发电机及操作该发电机的方法与流程

1.本公开大体上涉及发电机，并且更特别地涉及配置成响应于电气故障引入电阻的电阻组件。
2.关于联邦资助研发的声明本发明在政府的支持下根据由美国能源部(doe)授予的第de-ee0008787号合同完成。政府在本发明中拥有某些权利。


背景技术：

3.风力涡轮作为一种环境安全且相对廉价的替代能量源而受到越来越多的关注。随着这种增长的兴趣，已经做出相当大的努力来开发可靠和高效的风力涡轮。
4.大体上，风力涡轮包括经由转子毂联接到涡轮的主轴的多个叶片。转子毂定位在管状塔架或基座的顶部上。公用级风力涡轮(即，设计用于为公用电网提供电功率的风力涡轮)可具有大转子(例如，直径上为100米或更多米)。转子叶片将风能转换成旋转扭矩或力，该旋转扭矩或力驱动旋转地联接到转子的发电机。
5.低电抗机器(例如，超导发电机)正在被探索用于在风力涡轮装置中(特别是在海上装置中)使用。这些机器使用超导场绕组以及电枢线圈、冷却系统和设置在电枢中的线圈之间的非磁性齿的组件。在特定设计中，超导发电机包括电枢组件，与常规机器(例如，常规的非超导发电机)配置不同，该电枢组件在超导场组件内旋转，超导场组件包括低温恒温器，在低温恒温器内部具有超导场线圈。
6.在某些配置中，在常规或低电抗机器的绕组端子处的短路可导致机器的电流和扭矩上的增加。例如，低电抗机器典型地不在电枢中采用磁性齿，如在常规机器中可预期的那样。磁性齿的不存在可降低机器的电抗。照此，在故障的情况下，绕组阻抗可决定由机器经历的电流和扭矩。低电抗机器中的这种故障扭矩可显著超过(例如，10倍)机器的额定扭矩。加强机器的结构元件以承受这种显著增加的扭矩可增加机器的重量和成本，超出可接受的范围和/或可能不是可行的。
7.鉴于上述情况，本领域正在不断寻求新的和改进的发电机以及响应于电气故障而操作该发电机的方法。


技术实现要素：

8.本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
9.在一个方面，本公开涉及一种发电机。发电机可包括支撑场绕组组件的不可旋转部件和定向成在发电机的操作期间相对于不可旋转部件旋转的可旋转部件。发电机还可包括电枢绕组组件，该电枢绕组组件固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转。电枢绕组组件可包括至少两个单独的相绕组。相绕组中的每一个可具有联接到对应的绕组端子的第一端部和第二端部。另外，发电机可包括电阻组件，该电阻
组件固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转。电阻组件可将相绕组的第二端部中的每一个电联接在一起。电阻组件可配置成响应于电气故障将电阻引入电枢绕组组件中。
10.在实施例中，电阻组件可包括相绕组接触器。相绕组接触器可设置在相绕组的第二端部中的每一个之间，使得当相绕组接触器在不存在电气故障指示的情况下定向在闭合位置中时，第二端部中的每一个由相绕组接触器电联接。另外，当相绕组接触器处于断开位置中时，相绕组接触器在故障指示存在的情况下将电枢绕组组件的相绕组中的每一个电气地脱离联接。
11.在附加实施例中，电阻组件还可包括电联接到电枢绕组组件的相绕组中的每一个的第二端部的至少一个电阻元件。当处于断开位置中时，相绕组接触器可有利于从相绕组中的每一个进入(多个)对应的电阻元件的电流流动。
12.在另外的实施例中，电阻组件还可包括设置在所述至少一个电阻元件之间的至少一个故障接触器，所述至少一个故障接触器联接到所述至少两个单独的相绕组中的每一个，当定向在闭合位置中时，所述至少一个故障接触器在所述至少两个单独的相绕组中的每一个之间形成故障状态电联接，该故障状态电联接有利于电流流过所述至少两个单独的相绕组和联接到所述至少两个单独的相绕组的对应的至少一个电阻元件。
13.在又另一个实施例中，电枢绕组组件可为具有三个单独的相绕组的三相电枢绕组组件。
14.在实施例中，三相电枢绕组组件可为第一三相电枢绕组组件，并且电阻组件可为第一电阻组件。在这样的实施例中，发电机还可包括第二三相电枢绕组组件，该第二三相电枢绕组组件固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转。第二三相电枢绕组组件可不存在与第一三相电枢绕组组件的电联接。第二三相电枢绕组组件可包括三个单独的相绕组。每个相绕组可具有联接到对应绕组端子的第一端部和第二端部。发电机还可包括第二电阻组件，该第二电阻组件固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转。第二电阻组件可将第二端部中的每一个电联接在一起。第二电阻组件可配置成响应于第二三相电枢绕组组件的电气故障而将电阻引入第二三相电枢绕组组件。
15.在附加实施例中，场绕组组件和/或电枢绕组组件可为具有超导线圈的超导绕组组件。
16.在另外的实施例中，场绕组组件可为超导场绕组组件，并且电枢绕组组件可为非超导电枢绕组组件。
17.在又一个实施例中，发电机可包括传感器系统，该传感器系统可操作地联接到电枢绕组组件并配置成监测针对电枢绕组组件的每个相绕组的电流幅值。
18.在另一个方面，本公开涉及一种用于控制发电机的方法。发电机可具有支撑场绕组组件的不可旋转部件和定向成相对于不可旋转部件旋转的可旋转部件。因此，该方法可包括经由联接到控制器的传感器检测与影响三相电枢绕组组件的相绕组的电气故障相对应的电气故障指示。三相电枢绕组组件可固定地联接到可旋转部件，以便与可旋转部件一起旋转。另外，响应于电气故障，该方法可包括经由电阻组件将电阻引入三相电枢绕组组件。电阻组件可固定地联接到可旋转部件，并与可旋转部件一起旋转。
19.在实施例中，三相电枢绕组组件可包括三个单独的相绕组。每个相绕组可具有联接到对应绕组端子的第一端部和第二端部。电阻组件可包括设置在第二端部中的每一个之间的相绕组接触器。另外，根据该方法将电阻引入三相电枢可包括将每个相绕组接触器转变到断开位置，以便在电气故障指示的存在下将三相电枢绕组组件的每个相绕组电气地脱离联接。
20.在附加实施例中，电阻组件可包括至少一个电阻元件，所述至少一个电阻元件电联接到三相电枢绕组组件的每个相绕组的第二端部。照此，将电阻引入三相电枢绕组组件可包括响应于相绕组接触器的断开位置而有利于从相绕组中的每一个进入(多个)对应的电阻元件的电流流动。
21.在另外的实施例中，电阻组件还可包括设置在所述至少一个电阻元件之间的至少一个故障接触器，所述至少一个故障接触器联接到所述至少两个单独的相绕组中的每一个，当定向在闭合位置中时，所述至少一个故障接触器在所述至少两个单独的相绕组中的每一个之间形成故障状态电联接。
22.在又一个实施例中，三相电枢绕组组件可为第一三相电枢绕组组件，并且电阻组件可为第一电阻组件。发电机还可包括固定地联接到可旋转部件的第二三相电枢绕组组件和第二电阻组件。另外，故障指示可对应于影响第一三相电枢绕组组件的电气故障，而第二三相电枢绕组组件可不存在故障指示。在这样的实施例中，该方法可包括经由控制器将第二三相电枢绕组组件中的电流降低到零。另外，该方法可包括将第一电阻组件的(多个)故障接触器转变到断开位置。在(多个)故障接触器转变到断开位置后，经由控制器增加第二三相电枢绕组组件中的电流，以便恢复发电机的功率产生。
23.在实施例中，将电阻引入三相电枢绕组组件可包括启动相绕组的电流向预定电流水平的受控放电。
24.在附加实施例中，预定电流水平可对应于针对相绕组的零电流水平。
25.在另外的实施例中，场绕组组件和/或三相电枢绕组组件可为具有超导线圈的超导绕组组件。
26.在又另一个方面，本公开涉及一种风力涡轮。风力涡轮可包括超导发电机，该超导发电机经由功率转换器可操作地联接到电力网。超导发电机可包括支撑超导场绕组组件的不可旋转部件。超导发电机还可包括可旋转部件，该可旋转部件定向成在发电机的操作期间相对于不可旋转部件旋转。另外，超导发电机可包括三相电枢绕组组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转。三相电枢绕组组件可包括三个单独的相绕组。每个相绕组可具有联接到对应绕组端子的第一端部和第二端部。每个绕组端子可电联接到转换器。此外，发电机可包括电阻组件，该电阻组件固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转。电阻组件可将第二端部中的每一个电联接在一起。电阻组件可配置成响应于电气故障将电阻引入三相电枢绕组。在附加实施例中，超导发电机可包括本文中描述的任何方法、步骤、部件和/或特征。
27.参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
28.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：图1图示根据本公开的具有发电机的风力涡轮的一个实施例的透视图；图2图示根据本公开的具有超导发电机的风力涡轮的机舱的一个实施例的透视内部视图；图3图示根据本公开的用于与风力涡轮一起使用的电气系统的一个实施例的示意图；图4图示根据本公开的图3的电气系统的部分的示意图；图5图示根据本公开的控制器的一个实施例的示意图；图6图示根据本公开的用于控制发电机的方法的一个实施例的流程图。
29.在本说明书和附图中重复使用附图标记旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
30.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而不是限制本发明的方式被提供。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。
31.术语“联接”、“固定”、“附接到”等是指直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接两者，除非本文中另有说明。
32.大体上，本公开涉及可响应于在发电机的绕组端子处的电气故障而减小由马达/发电机(发电机)(例如，常规或低电抗机器)产生的扭矩的系统和方法。因此，发电机可包括不可旋转部件和可旋转部件。可旋转部件可布置成在发电机操作时相对于不可旋转部件旋转。因此，可旋转部件和不可旋转部件可为同轴的。例如，在实施例中，可旋转部件可包围不可旋转部件。然而，在附加实施例中，不可旋转部件可包围可旋转部件。
33.可旋转部件可包括电枢绕组组件，该电枢绕组组件安装到可旋转部件，与其一起旋转。电枢绕组组件可具有多个单独的相绕组。相绕组中的每一个的一个端部可联接到对应的绕组端子，其中绕组端子联接到功率转换器、变压器或其它类似的电气部件。与绕组端子相对的相绕组的相对端部可电联接到彼此。例如，三个单独的相绕组可在y连接处连结，以形成三相电枢绕组组件。应当意识到，y连接也可安装到可旋转部件，以便与其一起旋转。
34.为了有利于减少由发电机响应于电气故障而生成的扭矩，发电机可包括电阻组件。与电枢绕组组件一样，电阻组件也可安装到可旋转部件，以在发电机正在操作时与可旋转部件一起旋转。因为电阻组件可直接固定地安装到可旋转部件，所以在电阻组件、电枢相绕组组件和可旋转部件之间的取向也可为固定的。照此，在发电机操作期间，电阻组件可保持联接到电枢相绕组组件，而不需要在它们之间采用滑环和/或电刷。应当意识到，保持电阻组件和电枢绕组组件之间的连接而不需要采用附加部件可导致发电机的可靠性增加和
成本降低。
35.电阻组件可包括多个接触器和电阻元件(例如，当施加电压时阻碍电流的部件)。电阻元件可联接到与绕组端子相对的相绕组中的每一个的端部。当电气故障未被指示时，接触器的一部分可将相绕组中的每一个的端部联接到彼此，从而建立排除电阻元件的电路路径。换句话说，当发电机正在正常操作时，接触器的部分可形成y连接。然而，当检测到电气故障(例如，在绕组端子处的短路)时，接触器可能被断开，从而断开y连接。y连接的断开可使相绕组中的每一个彼此脱离联接，并且可通过将电阻元件引入到绕组中的每一个的电流而增加绕组中的每一个的阻抗。换句话说，当电气故障未被指示时，电枢绕组组件的电流可能由于连接的低阻抗而流过y连接，但是当故障被指示时，y连接的断开可导致电流流过电阻元件，以响应于包括在电流流动路径内的电阻元件的二次联接的建立。
36.应当意识到，在电气故障的情况下，绕组阻抗可决定电枢绕组组件的电流。电枢绕组组件的电流可决定由发电机经历的故障扭矩。例如，当发电机是超导发电机时，在电枢中使用非磁性齿可导致发电机的较低电抗。这可导致在绕组端子处具有三相短路的情况下超过发电机的额定扭矩的10倍的故障扭矩。照此，当故障发生时，外部增加绕组阻抗可减小故障电流和对应的故障扭矩。限制潜在的最大故障扭矩可排除形成发电机的结构元件以承受显著大于发电机的额定扭矩的扭矩的必要性。这又可导致具有比在不使用本文中公开的元件的情况下此外可能需要的减少的复杂性、重量和/或体积的发电机。
37.现在参考附图，图1图示了根据本公开的可包括发电机300的风力涡轮100的一个实施例的透视图。应当意识到，发电机300可为具有至少一个超导绕组的超导发电机或常规(例如，非超导)发电机。还应当意识到，通过非限制性示例提供了发电机300在风力涡轮100中的利用。因此，发电机300不限于在风力涡轮100中采用，而是可配置为任何合适的发电机或电马达，其中响应于电气故障而产生的扭矩的限制可能是期望的。
38.在实施例中，风力涡轮100大体上可包括从支撑表面104延伸的塔架102。在实施例中，支撑表面可为陆地，诸如对于陆上风力涡轮。在附加实施例中，支撑表面可为水或源自洋底的基础，诸如对于海上风力涡轮。机舱106可安装在塔架102上，并且转子108联接到机舱106。转子108可包括可旋转的毂110和至少一个转子叶片112，所述至少一个转子叶片112联接到毂110并从毂110向外延伸。例如，在图示实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在附加实施例中，转子108可包括多于或少于三个转子叶片112。每个转子叶片112可围绕毂110间隔开，以有利于旋转转子108，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。例如，毂110可能够旋转地联接到发电机300以允许产生电能。
39.风力涡轮100还可包括在机舱106内的控制器200。然而，在其它实施例中，控制器200可位于风力涡轮100的任何其它部件内或者风力涡轮外部的位置处。此外，控制器200可通信地联接到风力涡轮100的任何数量的部件，以便控制所述部件。照此，控制器200可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在若干实施例中，控制器200可包括合适的计算机可读指令，当被实施时，所述指令配置控制器200以执行各种不同的功能，诸如接收、发送和/或执行风力涡轮控制信号。
40.现在参考图2，图示了包括超导发电机300的机舱106的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机300可联接到毂110，用于从由转子108生成的旋转能量产生电功率。支撑管114直接连接到毂110并支撑可旋转部件302(包括至少一个电枢绕组组件304和轭或本
体306)。因此，可旋转部件302可配置成响应于由转子108生成的旋转能量而旋转。
41.在实施例中，可旋转部件302可布置成与不可旋转部件308围绕轴线(a)同轴。因此，可旋转部件302和不可旋转部件308可与转子108同轴。在实施例中，电枢绕组组件304可配置成与可旋转部件302一起围绕轴线(a)并且围绕由不可旋转部件308支撑的场绕组组件310旋转。
42.如图2中所描绘，在其中发电机300配置为超导发电机的实施例中，场绕组组件310可为超导场绕组组件310。因此，场绕组组件310可包括超导线圈312，该超导线圈312可为形成为跑道形状的一组导线。
43.在实施例中，超导线圈312可被限制以保持跑道形状，诸如通过不可旋转部件308的结构。照此，每个超导线圈312可支撑在不可旋转部件308的凹部/通道314中。每个凹部/通道314可有利于经由氦浴或通过低温工程领域内的其它已知方法将每个超导线圈312冷却到低温温度。
44.在实施例中，超导线圈312可并排布置成围绕不可旋转部件308延伸的环形阵列。例如，三十六(36)个线圈312可形成用作针对发电机300的定子场绕组的场绕组的环形阵列。
45.在实施例中，超导线圈312可各自由(nbti或其它超导)导线形成，所述导线以螺旋缠绕在跑道形式周围，该跑道形式可包括用于氦的冷却导管。超导场绕组组件可包括超导线圈磁体316，其被封闭在不可旋转部件308中并通过冷却凹部/通道314接收冷冻剂。
46.如图2中进一步描绘的，冷冻剂再冷凝器116、118可容纳在机舱106中，前提是再冷凝器中的冷冻剂冷却液体至少部分地升高到超导场绕组上方，以提供冷冻剂向场绕组组件310的重力供给。备选地，再冷凝器116、118可安装在机舱的顶部上。
47.在实施例中，发电机300的超导线圈312可被绝缘，以便允许超导线圈312冷却到接近绝对0度，例如，冷却到10开尔文(k)，并且优选地冷却到4k。为了冷却超导线圈312，不可旋转部件308可包括用于接收液体氦(he)或其它类似低温液体(称为冷冻剂)的绝缘导管。因此，常规的两级再冷凝器116可安装在机舱的上部区域中、机舱的顶部上或塔架的顶部上以及场绕组组件310的上方，以利用重力供给提供冷冻剂，例如液体he。另外，在实施例中，第二再冷凝器118可向不可旋转部件308的一部分提供第二冷却液体，例如液体氮或氖。
48.在美国专利申请no. 17/122,210中描述了配置为超导发电机的发电机300的另外的方面。照此，2020年12月15日提交的名称为“rotating cooling system for wind turbine generator(用于风力涡轮发电机的旋转冷却系统)”的美国专利申请no. 17/122,210以其整体以引用方式并入本文中以用于所有目的。
49.现在参考图3，其中图示了采用发电机300的示例性电气系统400。如所描绘，发电机300可联接到旋转能量源，诸如转子108，以从旋转能量产生电功率。因此，在实施例中，电气系统400可包括各种部件，用于将诸如转子108的动能的旋转能量转换成以到连接的电力网402可接受的形式的电输出。例如，在实施例中，如前面所讨论的，发电机300可配置为超导发电机，其具有可旋转部件302，可旋转部件302包围不可旋转部件302，如图3中所描绘。然而，在附加实施例中，发电机300可配置为具有发电机定子和发电机转子的常规发电机，诸如双馈感应发电机。在这样的实施例中，发电机定子可包围发电机转子。
50.为了向连接的电力网402提供电输出和可接受的形式，发电机300可在多个绕组端
子406处电联接到功率转换器404。在这样的配置中，发电机300可向转换器404输出多相功率(例如，三相功率)。
51.在实施例中，转换器404可配置成用于三相脉宽调制(pwm)布置中的正常操作模式，该布置使用绝缘栅双极晶体管(igbt)作为开关设备。可使用其它合适的开关设备，诸如绝缘栅整流晶闸管、mosfet、双极晶体管、硅控整流器和/或其它合适的开关设备。例如，在根据本公开的实施例中，转换器404可包括几对igbt和对应的几对二极管，其可用于将dc输入转换为具有期望振幅和频率的ac输出。
52.在实施例中，转换器404可联接到控制器200。控制器200可配置为转换器控制器，以控制转换器404的操作。例如，控制器200可向转换器404发送控制命令，以控制转换器404中使用的开关元件的调制，以建立期望的发电机扭矩设定点、有功功率输出和/或无功功率输出。
53.如图3中进一步描绘的，在实施例中，电气系统400可包括变压器408，变压器408将发电机300经由互连点联接到电力网402。在实施例中，变压器408可为两绕组变压器，其包括高压(例如，大于12 kvac)初级绕组410。高压初级绕组410可联接到电力网402。变压器408还可包括联接到转换器404的中压(例如，6kvac)次级绕组412。应当意识到，在各种实施例中，变压器408可具有任何其它合适数量的绕组。
54.现在参考图4，其中图示了电气系统400的部分414的示意图。如所描绘，电枢绕组组件304可固定地联接到可旋转部件302，以便在发电机300的操作期间与可旋转部件302一起旋转。电枢绕组组件304可包括至少两个单独的相绕组318(例如，三个单独的相绕组318)。例如，相绕组318可配置为电感元件。相绕组318中的每一个可具有联接到对应的绕组端子406的第一端部320。在实施例中，相绕组318中的每一个还可包括第二端部322。
55.应当意识到，在实施例中，相绕组318可为非超导的。例如，在实施例中，超导发电机300可配置成使得电枢绕组组件304的非超导相绕组318在发电机300的操作期间围绕不可旋转部件308的超导场绕组组件310旋转。然而，应当进一步意识到，在实施例中，相绕组318可为具有超导线圈312的超导绕组。
56.在实施例中，发电机300可包括电阻组件500。电阻组件500可固定地联接到可旋转部件302。在固定地联接到可旋转部件302的情况下，在发电机300的操作期间，电阻组件500可与可旋转部件302一起旋转。电阻组件500可配置成响应于电气故障(例如，在绕组端子406处的短路)将电阻引入电枢绕组组件304。
57.如图4中所描绘，电阻组件500可包括设置在相绕组318的第二端部322中的每一个之间的相绕组接触器502。应当意识到，可存在适合于实现相绕组接触器502的多个系统和/或方法。例如，在实施例中，相绕组接触器502可采用半导体开关。在附加实施例中，相绕组接触器502可采用机电继电器。
58.相绕组接触器设置在所述至少两个单独的相绕组的第二端部中的每一个之间，其中，当相绕组接触器在不存在电气故障指示的情况下定向在闭合位置中时，第二端部中的每一个由相绕组接触器电联接，从而形成标称状态电联接，并且其中，在断开位置中，相绕组接触器在存在故障指示的情况下将电枢绕组组件的所述至少两个单独的相绕组中的每一个电气地脱离联接，从而切断标称状态电联接。
59.在实施例中，当定向在闭合位置中时，相绕组接触器502可将相绕组318的第二端
部322电联接到彼此，从而形成标称状态电联接503。当发电机300处于正常操作模式中时，相绕组接触器502可定向在闭合位置(例如，可建立标称状态电联接503)中。例如，在不存在电气故障指示的情况下，相绕组接触器502可定向在闭合位置中。
60.当相绕组接触器502处于闭合位置中时形成的标称状态电联接503例如可为相绕组318中的每一个之间的y连接。应当意识到，y连接能够以最小电阻的路径提供电枢绕组组件304的电流，并且因此可阻止电流传递到电阻组件500的电阻元件504。
61.因此，当处于断开位置中时，相绕组接触器502可使电枢绕组组件304的相绕组318中的每一个彼此电气地脱离联接。例如，在其中检测到故障指示的实施例中，相绕组接触器502可定向在断开位置中，以消除由y连接提供的最小电阻路径，并且因此切断标称状态电联接503。照此，相绕组接触器502的断开可将电枢绕组组件304的电流引入到电阻元件504。
62.例如，在实施例中，电气系统400可包括传感器系统324，该传感器系统324配置成监测电气系统400的电气状况。因此，传感器系统324可通信地联接到控制器200。应当意识到，传感器系统324和控制器200可能够操作地联接到功率转换器404。在这样的实施例中，传感器系统324和控制器200可利用支持功率转换器404内的其它功能的功率转换器404内的硬件。在实施例中，传感器系统324可配置成监测针对电枢绕组组件304的每个相绕组318的电流幅值。因此，传感器系统324可检测对应于影响相绕组318的电气故障的电气故障指示。响应于电气故障的检测，控制器200可断开相绕组接触器502以切断标称状态电联接503并将电阻引入电枢绕组组件304。
63.仍然参考图4，在实施例中，电阻组件500可包括联接到相绕组318中的每一个的第二端部322的至少一个电阻元件504。因此布置成，当相绕组接触器502处于断开位置中时，电流可从相绕组318中的每一个流入对应的电阻元件504。因此，可基于电压尖峰的幅值来选择电阻元件的电阻值，使得所选择的电阻值响应于电气故障而导致可接受的电压尖峰。
64.应该意识到，电阻元件504可为适合于将电阻引入电枢绕组组件304的任何电气部件。例如，电阻元件504可为电阻器和/或具有足够高电阻的导体。另外，电阻元件504可包括联接到第二端部322中的每一个的多个电阻元件504。例如，在实施例中，多个电阻器可串联联接以实现期望的电阻值。
65.在实施例中，电阻组件500还可包括至少一个故障接触器506。(多个)故障接触器506可设置在联接到每个相绕组318的电阻元件504之间。当响应于电气故障的检测而定向在闭合位置中时，(多个)故障接触器506可在每个相绕组318之间形成故障状态电联接507。照此，故障状态电联接507可有利于电流流过相绕组318和联接到相绕组318的对应的电阻元件504。换句话说，当检测到电气故障时，可断开相绕组接触器502以切断相绕组318之间的标称状态电联接503，并且可通过闭合(多个)故障接触器506来建立新连接(例如，故障状态电联接507)。因此，电气故障的检测可与相绕组接触器502的断开结合导致(多个)故障接触器506的闭合，以便增加相绕组318的有效电阻。
66.应当意识到，故障状态电联接507的建立可在相绕组319之间建立包括(多个)电阻元件504的电流路径。(多个)电阻元件的引入又可有利于相绕组318的电流向预定电流水平的受控放电。在实施例中，预定电流水平可对应于零电流水平。
67.如图4中进一步描绘的，在实施例中，电气系统400可包括第一三相电枢绕组组件328和第一电阻组件508。在这样的实施例中，发电机300的电气系统400可包括至少第二三
相电枢绕组组件330，该第二三相电枢绕组组件330固定地联接到可旋转部件302，以便在发电机300的操作期间与该可旋转部件一起旋转。第二三相电枢绕组组件330可与第一三相电枢绕组组件328电隔离。例如，在第一三相电枢绕组组件328和第二三相电枢绕组组件330之间可能不存在电联接。第二三相电枢绕组组件330可包括三个单独的相绕组318。每个相绕组318可具有联接到对应的绕组端子406的第一端部320和第二端部322。应当意识到，影响第一三相电枢绕组组件328的电气故障可能不影响第二三相电枢绕组组件330。
68.在实施例中，电气系统400还可包括至少第二电阻组件510。第二电阻组件510可固定地联接到可旋转部件302。在固定地联接到可旋转部件302的情况下，在发电机300的操作期间，第二电阻组件510可与可旋转部件302一起旋转。
69.在实施例中，第二电阻组件510可将第二端部322中的每一个电联接到彼此以形成y连接。另外，第二电阻组件510可配置成响应于第二三相电枢绕组组件330的电气故障而将电阻引入第二三相电枢绕组组件330。应当意识到，第二电阻组件510可包括本文中描述的电阻组件500的任何部件、特征和/或元件。
70.应当意识到，在实施例中，电气系统400可包括附加的三相绕组和对应部件。换句话说，电气系统400不限于单个或甚至双重三相绕组配置，而是更准确地说可配置有任何合适数量的三相绕组。
71.现在参考图6，图示了用于控制发电机的方法600的一个实施例的流程图。方法600可使用例如上面参照图4讨论的电阻组件500来实现。为了说明和讨论的目的，图6描绘了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，方法600或本文公开的任何其它方法的各种步骤可被调整、修改、重新布置、同时执行或以各种方式修改，而不偏离本公开的范围。
72.如在(602)处所示，方法600可包括经由联接到控制器的传感器系统检测与影响三相电枢绕组组件的相绕组的电气故障相对应的电气故障指示。三相电枢绕组组件可固定地联接到可旋转部件，以便与可旋转部件一起旋转。响应于电气故障，方法600可在(604)处包括经由电阻组件将电阻引入三相电枢绕组组件。电阻组件可固定地联接到可旋转部件，以便与可旋转部件一起旋转。应当意识到，在各种实施例中，方法600还可包括本文中描述的任何方法、步骤、部件和/或特征。
73.例如，在实施例中，其中电气系统400可包括第一三相电枢绕组组件328和第二三相电枢绕组组件330以及第一电阻组件508和第二电阻组件510两者。在这样的实施例中，电气故障可能影响第一三相电枢绕组组件328，而第二三相电枢绕组组件330可能不存在故障指示。因此，从电气故障中恢复可包括经由控制器200将第二三相电枢绕组组件330中的电流降低到零。另外，第一电阻组件508的(多个)故障接触器506可转变到断开位置。应当意识到，将(多个)故障接触器506转变到断开位置可通过将第一三相电枢绕组组件328的相绕组318中的每一个彼此电气地脱离联接来隔离相绕组318中的每一个。在(多个)故障接触器506转变到断开位置之后，控制器200可增加第二三相电枢绕组组件330中的电流，以便恢复发电机300的功率产生。
74.现在参考图5，图示了可包括在控制器200内的合适部件的一个实施例的示意图。例如，如图所示，控制器200可包括一个或多个处理器206和(多个)相关联的存储器设备208，其配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行如本文中公开的方法、步骤、计算等
和存储相关数据)。此外，控制器200还可包括通信模块210，以有利于控制器200和电气系统400及其部件之间的通信。此外，通信模块210可包括传感器接口212(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从传感器系统324传输的信号被转换成可由处理器206理解和处理的信号。应当意识到，传感器可使用任何合适的手段通信地联接到通信模块210。例如，如图5中所示，传感器系统324可经由有线连接联接到传感器接口212。然而，在其它实施例中，传感器系统324可经由无线连接联接到传感器接口212，诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议。此外，通信模块210还可能够操作地联接到操作状态控制模块214，该操作状态控制模块214配置成实现控制动作。例如，操作状态控制模块214可配置成在断开位置和闭合位置之间转变相绕组接触器502和/或(多个)故障接触器506。
75.在实施例中，控制器200可配置为涡轮控制器，并且可与风力涡轮100集成。例如，控制器200可配置成指导风力涡轮100的操作。在附加实施例中，控制器200可包括计算设备的分布式网络。在这样的实施例中，分布式计算设备中的一个可与风力涡轮100集成，而附加计算设备可位于远离生成功率资产处，诸如在设计或制造设施处。在附加实施例中，控制器200也可为用于功率转换器404的控制器。
76.如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、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。另外，(多个)存储器设备208大体上可包括(多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(ram))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存存储器)、软盘、致密盘只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、数字多功能盘(dvd)和/或其它合适的存储器元件。(多个)这样的存储器设备208可大体上配置为存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器206实现时，所述指令将控制器200配置成执行各种功能，包括但不限于检测与如本文中所述的电气故障相对应的电气故障指示，以及各种其它合适的计算机实现的功能。
77.在实施例中，传感器系统324可包括一个或多个传感器，所述传感器配置成收集指示影响电枢绕组组件304的电气故障的数据。例如，传感器系统324可配置成监测电气系统400的电气参数(例如，电流幅值)。因此，传感器可为电流传感器、电压传感器、温度传感器、功率传感器和/或监测电气系统400的部件的电气状况的频率计。将意识到，传感器324可由功率转换器404用于还测量相电流以用于转换器控制的目的。
78.还应当意识到，如本文中所用，术语“监测”及其变型指示风力涡轮100的各种传感器可配置成提供被监测参数的直接测量值或这样的参数的间接测量值。因此，本文中描述的传感器例如可用来生成与被监测的参数有关的信号，所述参数然后可由控制器200利用来确定响应于电气故障而控制发电机300。
79.此外，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地，所描述的各种方法步骤和特征以及针对每个这样的方法和特征的其它已知等同物可由本领域的普通技术人员混合和匹配，以根据本公开的原理构造另外的系统和技术。当然，应当理解，不一定可根据任何特定实施例实现上述所有这些目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文中描述的系统和技术可以实现或优化如本文中教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现如本文中可教导或建议的其它目的或优点。
80.本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，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并入的方法。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。如果这些其它示例包括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非实质性差异的等效结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
81.本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：条款1. 一种发电机，包括：不可旋转部件，其支撑场绕组组件；可旋转部件，其定向成在发电机的操作期间相对于不可旋转部件旋转；电枢绕组组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转，该电枢绕组组件包括至少两个单独的相绕组，其中，所述至少两个单独的相绕组中的每一个具有联接到对应的绕组端子的第一端部和第二端部；和电阻组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转，该电阻组件将所述至少两个单独的相绕组的第二端部中的每一个电联接在一起，该电阻组件配置成响应于电气故障而将电阻引入电枢绕组组件。
82.条款2. 根据条款1所述的发电机，其中，电阻组件还包括：相绕组接触器，其设置在所述至少两个单独的相绕组的第二端部中的每一个之间，其中，当相绕组接触器在不存在电气故障指示的情况下定向在闭合位置中时，第二端部中的每一个由相绕组接触器电联接，从而形成标称状态电联接，并且其中，在断开位置中，相绕组接触器在存在故障指示的情况下将电枢绕组组件的所述至少两个单独的相绕组中的每一个电气地脱离联接，从而切断标称状态电联接。
83.条款3. 根据前述条款中任一项所述的发电机，其中，电阻组件还包括：至少一个电阻元件，其电联接到电枢绕组组件的所述至少两个单独的相绕组中的每一个的第二端部，其中，在断开位置中，相绕组接触器有利于从所述至少两个单独的相绕组中的每一个进入对应的所述至少一个电阻元件的电流流动。
84.条款4. 根据前述条款中任一项所述的发电机，其中，电阻组件还包括：至少一个故障接触器，其设置在联接到所述至少两个单独的相绕组中的每一个的所述至少一个电阻元件之间，当定向在闭合位置时，所述至少一个故障接触器在所述至少两个单独的相绕组中的每一个之间形成故障状态电联接，该故障状态电联接有利于电流流过所述至少两个单独的相绕组和联接到所述至少两个单独的相绕组的对应的所述至少一个电阻元件。
85.条款5. 根据前述条款中任一项所述的发电机，其中，电枢绕组组件是具有三个单独的相绕组的三相电枢绕组组件。
86.条款6. 根据前述条款中任一项所述的发电机，其中，三相电枢绕组组件是第一三相电枢绕组组件，并且电阻组件是第一电阻组件，该发电机还包括：至少第二三相电枢绕组组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转，其中，所述至少第二三相电枢绕组组件不存在与第一三相电枢绕组组件的电联接，其中，所述至少第二三相电枢绕组组件包括三个单独的相绕组，并且其中，每个相绕组具有联接到对应的绕组端子的第一端部和第二端部；和至少第二电阻组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转，该第二电阻组件将第二端部中的每一个电联接在一起，该至少第二电阻组件配置成响应于该至少第二三相电枢绕组组件的电气故障而将电阻引入该第二三相电枢绕组组件。
87.条款7. 根据前述条款中任一项所述的发电机，其中，场绕组组件和电枢绕组组件中的至少一个是具有超导线圈的超导绕组组件。
88.条款8. 根据前述条款中任一项所述的发电机，其中，场绕组组件是超导场绕组组件，并且电枢绕组组件是非超导电枢绕组组件。
89.条款9. 根据前述条款中任一项所述的发电机，还包括：传感器系统，其可操作地联接到电枢绕组组件并配置成监测针对电枢绕组组件的每个相绕组的电流幅值。
90.条款10. 一种用于控制发电机的方法，该发电机具有支撑场绕组组件的不可旋转部件和定向成相对于不可旋转部件旋转的可旋转部件，该方法包括：经由联接到控制器的传感器系统检测与影响三相电枢绕组组件的相绕组的电气故障相对应的电气故障指示，该三相电枢绕组组件固定地联接到可旋转部件以便与可旋转部件一起旋转；和响应于电气故障，经由电阻组件将电阻引入到三相电枢绕组组件中，该电阻组件固定地联接到可旋转部件，以便与可旋转部件一起旋转。
91.条款11. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，三相电枢绕组组件还包括三个单独的相绕组，其中，每个相绕组具有联接到对应的绕组端子的第一端部和第二端部，其中，电阻组件包括设置在第二端部中的每一个之间的相绕组接触器，当相绕组接触器在不存在电气故障指示的情况下定向在闭合位置中时，第二端部中的每一个由相绕组接触器电联接，从而形成标称状态电联接，并且其中，将电阻引入三相电枢绕组组件包括：在存在电气故障指示的情况下将每个相绕组接触器转变到断开位置，以便电气地切断标称状态电联接。
92.条款12. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，电阻组件还包括电联接到三相电枢绕组组件的每个相绕组的第二端部的至少一个电阻元件，并且其中，将电阻引入三相电枢绕组组件还包括：响应于相绕组接触器的断开位置，有利于从相绕组中的每一个进入对应的所述至少一个电阻元件的电流流动。
93.条款13. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，电阻组件还包括至少一个故障接触器，所述至少一个故障接触器设置在联接到所述至少两个单独的相绕组中的每一个的所述至少一个电阻元件之间，所述至少一个故障接触器，其中，将电阻引入三相电枢绕组组件还包括：通过将所述至少一个故障接触器定向在闭合位置中，在所述至少两个单独的相绕组中的每一个之间形成故障状态电联接，该故障状态电联接有利于电流流过所述至少两个单独的相绕组和联接到所述至少两个单独的相绕组的对应的至少一个电阻元件。
94.条款14. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，三相电枢绕组组件是第一三相电枢绕组组件，并且电阻组件是第一电阻组件，其中，发电机还包括固定地联接到可旋转部件的至少第二三相电枢绕组组件和至少第二电阻组件，其中，故障指示对应于影响第一三相电枢绕组组件的电气故障，并且其中，至少第二三相电枢绕组组件不存在故障指示，该方法还包括：经由控制器将至少第二三相电枢绕组组件中的电流降低到零；将第一电阻组件的所述至少一个故障接触器转变到断开位置；和在所述至少一个故障接触器转变到断开位置之后，经由控制器增加至少第二三相电枢绕组组件中的电流，以便恢复发电机的功率生产。
95.条款15. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，将电阻引入三相电枢绕组组件还包括：启动相绕组的电流向预定电流水平的受控放电。
96.条款16. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，预定电流水平对应于针对相绕组的零电流水平。
97.条款17. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，场绕组组件和三相电枢绕组组件中的至少一个是具有超导线圈的超导绕组组件。
98.条款18. 一种风力涡轮，包括：超导发电机，其经由功率转换器可操作地联接到电力网，该超导发电机包括：不可旋转部件，其支撑超导场绕组组件；可旋转部件，其在发电机的操作期间定向成相对于不可旋转部件旋转；三相电枢绕组组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转，该三相电枢绕组组件包括三个单独的相绕组，其中，每个相绕组具有联接到对应的绕组端子的第一端部和第二端部，每个绕组端子电联接到转换器；和电阻组件，其固定地联接到可旋转部件，以便在发电机的操作期间与可旋转部件一起旋转，该电阻组件将第二端部中的每一个电联接在一起，该电阻组件配置成响应于电气故障而将电阻引入三相电枢绕组。
99.条款19. 根据前述条款中任一项所述的风力涡轮，其中，电阻组件包括：相绕组接触器，其设置在第二端部中的每一个之间，使得第二端部中的每一个通过相绕组接触器电联接，该相绕组接触器在不存在故障指示的情况下定向在闭合位置中，并且其中，相绕组接触器的断开位置在存在故障指示的情况下将三相电枢绕组的每个相绕组电气地脱离联接。
100.条款20. 根据前述条款中任一项所述的风力涡轮，其中，电阻组件还包括：至少一个故障接触器，其设置在联接到单独的相绕组中的每一个的所述至少一个电阻元件之间，当定向在闭合位置中时，所述至少一个故障接触器在单独的相绕组中的每一个之间形成故障状态电联接，该故障状态电联接有利于电流流过单独的相绕组和联接到单独的相绕组的对应的所述至少一个电阻元件。