速高于20m/s并且特别地高于25m/s的时段期间选择时段，其中，涡轮机需要被关断或者具有要被关断以避免过载的高的可能性。风速可以指实际风速或预期风速或在干扰应当被最小化的时段中的预期平均风速。在低风速和高风速两者的情况下，预期的财务收益都是低的。有时，预期风速或平均风速在以下范围内，其中，在能量价格低的同时产生大量能量，例如当邻近的许多风力涡轮机产生许多能量使得电网上产生过剩时。此外，这样的情况是利用接收单元进行测量并关断某些涡轮机以便减少干扰的有利时段。另一个示例是，在干扰应当低的时段期间安排风力涡轮机的维护。这将减少在其他时段期间的维护并因此在干扰不成问题的时段中增加风力涡轮机的可用性，使得产生的能量更高。在实施方式中，通过使用风力涡轮机的财务收益被优化或者涡轮机的能量产量被优化的论证来优化低干扰的时段和维护工作的安排。

处理单元可以改善系统的一个实施方式是，其中，在接收单元可操作并且一个或更多个风力涡轮机被切换至减少EM辐射的发射的模式的时段期间，由于某种原因，例如接收单元发生故障，则不需要继续安排的时段，并且因此风力涡轮机可以被再次切换至正常操作。在这种情况下，处理单元可以例如基于来自接收单元的信息来执行涡轮机在操作模式之间的切换，使得系统的效率总体上增加。

在实施方式中，接收单元的操作时段被传送至除了一个或更多个风力涡轮机之外的干扰装置，使得这些装置可以被切换至较低发射模式或者可以被关断。优点是：较低干扰水平；或者需要将较少的涡轮机切换至低发射模式并且仍然实现可接受的干扰水平。

本发明的实施方式还包括天线，该天线被固定至风力涡轮机，特别地被固定在风力涡轮机轴高于地平面的高度的至少50％的高度处。术语“固定至”的解释是：天线具有至少一个与风力涡轮机的结构连接，并且特别地该连接在将天线升高至高于地平面方面进行支承。该天线被布置成测量由风力涡轮机的EM辐射的发射和/或反射。这样的测量设置例如对于确定减少EM辐射、确定涡轮机与某些EM发射水平的一致性或者将测量数据用作输入以优化系统的不同措施的有效性是有用的。天线可以例如通过诸如可能由支杆加强的杆的结构固定，该结构被固定至风力涡轮机。特别地，该结构将机舱固定至发电机或固定至轮毂，使得其跟随机舱的横摆运动，并且叶片与结构之间的碰撞风险最小。在另一有利的实施方式中，该结构被固定至涡轮机的塔架，使得其不跟随横摆运动，使得其可以被用于通过涡轮机的横摆部件测量关于EM发射的横摆轴的切向分布。在实施方式中，天线被固定至风力涡轮机与地面之间的绳索。绳索可以在距塔架底50m至500m之间的位置处被固定至地面。天线可以经由包括杆的结构被固定至绳索，该杆被固定至绳索并且在一端处承载天线并且在另一端处具有配重。还可以应用从杆的下端至地面的另一条线来代替配重。在实施方式中，天线被固定在距涡轮机横摆轴的距离小于100m并且更特别地小于60m处并且优选地在小于40m的距离处。在实施方式中，天线位于距机舱至少5m并且特别地至少10m的位置。在替选的实施方式中，天线通过无人机或轻于空气的交通工具例如齐柏林飞艇或热气球或者通过其的组合被定位在风力涡轮机附近。电力线可以从风力涡轮机例如从机舱或从地面向无人机供电。轻于空气的交通工具也可以通过交通工具与地面之间或者交通工具与风力涡轮机之间的一条或更多条线保持在适当位置。

附图说明

以下附图示出了本发明的示例性实施方式：

图1：被布置成具有低EM辐射的发射的风力涡轮机。

图2：被布置成具有低EM辐射的发射的风力涡轮机。

图3：具有接收单元和一个或更多个风力涡轮机的系统。

附图应被理解为未按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了被布置成具有低EM辐射的发射的风力涡轮机的实施方式。风力涡轮机包括塔架2、机舱3、发电机4、轮毂5和至少一个叶片6。机舱内部是平台11和电子设备10。在塔架的下部安装承载转换器8的另一个平台9。变压器7安装在塔架底部。风力涡轮机配备有天线14以执行EM辐射的发射的测量。天线被固定至由支杆13加强的杆12。杆和支杆两者都固定至塔架2。

图2示出了被布置成具有低EM辐射的发射的风力涡轮机的上部的示例性实施方式。在机舱的后部安装有舱口20，所述舱口20自身通过覆盖舱口表面的舱口屏蔽件屏蔽EM辐射。舱口屏蔽件通过导电接头21连接至机舱的屏蔽件。叶片根部由也具有舱口屏蔽件的舱口22闭合，所述舱口屏蔽件通过导电接头23连接至轮毂的屏蔽件。

在该实施方式中，塔架本身是一个屏蔽件，例如原因是其由接地的钢板制成，并且在该实施方式中，具有集成的屏蔽件的机舱可以以如下方式接合，该方式被布置成通过应用交叠24来减少EM辐射的发射。

具有直接驱动发电机的定子(27)的机舱是主要部件，并且具有直接驱动发电机的转子(28)的轮毂是另一主要部件，所述主要部件可枢转地连接。两个主要部件都包括防止EM辐射的发射的屏蔽件，所述屏蔽件沿围绕旋转轴的闭合曲线26彼此接界。沿曲线26的屏蔽件通过导电接头25连接，该导电接头25可以是滑环或允许相对运动的其他连接。

塔架是可枢转地连接至机舱的主要部件，所述机舱是另一个主要部件。在枢轴连接附近，塔架的屏蔽件通过屏蔽件31延续至枢轴连接的中心。此外，机舱的屏蔽件通过屏蔽件30延续至枢轴连接的中心。屏蔽件经由连接32或通过滑环类型的连接来连接，该连接32可以是允许在涡轮机横摆期间线缆扭转的线缆。

延续至枢轴连接的中心的屏蔽件的另一实施方式是屏蔽件33和34，所述屏蔽件33和34分别将机舱的屏蔽件和轮毂的屏蔽件延续至转子轴的中心。所述屏蔽件通过连接35连接，该连接35是允许旋转的导电连接。

示出了三种连接不同屏蔽件的方法：通过交叠24、通过使用滑环23、25或通过在进行连接的旋转中心的方向上延续屏蔽件30、31、32、33、34、35。这三种方法的应用不限于所绘制的风力涡轮机中的位置。在连接中的任一种连接的每个位置处，可以是所提到的连接中的任一种连接。

图2还示出了桅杆40，其用作雷电接收器41并且用于安装诸如信标灯44、风速计42和风向标43的设备。根据本发明的实施方式的所有这些设备通过将所有电子设备的外表面接地来屏蔽EM辐射的发射。此外，全部地围绕除了雷电接收器之外的设备的网状物有效地屏蔽了EM辐射的发射。在实施方式中，网状物的网小于1m×1m，特别地小于0.3m×0.3m，并且更特别地小于0.1m×0.1m。在根据本发明的实施方式中，安装在机舱的外部的设备的电子设备经由截止频率小于10MHz、特别地小于100kHz且更特别地小于1kHz的低通滤波器连接至地面。

图3示出了包括接收单元51的根据本发明的示例性系统50，在该示例性情况下，接收单元51包括天线52、传感器53以及电子和/或光学电路55。该系统还包括在小于20km的距离处的若干风力涡轮机1和处理单元57，该处理单元57可以经由连接60与风力涡轮机以及通过连接58和59与接收系统交换数据。连接被示出为物理连接，但是其也可以是无线的。处理单元可以使用涡轮机的操作数据并将其转发至接收单元以优化滤波。处理单元还可以使用接收单元和/或测量工具的操作数据来最佳地操作涡轮机，以便使干扰最小化或使财务收入最大化或实现另一最佳。

该系统可以包括与图3中的网纱或网61类似的屏蔽件。网的密度可以在某个垂直范围上方随着高度而增加，并且特别地，网在地面上方的某个距离63处开始，该距离优选地至少为2米。网或网纱可以通过任何已知的方法安装，例如通过将其固定在柱62之间并且优选地，将其至少安装在天线与最靠近的风力涡轮机之间。

应当理解，在本申请中，术语“包括”不排除其他元件或步骤。此外，术语“一(a)”或“一个(an)”中的每个不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。本文中的术语“接地”可以指直接连接至地面，但是也可以指例如经由另一个设备间接连接至地面。这样的连接可以包括滑环或在相对于彼此移动的部件之间的另一种类型的导电接触。术语“接地”也可以指连接至设备的导电屏蔽件。最后，术语“接地”可以指屏蔽件的连接使得其形成更大的屏蔽件。

Claims (25)

1.一种可变转子速度风力涡轮机(1)，其具有大于1MW的额定功率和至少50m的转子直径，所述可变转子速度风力涡轮机(1)包括若干主要部件例如塔架(2)、能够与直接驱动发电机(4)集成的机舱(3)、轮毂(5)和至少一个叶片(6)，所述可变转子速度风力涡轮机(1)还包括变压器(7)和用于使所述发电机功率的可变频率适应所述电网频率的主转换器(8)，其中，所述风力涡轮机被布置成减少特别是在10Mhz至250Mhz之间的范围内的电磁(EM)辐射的发射。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，包括第一主要部件和第二主要部件，所述第一主要部件和所述第二主要部件彼此可枢转地连接，并且其中，所述部件均包括针对EM辐射的屏蔽件，所述屏蔽件封闭能够为EM辐射源的设备，其中，所述屏蔽件特别地经由滑环(25)彼此导电地连接，使得所述屏蔽件与最大未屏蔽距离小于1m、特别地小于0.3m且更特别地小于0.1m且优选地小于0.03m的未屏蔽区域形成共同的屏蔽件。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，包括第一主要部件和第二主要部件，所述第一主要部件和所述第二主要部件彼此可枢转地连接，并且其中，所述部件中的任一个包括针对EM辐射的屏蔽件，所述屏蔽件封闭能够为EM辐射源的设备，其中，在所述枢轴连接附近，所述屏蔽件(30，31，33，34)在一定程度上朝向所述枢轴连接的旋转中心延续并且特别地经由滑环接地(32，35)，其中，所述屏蔽件能够包括最大未屏蔽距离小于1m、特别地小于0.3m且更特别地小于0.1m且优选地小于0.03m的未屏蔽区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机，包括至少两个主要部件，所述至少两个主要部件能够相对于彼此旋转，并且所述至少两个主要部件均针对EM辐射被屏蔽，其中，所述屏蔽件被接地并且具有至少10cm且特别地至少30cm且更特别地至少1m的交叠(24)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机，包括两个主要部件，其中，所述第一主要部件包括所述直接驱动发电机(4)的定子(27)，并且可枢转地连接至所述第一主要部件的所述第二主要部件包括所述直接驱动发电机的转子(28)，其中，两个主要部件包括防止EM辐射的发射的屏蔽件，所述屏蔽件沿围绕所述发电机的旋转轴的闭合曲线(26)彼此接界，所述屏蔽件沿所述闭合曲线电连接(25)，其中，沿所述曲线测量的电连接之间的最大距离小于1m，特别地小于0.3m并且更特别地小于0.1m。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力涡轮机，还包括舱口(20，22)，所述舱口(20，22)具有针对EM辐射的舱口屏蔽件，所述舱口屏蔽件与针对EM辐射的屏蔽件接界，所述针对EM辐射的屏蔽件是所述轮毂、所述机舱、所述塔架、所述基座或所述叶片的分离或集成的部件，并且其中，所述舱口屏蔽件包括一个或更多个至所述屏蔽件的导电接头(21，23)，其中，在多个接头的情况下，沿闭合曲线测量的所述接头之间的最大距离小于1m，特别地小于0.3m并且更特别地小于0.1m，所述舱口屏蔽件沿所述闭合曲线与所述屏蔽件接界。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述机舱和/或所述轮毂封闭电子设备，其中，所述设备通过可能具有未屏蔽区域的接地导电表面在所有方向上或者在除了向下方向之外的所有方向上被封闭至所述塔架顶之中，所述未屏蔽区域的最大非导电距离小于1m，特别地小于0.3m并且更特别地小于0.1m并且优选地小于0.03m。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述机舱的外表面和针对EM辐射的屏蔽件是集成的，并且特别地其中，所述机舱包括屏蔽EM辐射的金属外表面或与导电材料集成的复合材料外表面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮机，包括所述主转换器与所述变压器之间的至少一个电力线缆，其中，所述电力线缆的长度小于20m，特别地小于10m并且优选地小于5m。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的风力涡轮机，包括连接至所述主转换器的至少一个电力线缆，其中，对于共模和/或差模信号，所述电力线缆电信号通过小于50MHz且特别地小于10MHz的截止频率被低通滤波。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的风力涡轮机，其中，连接至所述主转换器的至少一个电力线缆并且特别地连接至所述主转换器的所有电力线缆被一个或更多个铁氧体磁芯围绕，所述一个或更多个铁氧体磁芯优选地被安装在距所述主转换器1m内或者集成在所述主转换器中，并且特别地其中，所述铁氧体磁芯由接地的导电表面封闭。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的风力涡轮机，其能够被切换至低EM辐射发射模式，其中，所述主转换器被永久地关断或者所述主转换器电力电路未被激活，并且特别地其中，如果存在的话，用于所述横摆和俯仰马达的转换器在所述低EM辐射发射模式的至少50％的时间期间关断，并且特别地在所述低EM辐射发射模式的至少90％的时间期间关断，并且更特别地在所述低EM辐射发射模式的整个时段期间关断。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述主转换器(8)被安装在所述塔架(2)的下四分之一处，并且一个或更多个电力线缆将所述主转换器连接至所述发电机(4)，其中，所述一个或更多个电力线缆包括导电屏蔽件，所述导电屏蔽件在距所述转换器一定距离处并且在距所述发电机一定距离处接地至所述塔架，其中，所述一定距离小于10m，特别地小于3m并且更特别地小于1m，并且所述导电屏蔽件优选地直接接地至所述转换器和/或所述发电机。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的风力涡轮机，还包括避雷器，所述避雷器具有所述机舱上和所述叶片中的接收器以及从所述接收器至所述塔架的避雷线缆，所述避雷器包括所述避雷线缆中的至少一个火花间隙，其中，所述至少一个火花间隙包括电子电路，所述电子电路被布置成通过静电放电减少EM辐射的发射，并且特别地其中，所述电子电路在较高电压下跨所述电路的电阻低于在较低电压下跨所述电路的电阻。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的风力涡轮机，还包括安装在所述塔架或所述机舱的外部的电子设备(41、42、43、44)，其中，所述设备针对EM辐射被屏蔽，并且特别地其中，所述设备被接地的导电表面覆盖或者被导电网状表面部分地或全部地围绕。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述叶片、所述机舱或所述塔架中的任一个被吸收EM辐射的涂料覆盖。

17.一种系统(1)，其包括对EM辐射敏感的接收单元(51)以及一个或更多个根据权利要求1至16中任一项所述的风力涡轮机(1)，所述风力涡轮机位于距所述接收单元小于20km的距离处，并且其中，所述系统被布置以用于减少通过由所述一个或更多个风力涡轮机发射和/或反射的所述EM辐射对所述接收单元的干扰，并且特别地其中，所述接收单元至少包括用于接收10Mhz至250MHz之间的频率范围内的宇宙EM辐射的天线(52)。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，取决于每风力涡轮机对所述干扰的贡献，有意地将所述一个或更多个风力涡轮机的选择切换至减少通过EM辐射的所述干扰的方式，特别地其中，该方式基于风力涡轮机的所述转换器的减少的活动，并且更特别地其中，该方式是非发电方式。

19.根据权利要求17或18所述的系统，其中，所述系统还包括处理单元(57)，所述处理单元(57)接收来自所述接收单元(51)和来自所述一个或更多个风力涡轮机(1)的信息并且控制所述接收单元和/或所述一个或更多个风力涡轮机，使得特别地通过将所述一个或更多个风力涡轮机中的任一个切换至具有减小的对所述干扰的贡献的操作模式并且更特别地通过控制所述一个或更多个风力涡轮机中的任一个的站位来减少所述干扰，所述站位由所述机舱的横摆角、所述转子的方位角和所述至少一个叶片的俯仰角中的任一个来确定。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，测量工具被布置成测量从所述一个或更多个风力涡轮机中的任一个发射的所述EM辐射以及特别地从所述一个或更多个风力涡轮机中的任一个发射并指向所述接收单元的所述辐射，以便使用该测量的EM辐射来减少所述干扰，所述测量工具能够是分离的工具或者能够是与所述接收单元集成的工具。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，还包括用于接收和处理EM辐射的天线(52)和装置(53)，其中，所述一个或更多个涡轮机中的任一个的随时间的风力涡轮机数据例如所生成的功率、所述转子rpm、所述转子方位角和所述叶片俯仰角被所述接收单元应用，以对由所述天线接收的信号进行滤波，使得所述干扰减少。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的系统，其中，用于屏蔽EM辐射的导电网(61)被安装在所述一个或更多个风力涡轮机(1)中的任一个与所述接收单元(51)之间，并且特别地其中，所述网的靠近所述地面的平均网格尺寸大于所述地面上方的较高高度处的平均网格尺寸，并且更特别地其中，所述网的下部开始于地平面上方的2米或更高处。

23.一种用于优化根据权利要求17至22中任一项所述的系统的方法，其中，特别地通过选择在能量产量低的风速区间期间的时段、或在所产生的能量的价格低的区间期间的时段、或在安排风力涡轮机维护的区间期间的时段来选择所述一个或更多个风力涡轮机中的任一个被切换至能量产量减少的方式以便减少所述干扰的时段，以有利于所述一个或更多个风力涡轮机的财务收益。

24.一种用于优化根据权利要求17至23中任一项所述的系统的方法，其中，所述接收单元为可操作的时段被传送至除所述一个或更多个风力涡轮机之外的干扰装置，使得这些装置能够被切换至较低发射模式或者能够被关断。

25.一种用于测量根据权利要求1至15中任一项所述的风力涡轮机的所述EM辐射的发射的方法，其中，天线(14)被固定至所述风力涡轮机，特别地被固定在高于所述风力涡轮机轴在地平面上方的高度的至少50％处。