CN110741158A - 具有无传动装置的发电机和发电机滤波器的风能设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风能设施(100)，包括：无传动装置的发电机(204)，其中发电机(204)构成为具有定子和转子的同步发电机；与定子耦联的发电机滤波器(202)，所述发电机滤波器用于对定子电流进行滤波，其中发电机滤波器(202)具有可变的滤波器性能；和滤波器控制装置(228)，所述滤波器控制装置用于控制发电机滤波器(202)。

Description

具有无传动装置的发电机和发电机滤波器的风能设施
技术领域
本发明涉及一种具有无传动装置的发电机和与其耦合的发电机滤波器的风能设施。此外，本发明涉及这种发电机滤波器并且本发明涉及一种用于控制无传动装置的风能设施的方法。
背景技术
风能设施是已知的并且大量现代的风能设施具有无传动装置的发电机。发电机在此具有转子，所述转子直接由空气动力学的旋转体驱动。转子于是相对于无传动装置的发电机的定子转动，由此在定子中产生电流。这种在定子中产生的电流于是为了继续应用、即尤其为了馈入到供电网中被相应地转换。
在这种无传动装置的状况中，转子相对缓慢地转动，如小于20转/分，而常见的发电机或者电机常常具有1500转/分或者3000转/分的额定转速。
这样慢地转动的发电机在此也会引起在风能设施的吊舱中的振荡或振荡激励。原则上，在每种发电机类型中都存在特定的性能，所述性能能够在吊舱的区域中产生激励。这些激励根据表现形式会导致具有声音发射的问题，其中所述具有声音发射的问题也与架设地点和在该处适用的规定相关。
噪声效果例如能够在10Hz至120Hz的频率范围中出现。
为了抵抗这种噪声发射，例如能够设有隔音装置，或者考虑在吊舱壳体和机器承载件之间的振荡解耦。公开文献DE 10 2014 206 703 A1示出一种用于安置在承载模块或吊舱挡板和机器承载件之间的解耦机构，以便经由此建立与机器承载件的弹性减振的连接。
也存在如下解决方式，所述解决方式整体上使得发电机噪音更低。这种解决方案在公开文献DE 10 2014 947 A1中提出。在该处，对于发电机提出如下定子，所述定子在环周方向上划分为定子区段，并且其中至少两个定子区段沿着环周方向相互错开或者交叠。但是，这种解决方案的前提条件是发电机的相应的结构变化，这就此而言倒不如说对于设计新的发电机看起来是有效的。
德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到下述现有技术：DE 100 11 750A1；DE 101 30 339 A1；De 10 2014 200 947 A1；DE 10 2014 206 703 A1；DE 10 2015205 348 A1和EP 2 869 458 A1。
发明内容
由此，本发明基于如下目的：解决上述问题中的至少一个。尤其应当提出一种解决方案，所述解决方案引起风能设施因发电机引起的声音降低，这能够实现至少一个相对低噪音地运转的发电机或者能够有助于低噪音的运转。至少应当相对于迄今为止已知的解决方案提出一个替选的解决方案。
根据本发明，提出一种根据权利要求1所述的风能设施。该风能设施包括无传动装置的发电机，所述发电机构成为同步发电机。该同步发电机具有定子和转子。转子是发电机的旋转部分，并且在此尤其使用术语转子，以便避免可能与风能设施的空气动力学的旋转体混淆。术语转子的使用就此而言不限于特定的发电机类型。就此而言，将无传动装置的发电机理解为，在发电机和空气动力学的旋转体之间不存在传动装置。就此而言，也能够提及无传动装置的风能设施。这种无传动装置的发电机是缓慢运转的，因为其以与风能设施的空气动力学的转子相同的转速转动。其转速小于20转/分，尤其小于15转/分，尤其优选小于10转/分。这种缓慢的转速也对可能要预期或要降低的振荡产生影响。具有传动装置的发电机通常以3000转/分或1500转/分的转速运转。
优选地，同步发电机构成为环形发电机，其中定子和转子的磁性作用元件环形地围绕发电机的转动轴线设置为，使得在发电机的为气隙直径的至少0至50百分比的内部区域中不设置有发电机的磁性作用元件。也就是说，转子和定子，除了承载结构之外，基本上环形地设置在气隙的区域中。
发电机滤波器与定子耦联，以便对定子电流进行滤波。特别地，对于每个三相的定子电流设有一个子滤波器，其中所有子滤波器一起基本上形成发电机滤波器。在此，所有子滤波器是受控的子滤波器并且能够共同地经由滤波器控制装置或者分别经由子滤波器控制装置来操控。所有子滤波器控制装置共同地能够基本上形成滤波器控制装置。针对发电机滤波器所描述的任意性能也可有意义地应用于每个子滤波器。每个子滤波器由此也视为可独立控制的发电机滤波器，所述发电机滤波器对定子电流进行滤波。
对于该发电机滤波器提出，所述发电机滤波器具有可改变的滤波器性能。
此外，提出一种用于控制发电机滤波器的滤波器控制装置。由此，能够经由滤波器控制装置来操控发电机滤波器从而改变其滤波器性能。
由此能够尤其在高次谐波方面影响定子电流。已经认识到，这种高次谐波会导致发电机中的相应的噪声。此外已经认识到，根据这种噪声的类型，尤其根据频率和振幅，该噪声也还会通过风能设施的元件增强。这会导致：这种噪声增强并且尤其能够通过吊舱挡板连同导流罩和/或转子叶片放射。
通过控制发电机滤波器从而控制或改变电流高次谐波，该电流高次谐波能够改变为，使得所产生的噪声生成也改变。有时，在此一次谐波的降低可能就足够，或者降低或改变多次谐波。
尤其在转速可变的、尤其在此提出的风能设施中，能够根据风能设施的运行状态改变这种电流高次谐波。通过发电机滤波器的可控的改变，能够对此动态地做出反应。由此，所述解决方案也是尤其灵活和可调整的。
也已经认识到，噪声生成也能够是如下内容的指标：并非最佳的定子电流或者以另一方式和方法并非最佳地工作的发电机。通过借助改变发电机电流来降低噪声的措施，由此也能够改进发电机的运行表现。
根据一个实施方式提出，发电机滤波器为了改变其滤波器性能而具有滤波器部段，所述滤波器部段具有可控的电容性能，或者具有以其他方式可控的电容性能。据此提出，发电机滤波器的可控制性至少部分地通过如下方式实现：控制电容性能。这能够表示：通过接通或者关闭电容器或者其一部分来改变电容器或者电容器组。但是，电容器的这种改变在此尤其仅为了说明而提及。更确切地说，电容或电容性能能够通过操控半导体器件来影响。尤其也考虑，发电机滤波器像这种电容一样表现。发电机滤波器为此例如有源地控制定子电流，就好像发电机滤波器具有电容性能一样。通过控制的改变，由此也能够控制电容性能。
根据一个实施方式提出，发电机滤波器有源地影响定子电流，尤其使得向定子电流通过有源的发电机滤波器施加电流信号。通过对定子电流的这种有源的或直接的影响，定子电流能够有针对性地被影响，并且这种影响能够至少部分地发挥如通过具有电容或者电容性能的无源的滤波器所得出的作用。将电流信号这样施加给定子电流的改变于是如等价的无源滤波器的性能改变那样起作用。由此，也因此能够改变或设定发电机滤波器的电容性能。
根据一个实施方式提出，发电机滤波器构成为变流器或者逆变器，或者包括变流器或逆变器。如果发电机滤波器作为变流器工作，那么所述发电机滤波器能够将定子电流或者其一部分转换为另一交变电流或者产生如下电流，所述电流能够与定子电流叠加。在此，应当仅转换定子电流或定子电压的一小部分，即高次谐波分量。变流器于是工作为，使得其与所存在的定子电流和所期望的定子电流相关地产生相应的设有相应的高次谐波的电流信号并且与定子电流叠加，这在此也称为施加。由此，能够以所期望的方式和方法影响定子电流。
替代变流器，也能够使用逆变器，所述逆变器不同于变流器在输入侧以直流电压开始。直流电压能够通过对定子电流的整流获得。为此，尤其考虑：定子电流为了进一步的处理无论如何都被整流，以对直流电压中间回路馈电。从该直流电压中间回路起，这种逆变器也能够由直流电压供应以影响定子电流。这种逆变器或变流器能够被控制为，使得其与等价的无源滤波器等价地表现，从而所述逆变器或变流器能够被控制为，使得其改变电流注入的类型，使得这对应于通过等价的无源滤波器引起的改变。
优选地，风能设施的特征在于，发电机滤波器设置在定子和用于对定子电流进行整流的整流机构之间，并且可选地，发电机滤波器具有串联连接的电容，使得定子电流从定子穿过电容流向在下游连接的整流机构，或者发电机滤波器配置用于，对这种串联连接的电容进行仿真。
通常提出如下构造，在所述构造中设有整流机构，并且其中发电机滤波器设置在定子和整流机构之间。由此，定子电流能够被整流，并且所产生的直流电流或所产生的直流电压能够在共同的直流电压中间回路处提供，并且随后被继续处理。特别地，在下游连接的逆变器于是能够产生用于馈电的交变电流。通过发电机滤波器也能够改进直流电流和直流电压。
已经认识到，在这种情况下通过电容器的串联连接避免不期望的补偿电流，如所述补偿电流可能在具有并联连接的电容、即电容器的滤波器中出现。然而，对于这种串联电路需要非常大的并且功率强的电容器。特别地，当所述电容器是可改变的时，所述实现方案可能是耗费的。尽管如此其仍是可行的并且作为一个变型形式提出。在此，将电容器的串联连接理解为，至少一个电容器设置在每个定子电流支路中。也就是说，如果存在三相的定子电流，那么存在三个定子电流支路，即对于每个相存在一个定子电流支路。每个定子电流支路从定子引导至整流机构。也就是说，于是存在三个电流支路并且在每个电流支路中存在一个电容器，使得定子电流沿着定子电流支路流过电容器，这自然仅对于交变电流是可行的。
但是，优选提出，通过发电机滤波器对电容器的这种串联电路仿真。为此，发电机滤波器能够构成为变流器或者逆变器，或者包括变流器或者逆变器，并且为此使用。优选地，每个子滤波器通过变流器或者逆变器构成，或者具有至少一个。由此提出，发电机滤波器有源地操控定子电流并且强加于其对应于如下布线的表现，在所述布线中存在电容器的所描述的串联电路。由此，可能能够弃用如对于在串联电路中的设置而言必要的电容器。同时，更容易实现可控性，即被仿真的电容器的可控性。
根据一个实施方式提出，发电机滤波器被控制为，使得将定子电流改变为，使得所述定子电流在发电机中引起更高的输出功率，这尤其能够通过发电机滤波器的电容性能来实现。发电机原则上经由转子中的直流电流来激励。这是所使用的无传动装置的发电机的至少一个优选的实施方式。由此并且通过发电机的转动，产生定子电流。尤其当定子电流具有电容性的无功电流分量时，这能够引起发电机中的电压降低，即尤其在发电机的定子中的电感处。由此，在定子有功电流相同时能够实现更高的输出电压，即尤其在定子的输出接线柱处。这引起：能够输出更高的功率，也就是说，发电机的输出功率提高，也就是说，尤其在定子处，即在定子接线柱处的输出功率提高。
这尤其能够通过电容性的滤波器性能来实现，所述电容性的滤波器性能能够产生电容性的无功电流分量。
根据另一设计方案提出，发电机滤波器设计用于或者运行用于：对定子电流进行滤波，使得降低发电机的机械的振荡激励。通常，发电机的振荡频率是已知的从而已知的是，可估计发电机的何种机械的振荡激励。提出：相应地对定子电流进行滤波，使得降低这种机械的振荡激励。
特别地，为此发电机滤波器针对一定频率范围设计或运行，以便对定子电流进行滤波，使得降低发电机的机械的振荡激励。也就是说，进行对频率范围的相应选择。只要发电机滤波器无源地工作，那么所述发电机滤波器就针对该频率范围设计。当所述发电机滤波器是有源的时，尤其当所述发电机滤波器通过变流器或逆变器形成或者辅助时，同样内容适用。在这种情况下，逆变器或者变流器能够相应地运行，即针对该频率范围运行。尽管如此，对于逆变器或者变流器而言相应的设计也是有利的。特别地，构件、如输出电感能够相应地设计。
优选地，发电机针对所预期的或者所检测的机械振荡的6次谐波来设计并且此外或者替选地针对12次谐波来设计。也就是说，关于机械的固有振荡降低6次和/或12次谐波，即6次或12次的高次谐波。对此已经已知，尤其这种谐振荡，即出自该频率范围的谐振荡能够激励或加强机械振荡。
优选提出，设有一种发射反馈装置，以反馈用于滤波器控制的发射信号。这种发射信号代表从发电机发出的发射。在此，尤其考虑噪声发射，或者电的和/或机械的振荡。也就是说，这种振荡被记录并且作为发射信号反馈。在这种情况下，恰好振荡被记录并且作为发射信号被反馈，所述振荡最后也应当被降低。
但是也考虑，测量其它发射，所述其它发射代表应降低的振荡。也就是说，例如能够记录在机器承载件处的振荡，而实际上吊舱挡板的振荡引起强的噪音发射。在该实例中，在机器承载件处的振荡振幅能够是明显更小的，但是可能的是，这是用于设置测量传感器的更好的测量地点。测量传感器在强烈振荡的元件处的设置，如在该实例中在吊舱挡板处的设置，对于固定传感器而言也会是尤其成问题的。但是也考虑，例如检测并且评估定子电流，并且根据所述评估例如利用风能设施的已知的性能来推测实际的发射，在此仅列举一个实例。
为此于是提出，根据反馈的发射信号控制发电机滤波器，以便降低从发电机发出的发射。滤波器控制装置对其配置，这表示，所述滤波器控制装置具有相应的信号输入端以反馈发射信号。
也就是说，直接地或者间接地检测发射并且于是经由滤波器控制装置相应地操控或运行发电机滤波器。由此，在此能够以简单的方式和方法对不同的运行状况做出反应。发电机滤波器仅需要一般性地针对普遍可预期的活动区域来设计，并且操控于是能够简单地根据已经检测到的发射信号来执行。专门调整或检测风能设施的当前的运行状态因此能够变得多余。在其它情况下风能设施也能够基本上如迄今为止那样运行。仅仅滤波器控制装置工作为，使得其改变发电机滤波器的滤波器性能并且匹配于相应的发射。由此，也尤其好地可行的是，在风能设施中加装所提出的这种解决方案。基本上仅需要发电机滤波器连同滤波器控制装置和相应的测量传感器来检测发射信号。
根据另一实施方式提出，发电机具有多个子发电机系统。特别地，设有两个3相的子定子，所述子定子各自产生3相电流从而发电机整体上产生6相电流。为此，设有电流检测机构，所述电流检测机构配置用于，检测每个子发电机系统的定子电流并且分别将至少一个电流信号传输给滤波器控制装置以控制发电机滤波器。这种电流信号分别代表所检测的定子电流。例如能够传输每个定子电流的测量信号。但是也考虑，所检测到的定子电流已经被评估并且转换为经变换的表达方式，例如通过根据对称分量法进行分解，使得传输表示每个3相的定子电流的正相序系统或者反相序系统的至少一个矢量或者相量。为了检测定子电流，对于每个相例如能够设有测电钳或者测量电阻。
此时提出，滤波器控制装置配置用于，根据电流信号来控制发电机滤波器。根据一个变型形式提出，这进行为，使得将定子电流之间的差异最小化。也就是说，比较每个子发电机系统的定子电流并且随后将发电机滤波器控制为，使得这些定子电流至少在一些性能中彼此相称。每个子发电机系统的定子电流优选彼此相移并且这种相移自然不应被均衡。但是，每个定子电流的幅值并且尤其还有高次谐波性能够通过对发电机滤波器的相应操控来均衡。
滤波器控制装置为此能够预设相应的进行补偿的高次谐波分量，所述高次谐波分量于是能够由发电机滤波器改变或者产生。尤其在将变流器或者逆变器用作为发电机滤波器的情况下，在此能够针对相关的一个或多个高次谐波分量预设相应的补偿分量。
也考虑，为了均衡这两个子发电机系统，观察子发电机系统的输出的功率并且通过发电机滤波器来均衡。由此能够进行在子发电机系统之间的平衡。由系统所决定，这种子发电机系统由于其以相同的同步发电机实现原则上产生完全类似的输出信号，尤其定子电流。为此出现的较小的差异能够通过滤波器控制装置来均衡，所述滤波器控制装置控制发电机滤波器。
也考虑，不直接观察多个，尤其两个发电机系统的定子电流，而是仅观察其高次谐波，并且与其相关地通过对发电机滤波器的相应控制来均衡所述高次谐波。在此，如下考虑也是重要的：相应的定子电流的不同的高次谐波性也能够在这两个子发电机系统的不同的功率输出中起作用。在此，所述差异虽然可能存在并且例如在噪声或者发电机的运转性能中可注意到，但是应当是小的。
此外或者替选地提出，滤波器控制装置配置用于，根据相应的电流信号将发电机滤波器控制为，使得降低相应的子发电机系统内的磁化安匝(Strombelag)的差异。根据该实施方式，因此提出，尤其观察子发电机系统的定子电流的三个相，并且在这三个相之间出现不平衡的情况下，相应地控制发电机滤波器，使得至少减少这种不平衡。子发电机系统内的这种平衡也能够与各个子发电机系统之间的所描述的平衡同时地或者组合地执行。
滤波器控制装置的配置在此也尤其表现为：相应的补偿分量施加到定子电流上或者与其相加，以便获得所期望的平衡。这尤其能够通过如下方式进行：将变流器或逆变器用作为发电机滤波器并且该变流器或逆变器产生并且接入相应的电流分量。
由此，不仅能够分别在子发电机系统中的一个中执行平衡。也能够降低在子发电机系统之间的偏差。
优选地，风能设施的特征在于，
-设有用于提供中间回路电压的共同的直流电压中间回路，并且
-对于所述定子电流或每个定子电路设有整流机构，以便对定子电流整流并且输送给共同的直流电压中间回路，并且
-在定子和每个整流机构之间设置有受控的发电机滤波器或受控的发电机滤波器的受控的子滤波器，以便对相应的定子电流进行滤波，并且-设有至少一个逆变器，所述逆变器在输入端侧与共同的直流电压中间回路连接，以便将中间回路电压逆变为三相的电流和电压信号，并且其中-逆变器与供电网耦联，或者配置用于，将三相的电流和电源信号馈入到供电网中。
因此，提出一种共同的直流电压中间回路，整个定子电路被整流到所述直流电压中间回路上，即使当设有多个子系统或多个子定子时也如此。随后在下游连接的逆变器访问该共同的直流电压中间回路。对于每个定子电流设有受控的子滤波器。
根据另一实施方式提出，为了控制发电机存在多个控制特征曲线。为此提出，滤波器控制装置配置用于，在多个控制特征曲线之间进行选择。每个控制特征曲线在此构成为电流特征曲线并且每个电流特征曲线根据定子电流给出滤波器设定，尤其无功功率值。也就是说，能够根据需求选择性地评估相应的控制特征曲线并且这于是引起：根据定子电流进行相应的滤波器设定，尤其根据定子电流馈送无功功率值。
由此能够以简单的方式和方法例如在不同的动态调节器或者调节器性能之间进行选择。例如能够根据各个相之间的不平衡或者也根据多个子发电机系统之间的不平衡选择控制特征曲线。此外，所述控制特征曲线于是能够尤其根据定子电流的幅值，例如其均方根值来控制与定子电流相关的无功功率。但是也考虑，控制特征曲线根据所记录的发射信号来选择。在发射较高的情况下例如能够相应地选择更陡的与定子电流相关的无功功率特征曲线。
为此，滤波器控制装置尤其在如下范围中配置，所述滤波器控制装置具有存储器机构，在所述存储器机构中保存有这些电流特征曲线。此外，为了选择如此保存的电流特征曲线，设有处理器，在所述处理器上执行相应的选择标准。
特别地，能够通过控制特征曲线来设定不同的工作点。
优选地也提出，不同的控制特征曲线设为用于不同的应用情况。尤其提出，将正常控制特征曲线、噪声控制特征曲线、均化特征曲线和惯性特征曲线或者所述特征曲线中的至少一些保存作为控制特征曲线。
正常控制特征曲线在此是如下特征曲线，所述特征曲线设为用于控制发电机滤波器，使得定子电流具有尽可能少的电流高次谐波。这种控制能够称为正常控制并且所属的特征曲线由此称为正常控制特征曲线。
噪声控制特征曲线是如下特征曲线，所述特征曲线设为用于控制发电机滤波器，使得降低发电机的机械振荡或噪声发射。也就是说，该控制特征曲线专门涉及这种振荡问题。为此，噪声控制特征曲线能够设置为，使得其尤其包含控制规则，所述控制规则引起：发电机滤波器被控制为，使得噪声尤其降低。为此，该控制特征曲线能够设计为，使得定子电流的尤其噪声重要的分量是重要的。该噪声控制特征曲线由此例如能够专门设计为，使得在6次或者12次谐波的范围中的高次谐波关于机械固有振荡被补偿或者由发电机滤波器专门产生这种高次谐波分量以进行降低。
均化特征曲线是如下控制特征曲线，所述控制特征曲线将发电机滤波器控制为，使得子发电机系统具有尽可能小的功率差。这种均化特征曲线尤其能够设为用于每个相或者每个子发电机系统并且具有动态或者斜率，所述动态或斜率引起：子发电机系统或各个相共同发现稳定的工作点。特别地，控制特征曲线能够设定为，使得系统在尝试进行平衡时不相互振荡。发电机系统具有至少一个动态，并且当控制特征曲线在最简单的情况下是具有斜率的直线时，所述控制特征曲线于是能够构成放大系数或者如放大系数一样起作用。根据对放大系数的选择，于是得出更强地或者不那么强地振荡的系统。除了已知的调节方面的设计方案，在此也考虑：在仿真中测试不同的控制特征曲线。
对检查功率差替代地或附加地，均化特征曲线也能够针对定子电流中的可能的电流差提出，也就是说设计为，使得电流差，此时是在子发电机系统之间或在各一个子发电机系统的相之间的电流差，能够尽可能小地下降或者降低。
惯性特征曲线，其也能够同义地称为用于提供瞬时储备的特征曲线，是如下特征曲线，所述特征曲线引起对发电机滤波器的控制或者用于控制发电机滤波器，使得发电机能够实现尽可能快的功率提高。当突然的频率下降要求短暂的更高的馈电功率时，会存在这种瞬时储备情况。这于是引起：这种较高的馈电功率也由发电机输出。发电机于是必须输出更多的功率，由此所述发电机被制动。发电机突然必须更多地输出的该功率由此同样经由定子电流输出，并且该定子电流相应地被控制为，使得其非常快地提高，例如在10ms至50ms内，例如提高10个百分比。
这样快的功率提高也能够对电流质量，尤其对高次谐波产生影响。此外需注意的是，更高的功率输出伴随有发电机的制动，这又导致定子电流的频率下降。对于这种情况，设置惯性特征曲线。优选地，这种惯性特征曲线是尤其扁平的，使得其与其它特征曲线相比更少地干预控制。这尤其基于如下知识：一方面在必须提供瞬时储备的情况下，瞬时储备的这种提供是重要的。此外，瞬时储备馈电的这种情况相对短暂，例如在10秒的范围中，使得在该时间中不考虑谐振情况，因为不存在对于其必要的静态情况，其中在所述时间中定子电流的频率也发生改变。也就是说，不考虑噪声问题，并且如果噪声问题仍然出现，那么所述噪声问题在惯性情况的短的时间段内是可以容忍的。
但是，惯性特征曲线也能够构成为，使得馈入尤其高的无功电流，以便由此提高发电机中的激励从而附加地还辅助输出功率的提高。输出功率因相应改变的定子电流而引起的这种提高能够加速在所述瞬时储备情况中的功率提高。
对于这些所阐述的特征曲线也已知，所述特征曲线能够设定不同的工作点。
尤其提出，滤波器控制装置配置用于，改变发电机的工作点。特别地，滤波器控制装置配置用于，控制发电机滤波器以改变对发电机的激励。就此而言，在此提出之前已经描述的措施。需注意的是，这些措施，即尤其有针对性地选择工作点，也能够与经由所提出的控制特征曲线中的一个不同地实现。更一般性地提出，借助可设定的发电机滤波器通过设定无功功率可以设定工作点，也就是说，通过将无功电流加到定子电流上。这尤其能够通过使用有源的发电机滤波器来实现，尤其经由将变流器或者逆变器用作为发电机滤波器。
根据本发明，也提出一种用于控制风能设施的发电机的定子电流的方法。在此，发电机也构成为具有定子和转子的无传动装置的同步发电机。所述方法至少包括下述步骤：借助于连接在发电机的定子上的发电机滤波器对发电机的至少一个定子电流进行滤波，其中发电机滤波器具有可变的滤波器性能；并且借助于滤波器控制装置来控制发电机滤波器，以便设定滤波器性能。
在这种情况下并且也在其余实施方式中，对滤波器性能的设定也可以表示：对滤波器性能进行仿真。已经描述的实施方式是对滤波器性能进行仿真的一个实例，根据所述实施方式通过发电机滤波器产生电流并且接入定子电流，所述电流如同连接有无源的滤波器那样表现。
特别地，所述方法使用根据上述实施方式中的至少一个所述的风能设施。风能设施的在上文中描述的实施方式也包含对方法步骤或者方法特性的描述，对此尤其已经阐述：发电机滤波器或滤波器控制装置为此分别设置或配置。提出，根据本发明的方法根据实施方式能够包括这些方法步骤或方法特性。
根据本发明，也提出一种风能设施的发电机滤波器，所述发电机滤波器用于对风能设施的无传动装置的同步发电机的发电机电流进行滤波。这种发电机滤波器包括滤波器端子，所述滤波器端子用于将发电机滤波器连接到无传动装置的发电机的定子电流输出端上，并且发电机滤波器包括滤波器控制装置，所述滤波器控制装置用于控制发电机滤波器，其中发电机滤波器具有可变的滤波器性能。由此，尤其提出一种发电机滤波器，所述发电机滤波器配置用于如根据风能设施的至少一个上述实施方式所描述的那样被控制。
整体上，作为风能设施、发电机滤波器或者用于控制定子电流的方法提出如下解决方案，所述解决方案原则上帮助改进风能设施的无传动装置的同步发电机的运行性能。由此，实现或者辅助噪声降低是这些方面之一。
但是，原则上也能够实现发电机的可控性的改进，因为所提出的解决方案实现对发电机的控制的附加的干预，即对直接控制发电机的转子中的励磁电流附加地。由此，因此例如也能够经由这种附加的控制干预来改进功率产生。差异化地考虑不同的发电机子系统也是可行的，并且能够在不平衡的情况下实现补偿。总的来说，也能够整体上通过附加的干预来更好地设定发电机的工作点。
特别地，也能够有针对性地通过所提出的解决方案来处理所谓的惯性情况或瞬时储备情况，其中从旋转能量中提供瞬时储备。特别地，能够实现对此需要的发电机功率的快速提供。由于通过直接控制转子中的励磁功率来提高励磁功率，能够控制这种功率提高。但是，在此尤其应注意转子对于励磁控制的时间常数，并且这种时间常数例如能够在1秒至2秒的范围中，尤其在1秒至1.5秒的范围中。通过所提出的对有源的发电机滤波器的控制，能够缩短这种时间。通过控制励磁电流所引起的功率提高在此尤其应当被补充。特别地，能够实现该功率的更快的提高，但是其中于是通过提高励磁电流能够尤其好地保持所述提高的输出功率。
结果是，通过上述解决方案尤其可实现声音降低，尤其对于具有两个3相系统的同步发电机也如此。在此，这两个子系统的平衡尤其也有意义。此外，能够实现效率提高。最后，也能够实现对尤其输出功率的更快的控制。
附图说明
接下来示例性地根据实施方式参照附图详细阐述本发明。
图1示出风能设施的立体视图，
图2至4分别在示意性视图中示出具有发电机和发电机滤波器的滤波器电路的构造。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设施100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子106在风能设施运行时通过风置于转动运动从而也驱动吊舱104中的发电机。
图2示出装置200，所述装置尤其示出发电机滤波器202并且示出该发电机滤波器如何与发电机204和整流器206连接。
装置200由此从发电机204开始，所述发电机构成为无传动装置的同步发电机并且具有两个定子子系统208。这两个定子子系统208基本上是相同的，然而相互间在电方面移动30度，所述定子子系统就此而言形成两个发电机子系统。定子子系统208中的每个都具有定子电流输出端210，在所述定子电流输出端上分别输出3相的定子电流IS。每个定子电流简化地用箭头示出，但是其中每个电流IS是3相的从而在各功率中分别流动一相。
每个定子电流于是在整流器206的各一个整流机构212中被整流。在此得出共同的直流电流或共同的直流电压，所述直流电流或直流电压提供给直流电压中间回路214。直流电压中间回路为了平滑和保持其直流电压而包括中间回路电容器216。从直流电压中间回路214的直流电压开始，于是电网逆变器118能够产生所期望的交变电流并且馈入到以符号示出的供电网220中。特别地，网络218继续用于向供电网220馈电在细节上不是关键的，以至于在此视图也是非常简化的。
发电机滤波器202现在具有两个滤波器逆变器222，所述滤波器逆变器分别形成子滤波器。每个滤波器逆变器222连接在各一个定子电流输出端210上从而能够对相关的定子电流进行滤波。
滤波于是进行为，使得测量定子电流输出端210处的电压，这也能够分别通过相关的滤波器逆变器222进行。与此相关地，滤波器逆变器222于是能够产生相应的滤波器电流或滤波器电压并且与定子电流IS相加。为此，分别产生滤波器电流IF，所述滤波器电流在此也3相地构成。每个滤波器电流IF在相应的滤波器连接点224处对相应的定子电流IS产生影响。滤波器连接点224基本上在电流方面与相应的定子电流输出端210相同。由此，滤波器电流IF也作用于发电机204，即作用于相应的定子子系统208。
优选地，以至少通过滤波器电流IF补充的方式，将无功功率分量引导给滤波器连接点224，并且该无功功率分量于是经由定子电流输出端210作用于相关的定子子系统208从而在那里影响发电机204或其表现。
每个滤波器逆变器222能够经由直流电流端子226与直流电压中间回路214连接并且经由此获取直流电流。每个滤波器逆变器222在此也能够作为有反馈能力的整流器设置或者工作并且将直流电流馈入到直流电压中间回路中。
在一个替选的第二设计方案中，替代通向直流电压中间回路214的直流电流端子226，仅各一个电容225连接到滤波器逆变器222的DC侧上，而该电容不与直流电压中间回路连接。滤波器逆变器222于是工作为，使得其在DC侧不输入或输出能量。滤波器逆变器222在这种情况下工作为，使得滤波器电流IF在较长的时间段内既不输入也不输出能量。在短的时间段内，能量能够暂存在连接在DC侧的电容中并且再次从其中输出。图3示出这种情况，图3在其它方面对应于图2。
在一个替选的第三设计方案中，替代通向直流电压中间回路214的直流电流端子226，各一个电容225也连接到滤波器逆变器222的DC侧上，如在第二设计方案中那样，而该电容不与直流电压中间回路214连接。但是，也提出在这两个滤波器逆变器22的所述电容225之间的DC连接，但是所述DC连接不与直流电压中间回路214接触。经由此可能能够补偿这两个定子电流IS或这两个定子子系统208的小的不平衡。图4示出这种情况，图4在其它方面对应于图2。
为了控制发电机滤波器202和尤其滤波器逆变器222，设有滤波器控制装置228，这至少涉及所有三个设计方案。该滤波器控制装置228与这两个滤波器逆变器222通信。由此，滤波器控制装置228也能够依次控制这两个滤波器逆变器222。这两个定子子系统208的平衡或者至少部分的均衡于是能够执行为，使得首先每个滤波器逆变器222检测，即测量相应的定子电流IS。同时，在此也能够检测在每个定子电流输出端210处的相应的输出电压。
基于这些测量一方面能够相应地控制每个单独的滤波器逆变器22，但是另一方面这些数据也能够提供给滤波器控制装置228以共同地并且尤其也以比较的方式进行评估。滤波器控制装置228于是能够给滤波器逆变器22提供相应的控制指示。这些控制指示在此在这两个滤波器逆变器222之间能够是不同的。也考虑，每个滤波器逆变器22部分地执行独立的开环控制或者闭环控制。为此，滤波器控制装置228能够将相应的控制特征曲线传输给相应的滤波器逆变器222。
也考虑如下在图2中未示出的内容：设有其它控制关联性，即一方面设有与励磁控制装置的控制关联性，所述励磁控制装置控制发电机204的励磁电流，但是另一方面也设有与输出控制装置的控制关联性，所述输出控制装置控制电网逆变器218。根据其它实施方式也提出其它例如用于检测直流电压中间回路214中的直流电压的控制连接和评估，但是在图2中未示出。
可以看到，发电机滤波器202通过如下方式能够极其灵活地动作：所述发电机滤波器基本上由两个滤波器逆变器222和一个滤波器控制装置228构造。基本上，由此可以多样地进行滤波和控制，所述滤波和控制能够通过处理器计算机配置和控制。这种控制的实现于是能够通过滤波器逆变器222进行。这种滤波器逆变器222基本上能够是传统的逆变器，所述逆变器针对相应的电压和电流值设计。优选地，使用公差带法，以便由此能够精确地设定滤波器电流IF。
由此，也能够研究出现的效应并且对此规划控制解决方案，所述控制解决方案于是能够以简单的方式和方法通过对滤波器逆变器22的相应的操控来实现。

Claims (17)

1.一种风能设施(100)，所述风能设施包括：
-无传动装置的发电机(204)，其中所述发电机(204)构成为具有定子和转子的同步发电机，
-与所述定子耦联的发电机滤波器(202)，所述发电机滤波器用于对定子电流进行滤波，其中所述发电机滤波器(202)具有可变的滤波器性能，和
-用于控制所述发电机滤波器(202)的滤波器控制装置(228)。
2.根据权利要求1所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-所述发电机滤波器(202)为了改变所述滤波器性能具有可控电容性能，尤其是带有可控电容性能的滤波器部段。
3.根据权利要求1或2所述的风能设施(100)，
其特征在于，
所述发电机滤波器(202)构成为变流器或者逆变器，或者包括变流器或者逆变器。
4.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-所述发电机滤波器设置在所述定子和整流机构之间，所述整流机构用于对所述定子电流整流，并且可选地，
-所述发电机滤波器具有串联连接的电容，使得所述定子电流从所述定子穿过所述电容流至所述整流机构，或者
-所述发电机滤波器配置用于，对这种串联连接的电容进行仿真。
5.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
所述发电机滤波器(202)被控制为，使得
-将所述定子电流改变为，使得所述定子电流在所述发电机(204)中引起更高的输出的功率，尤其使得
-所述定子电流通过所述发电机滤波器(202)具有电容性的无功电流份额，所述无功电流份额引起输出的功率的提高。
6.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-所述发电机滤波器(202)设计用于，对所述定子电流进行滤波，使得降低所述发电机(204)的机械振荡激励，尤其使得
-所述发电机滤波器(202)针对一个频率范围设计，以便对所述定子电流进行滤波，使得降低所述发电机(204)的机械振荡激励，尤其使得
-降低所预期的或者所检测的机械振荡的六次和/或十二次谐波。
7.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-设有用于将发射信号反馈给所述滤波器控制装置(228)的发射反馈装置，其中
-所述发射信号代表从所述发电机(204)发出的发射，尤其噪声发射或者电振荡和/或机械振荡，并且
-所述滤波器控制装置(228)配置用于，根据反馈的发射信号来控制所述发电机滤波器(202)，以便降低从所述发电机(204)发出的发射。
8.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-所述发电机(204)具有多个子发电机系统(208)，尤其两个三相的子定子，以便由此产生六相的定子电流，
-设有电流检测机构，用于检测每个子发电机系统(208)的定子电流并且用于将至少一个表示所述定子电流的电流信号分别传输给所述滤波器控制装置(208)，用于控制所述发电机滤波器(202)，并且其中
-所述滤波器控制装置(228)配置用于，根据所述电流信号来控制所述发电机滤波器(202)，使得所述定子电流之间的差异和/或所述子发电机系统的输出的功率之间的差异最小化，和/或
-所述滤波器控制装置(228)配置用于，根据相应的所述电流信号来控制所述发电机滤波器(202)，使得降低相应的所述子发电机系统(208)内磁化安匝的差异。
9.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-设有用于提供中间回路电压的共同的直流电压中间回路，和
-为所述定子电流或每个定子电流设置有整流机构，以便对所述定子电流整流并且将其输送给共同的直流电压中间回路，并且
-在所述定子和每个整流机构之间设置受控的发电机滤波器或受控的发电机滤波器的受控的子滤波器，以便对相应的所述定子电流进行滤波，以及
-设有至少一个逆变器，所述逆变器在输入端侧与共同的所述直流电压中间回路连接，以便将中间回路电压逆变为三相的电流和电压信号，并且其中
-所述逆变器与供电网耦联，或者配置用于，将所述三相的电流和电压信号馈入到所述供电网中。
10.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-所述滤波器控制装置(228)配置用于，根据所述定子电流来控制所述发电机(204)，尤其使得
-所述滤波器控制装置(228)具有至少一个电流特征曲线，所述电流特征曲线与所述定子电流相关地说明滤波器设定，尤其无功功率值。
11.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-为了控制所述发电机(204)存在多个控制特征曲线或控制规则，并且
-所述滤波器控制装置(228)配置用于，在多个控制特征曲线或控制规则之间进行选择，其中优选每个控制特征曲线构成为电流特征曲线，并且每个电流特征曲线与所述定子电流相关地说明滤波器设定，尤其无功功率值。
12.根据权利要求11所述的风能设施(100)，
其特征在于，
能够从下述列表中的控制特征曲线或者控制规则之间进行选择：
-正常控制特征曲线或者正常控制规则，用于控制所述发电机滤波器(202)，使得所述定子电流具有尽可能小的电流高次谐波，
-噪声控制特征曲线或者噪声控制规则，用于控制所述发电机滤波器(202)，使得降低所述发电机(204)的机械振荡和/或噪声发射，
-均化特征曲线或者均化规定，用于控制所述发电机滤波器(202)，使得子发电机系统(208)彼此间或者本身具有定子电流的尽可能小的电流差异或者功率差异，并且
-惯性特征曲线或者惯性规定，用于控制所述发电机滤波器(202)，使得所述发电机(204)能够实现尽可能快的功率提高。
13.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施(100)，
其特征在于，
-所述滤波器控制装置(228)配置用于，改变所述发电机(204)的工作点，特别地，所述滤波器控制装置(228)配置用于，控制所述发电机滤波器(202)以改变所述发电机的输出电压或者输出的功率。
14.一种用于控制风能设施(100)的发电机(204)的定子电流的方法，其中所述发电机(204)构成为具有定子和转子的无传动装置的同步发电机，所述方法包括下述步骤：
-借助于连接在所述发电机(204)的定子上的发电机滤波器(202)对所述发电机(204)的至少一个定子电流进行滤波，其中所述发电机滤波器(202)具有可变的滤波器性能，并且
-借助于滤波器控制装置(228)来控制所述发电机滤波器(202)，以便设定滤波器性能。
15.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于，
-使用根据权利要求1至13中任一项所述的风能设施(100)，和/或
-将所述发电机滤波器(202)如根据权利要求1至11中至少一项所述的那样控制。
16.一种风能设施的发电机滤波器(202)，所述发电机滤波器用于对所述风能设施(100)的无传动装置的同步发电机(204)的发电机电流进行滤波，所述发电机滤波器包括
-用于将所述发电机滤波器(202)连接到无传动装置的所述发电机(204)的定子电流输出端(210)上的滤波器端子(224)，和
-用于控制所述发电机滤波器(202)的滤波器控制装置(228)，其中所述发电机滤波器(202)具有可变的滤波器性能。
17.根据权利要求16所述的发电机滤波器，
其特征在于，
所述发电机滤波器(202)配置用于，如根据权利要求1至13中至少一项所述的那样地被控制。
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