DE102007028582A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Einspeisung und/oder die Aufnahme von Blindleistung - Google Patents
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Abstract
Eine
Windkraftanlage (10) umfasst einen Rotor (14) mit einer Nabe (20),
mindestens einen mit der Nabe verbundenen Rotorflügel (22)
und eine mit der Nabe verbundene Rotorwelle (26, 28). Die Windkraftanlage
umfasst ebenfalls einen mit der Rotorwelle verbundenen elektrischen
Generator (24) und einen mit dem elektrischen Generator verbundenen
generatorseitigen Frequenzwandler (36), um vom Generator erhaltene
Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung umzuwandeln.
Der generatorseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit einer elektrischen
Last (40) verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser
Funktionen erfüllt: Blindleistung
in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der
elektrischen Last aufzunehmen. Die Windkraftanlage umfasst ebenfalls
einen netzseitigen Frequenzwandler (38), der mit dem generatorseitigen
Frequenzwandler elektrisch verbunden ist, um die vom generatorseitigen
Frequenzwandler empfangene Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung
umzuwandeln. Der netzseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit
der elektrischen Last verbunden und so gestaltet, dass er zumindest
eine dieser Funktionen erfüllt:
Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung
von der elektrischen Last aufzunehmen.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Diese Erfindung bezieht sich generell auf Windturbinen und im Speziellen auf Verfahren und Vorrichtungen für die Einspeisung oder die Aufnahme von Blindleistung im Zusammenhang mit Windturbinen.
- Windenergie wird manchmal dazu genutzt, um mit Hilfe einer Windturbine elektrische Energie zu erzeugen, wobei durch die Drehung eines Rotors ein elektrischer Generator angetrieben wird, der die Windenergie in Rotationsenergie umwandelt. Es kann jedoch vorkommen, dass nicht ausreichend Windenergie zum Antreiben des Rotors vorhanden ist, so dass die Windturbine keine elektrische Energie erzeugt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- In einer Ausführungsform umfasst eine Windturbine einen Rotor mit einer Nabe, mindestens ein mit der Nabe verbundenes Rotorblatt und eine mit der Nabe drehfest verbundene Rotorwelle. Die Windturbine umfasst ebenfalls einen mit der Rotorwelle verbundenen elektrischen Generator und einen generatorseitigen Frequenzwandler, um vom Generator erhaltene Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung umzuwandeln. Der generatorseitige Frequenzwandler ist mit einer elektrischen Last elektrisch verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der e lektrischen Last aufzunehmen. Die Windturbine umfasst ebenfalls einen netzseitigen Frequenzwandler, der elektrisch mit dem generatorseitigen Frequenzwandler verbunden ist, um die vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangene Gleichspannung in Wechselspannung fester Frequenz umzuwandeln. Der netzseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit der elektrischen Last verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen.
- In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren geschaffen, um bei einer Windturbine mit einem elektrischen Generator, einem mit dem elektrischen Generator elektrisch verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler und einem netzseitigen Frequenzwandler, der zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und einer elektrische Last gekoppelt ist, Blindleistung zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren umfasst, Blindleistung unter Verwendung des generatorseitigen und des netzseitigen Frequenzwandlers simultan in die elektrische Last einzuspeisen.
- In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren geschaffen, um bei einer Windturbine mit einem elektrischen Generator, einem mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler und einem netzseitigen Frequenzwandler, der zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und eine elektrische Last gekoppelt ist, Blindleistung zur Verfügung zu stellen.
- Das Verfahren umfasst, unter Verwendung des generatorseitigen und des netzseitigen Frequenzwandlers Blindleistung simultan von der elektrischen Last aufzunehmen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
1 ist eine Perspektive einer exemplarischen Ausführungsform einer exemplarischen Windturbine. -
2 ist ein Schemadiagramm der in1 und2 dargestellten Windturbine. -
3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens illustriert, auf eine Windturbine bezogen Blindleistung zu liefern wie z. B., aber nicht ausschließlich, die in1 und2 dargestellte Windturbine. -
4 ist ein Flussdiagramm, das eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens illustriert, bei einer Windturbine Blindleistung zu liefern wie z. B., aber nicht ausschließlich, die in1 und2 dargestellte Windturbine. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Der Terminus „Rotorblatt" soll hier für jede Vorrichtung stehen, die Blindleistung erzeugt, wenn sie sich in Bewegung relativ zu einem sie umgebenden Fluid befindet. Der Terminus „Windturbine" soll hier für jede Vorrichtung stehen, die Rotationsenergie aus Windenergie erzeugt und die kinetische Windenergie in mechanische Energie umwandelt. Der Terminus „Windgenerator" soll hier für jede Windturbine stehen, die elektrische Energie aus vom Wind generierter Rotationsenergie erzeugt und die aus der kinetischen Windenergie umgewandelte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
-
1 ist eine Perspektive einer exemplarischen Ausführungsform einer exemplarischen Windkraftanlage10 . Die hier beschriebene und dargestellte Windkraftanlage10 ist ein Windgenerator für die Erzeugung von elektrischer Energie aus Windenergie. Die hier beschriebene und dargestellte Windkraftanlage10 weist eine Horizontalachsen-Konfiguration auf. In einigen Ausführungsformen jedoch könnte die Windkraftanlage10 zusätzlich oder alternativ zur Horizontalachsen-Konfiguration eine Vertikalachsen-Konfiguration (nicht dargestellt) enthalten. Die Windkraftanlage10 ist mit einer elektrischen Last gekoppelt (in1 nicht dargestellt) wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einem Stromnetz, einer Energie-Speichervorrichtung, einer Wasserstoffelektrolysationsvorrichtung, und/oder einem Elektromotor, um von diesem Hilfsstrom zu erhalten und/oder von der Windkraftanlage10 erzeugte elektrische Energie dort einzuspeisen. Obwohl nur eine einzige Windkraftanlage10 dargestellt ist, kann in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Windkraftanlagen zusammen gruppiert sein, was manchmal als „Windpark" bezeichnet wird. - Die Windkraftanlage
10 umfasst einen Körper12 , manchmal als „Maschinenhaus" bezeichnet, und einen Rotor (allgemein mit14 bezeichnet), der drehfest mit dem Körper12 um eine Drehsachse16 drehbar verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Maschinenhaus12 auf einem Turm18 montiert. In einigen Ausführungsformen umfasst die Windkraftanlage10 ein Maschinenhaus12 in der Nähe des Bodens oder einer Wasseroberfläche zusätzlich oder alternativ zum auf dem Turm montierten Maschinenhaus. Die Höhe des Turms18 kann jede geeignete Höhe sein, die ermöglicht, dass die Windkraftanlage10 wie hier beschrieben funktioniert. Rotor14 umfasst eine Nabe20 und eine Vielzahl von Rotorblättern22 , manchmal als „Flügel" bezeichnet, die radial von der Nabe20 ausgehen, um die Windenergie in Rotationsenergie umzuwandeln. Obwohl der Rotor14 hier mit drei Rotorblättern22 beschrieben und dargestellt ist, kann Rotor14 eine beliebige Anzahl Rotorblätter22 haben. Jedes der Rotorblätter22 kann jede beliebige Länge haben (egal, ob hier so beschrieben). Zum Beispiel sind in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Rotorblätter22 ungefähr 0,5 m Meter lang, während in anderen Ausführungsformen ein oder mehrere Rotorblätter22 ungefähr 50 Meter lang sind. Weitere Beispiele für die Länge der Rotorblätter22 sind 10 Meter oder weniger, ungefähr 20 Meter, ungefähr 37 Meter und ungefähr 40 Meter. Weitere Beispiele sind Rotorblätter22 mit einer Länge zwischen ungefähr 50 und ungefähr 100 Metern. - Unabhängig davon, wie die Rotorblätter
22 in1 dargestellt sind, kann Rotor14 Rotorblätter22 jeder Form, jeden Typs und/oder jeder Konfiguration haben, egal, ob diese Form oder dieser Typ hier beschrieben und/oder dargestellt ist. Ein Beispiel für einen anderen Typ, eine andere Form und/oder eine andere Konfiguration von Rotorblättern22 ist ein Mantelrotor (nicht dargestellt) mit einer Turbine (nicht dargestellt), die in einem Mantel versehen ist (nicht dargestellt.) Ein weiteres Beispiel eines weiteren Typs, einer weiteren Form und/oder Konfiguration der Rotorblätter22 ist eine Darrieus-Windturbine, manchmal auch als „Schneebesen"-Turbine bezeichnet. Ein weiteres Beispiel eines weiteren Typs, einer weiteren Form und/oder Konfiguration der Rotorblätter22 ist eine Savonius-Windturbine. Ein weiteres Beispiel eines weiteren Typs, einer weiteren Form und/oder Konfiguration der Rotorblätter ist eine traditionelle Windmühle zum Wasserpumpen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, 4-Blatt-Rotoren mit Holzklappen und/oder Stoffsegeln. - Darüber hinaus kann die Windkraftanlage
10 in einigen Ausführungsformen eine Windkraftanlage sein, deren Rotor14 hauptsächlich gegen die Windrichtung ausgerichtet ist, um die Windenergie nutzbar zu machen, und/oder kann eine Windkraftanlage sein, deren Rotor14 hauptsächlich in Windrichtung ausgerichtet ist, um die Windenergie zu nutzen. In einigen Ausführungsformen kann der Rotor14 nicht exakt in Windrichtung oder Gegenwindrichtung ausgerichtet sein, sondern hauptsächlich in einem Winkel (der variieren kann) zur Windrichtung ausgerichtet sein, um die Windenergie nutzbar zu machen. - Mit Bezug auf
2 . umfasst die Windkraftanlage10 einen mit einem Rotor14 verbundenen elektrischen Generator24 für die Erzeugung elektrischer Energie aus der von Rotor14 erzeugten Rotationsenergie. Der Generator24 kann jeder geeignete Typ eines elektrischen Generators sein, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein Induktionsmotor mit Schleifringläufer, ein Permanentmagnetgenerator, ein Synchrongenerator, und/oder ein Käfigläufergenerator (Induktionsgenerator). Der Generator24 umfasst einen Stator (nicht dargestellt) und einen Rotor (nicht dargestellt). Der Rotor14 weit eine drehfest mit der Rotornabe20 verbundene Rotorwelle26 auf. Der Generator24 ist derart mit der Rotorwelle26 verbunden, dass die drehende Rotorwelle26 den Generatorrotors drehend antreibt, und dadurch den Betrieb des Generators24 bewirkt. In der beispielhaften Ausführungsform weist der Rotor des Generators eine mit ihm verbundenen Rotorwelle28 auf, die ebenfalls mit dem Rotorwelle26 verbunden ist, und zwar derart, dass die drehende Rotorwelle26 den Generatorrotor drehend antreibt. In anderen Ausführungsformen ist der Generatorrotor direkt mit der Rotorwelle26 verbunden, was manchmal als Windkraftanlage mit Direktantrieb bezeichnet wird. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Genera torrotorwelle28 mit der Rotorwelle26 durch eine Kupplung30 verbunden, obwohl in anderen Ausführungsformen die Generatorwelle28 direkt mit der Rotorwelle26 verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform hat die Kupplung30 eine mit der Rotorwelle26 verbundene langsam drehende Seite32 und eine mit der Generatorwelle28 verbundene schnell drehende Seite34 . Das Drehmoment des Rotors14 treibt den Generatorrotor an, um durch die Drehung des Rotors14 Wechselspannung variabler Frequenz zu erzeugen. - In der exemplarischen Ausführungsform umfasst die Windkraftanlage
10 einen generatorseitigen Frequenzwandler36 und einen netzseitigen Frequenzwandler38 , was manchmal auch als Doppelkonversions-Windkraftanlagengenerator bezeichnet wird. Der generatorseitige Frequenzwandler36 ist elektrisch mit dem Generator24 verbunden und wandelt von dem Generator24 empfangene Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung um. Der netzseitige Frequenzwandler38 ist mit dem generatorseitigen Frequenzwandler36 verbunden und wandelt von dem generatorseitigen Frequenzwandler36 empfangene Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung um. Der netzseitige Frequenzwandler38 ist außerdem mit einer elektrischen Last40 wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einem Stromnetz, einer Energiespeichervorrichtung, einem Hydrogenelektrolyseur und/oder einem Elektromotor elektrisch verbunden. Unter Bedingungen, bei denen die Windenergie ausreicht, um den Rotor14 drehend anzutreiben und so durch den Betrieb des Generators24 elektrische Energie zu erzeugen, speist der netzseitige Frequenzwandler38 festfrequenten Wechselstrom in die Last40 ein. Der netzseitige Frequenzwandler38 kann auch elektrische Blindleistung von der Last40 aufnehmen bzw. sie in diese einspeisen. Der generatorseitige Frequenzwandler36 und der netzseitige Frequenzwandler38 können jeweils irgend wo in der Windkraftanlage10 oder von ihr entfernt angeordnet sein. Beispielsweise sind in der exemplarischen Ausführungsform der generatorseitige Frequenzwandler36 und der netzseitige Frequenzwandler38 beide in der Basis (nicht dargestellt) des Turms18 angeordnet. - Wie oben erörtert, ist der netzseitige Frequenzwandler
38 elektrisch mit der elektrischen Last40 verbunden, um Blindleistung in die elektrische Last40 einzuspeisen, und um Blindleistung von ihr aufzunehmen. Zusätzlich ist der generatorseitige Frequenzwandler36 elektrisch mit der elektrischen Last40 verbunden, um Blindleistung in die elektrische Last40 einzuspeisen und um Blindleistung von ihr aufzunehmen. Sowohl der netzseitige Frequenzwandler38 und der generatorseitige Frequenzwandler36 sind dafür konfiguriert, Blindleistung in die elektrische Last40 einzuspeisen und um Blindleistung von der elektrischen Last40 aufzunehmen, wenn die Windenergie unter einen vorher festgelegten Schwellenwert fällt, oder wenn der Wunsch besteht, die Einspeisung oder Aufnahme von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler38 während des Betriebes des Generators24 durch den generatorseitigen Frequenzwandler36 zu ergänzen. Der vorher festgelegte Schwellenwert kann jede beliebige Größe haben. Beispielsweise könnte der vorher festgelegte Windenergie-Schwellenwert ein Schwellenwert für die Situation sein, wenn die Windenergie nicht ausreicht, um den Rotor14 drehend anzutreiben, und daher auch nicht ausreicht, um den elektrischen Generator24 zur Erzeugung von elektrischer Energie zu betreiben. Dementsprechend können sowohl der netzseitige Frequenzwandler38 als auch der generatorseitige Frequenzwandler36 verwendet werden, um Blindleistung in die elektrische Last40 einzuspeisen oder aus dieser aufzunehmen, wenn die Windenergie für die Erzeugung von elektrischer Energie bei Ver wendung des Generators24 nicht ausreicht. Beispielsweise kann Blindleistung in die elektrischen Last40 eingespeist oder aus dieser aufgenommen werden, um die Regulierung einer elektrischen Spannung der elektrischen Last40 zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen kann der vorher festgelegte Schwellenwert als Wert gewählt werden, bei dem die Windenergie ausreicht, um den Rotor14 drehend anzutreiben und dadurch unter Verwendung des Generators24 elektrische Energie zu erzeugen, bei dem es aber wünschenswert ist, die vom netzseitigen Frequenzwandler38 erzeugte Blindleistung durch die vom generatorseitigen Frequenzwandler36 erzeugte Blindleistung zu ergänzen. - Der generatorseitige Frequenzwandler
36 und der netzseitige Frequenzwandler38 können mit der elektrischen Last in jeder Art, Weise, Konfiguration und/oder Anordnung elektrisch verbunden sein und jegliche Struktur und/oder Mittel verwenden, die es ihnen ermöglichen, wie hier beschrieben und/oder dargestellt zu funktionieren. Beispielsweise sind in der exemplarischen Ausführungsform der generatorseitige Frequenzwandler36 und der netzseitige Frequenzwandler38 mit der elektrischen Last40 parallel geschaltet wie in2 dargestellt. Darüber hinaus ist in der exemplarischen Ausführungsform in der elektrischen Verbindung zwischen Generator24 und generatorseitigem Frequenzwandler36 ein Schalter42 und in der elektrischen Verbindung zwischen generatorseitigem Frequenzwandler36 und elektrischer Last40 ein Schalter46 elektrisch vorgesehen. Der Schalter42 kann geöffnet werden, um den generatorseitigen Frequenzwandler36 und folglich auch den netzseitigen Frequenzwandler38 vom Generator24 elektrisch zu trenne. Wenn der Schalter42 geschlossen ist, kann elektrische Energie zwischen Generator24 und generatorseitigem Frequenzwandler36 fließen. In einigen Ausführungsformen ist ein Schalter44 in der elektrischen Verbindung zwischen dem netzseitigen Frequenzwandler38 und der elektrischen Last40 angeordnet. Der Schalter44 kann geöffnet werden, um den netzseitigen Frequenzwandler38 und folglich den generatorseitigen Frequenzwandler36 von der elektrischen Last elektrisch zu trennen. Wenn der Schalter44 geschlossen ist, kann elektrische Energie zwischen der elektrischen Last40 und dem netzseitigen Frequenzwandler38 fließen. In anderen Ausführungsformen ist der Schalter44 nicht enthalten. Der Schalter46 kann geöffnet werden, um den generatorseitigen Frequenzwandler36 von der elektrischen Last40 elektrisch zu trennen. Wenn der Schalter46 geschlossen ist und der Schalter44 , wenn vorhanden, ebenfalls geschlossen ist, kann elektrische Energie zwischen der elektrischen Last40 und dem generatorseitigen Frequenzwandler36 fließen. Wenn die Windenergie unter dem vorher festgelegten Schwellenwert liegt, können der generatorseitige Frequenzwandler36 und der netzseitige Frequenzwandler38 benutzt werden, um Blindleistung in die elektrische Last40 einzuspeisen oder von ihr aufzunehmen, und zwar durch Öffnen oder Offenhalten des Schalters42 und Schließen oder Geschlossenhalten des Schalters46 sowie44 , wenn vorhanden. Die Schalter44 und46 sowie44 können, wenn vorhanden, jeder geeignete Schalter sein wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eine Leistungselektronik-Vorrichtung, eine Schaltvorrichtung, ein Trenner und/oder ein Ausschalter. - In einigen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage
10 ein oder mehrere Steuersysteme48 umfassen, die mit einer oder mehreren Komponenten der Windkraftanlage10 zwecks allgemeiner Steuerung des Betriebes der Windkraftanlage10 und/oder einiger oder aller ihrer Komponenten verbunden sind, und zwar ungeachtet ob solche Komponenten hier beschrieben und/oder dargestellt sind. In der exemplarischen Ausführungsform ist/sind das Steuersystem(e)48 im Maschinenhaus12 montiert. Zusätzlich oder alternativ können aber ein oder mehrere Steuerungssysteme48 entfernt vom Maschinenhaus12 und/oder anderen Komponenten der Windturbine10 vorhanden sein. Das/die Steuerungssystem(e)48 kann/können, ohne darauf beschränkt zu sein, für die gesamte Systemüberwachung und -Steuerung verwendet werden, eingeschlossen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, für die Steuerung von Blattanstell- und Drehzahlregulierung, Hochdrehzahlwellen- und Azimutbremsenbetätigung, Gier- und Pumpenbetätigung und/oder Fehlerüberwachung. In einigen Ausführungsformen können alternative verteilte oder zentralisierte Steuerungsarchitekturen Anwendung finden. - Wie in
2 dargestellt, umfasst/umfassen in der exemplarischen Ausführungsform das/die Steuerungssystem(e)48 einen Bus50 oder andere Kommunikationsgeräte zur Informationsübermittlung. Ein oder mehrere Prozessoren52 sind mit Bus50 zwecks Informationsverarbeitung verbunden. Das/die Steuerungssystem(e)48 kann/können auch einen oder mehrere RAM-Arbeitsspeicher54 umfassen und/oder ein oder mehrere andere Speichergeräte56 . Die RAM-Arbeitsspeicher54 und Speichergeräte56 sind mit dem Bus50 verbunden, um Informationen und Anweisungen zu speichern und zu übermitteln, die von dem/den Prozessor(en)52 ausgeführt werden sollen. Die/der RAM-Arbeitsspeicher54 (und/oder auch die Speichergeräte56 , falls vorhanden) können auch verwendet werden, um temporäre Variablen oder andere zwischenzeitliche Informationen während der Ausführung von Anweisungen durch den/die Prozessor(en)52 zu speichern. Das/die Steuerungssystem(e)48 kann auch einen oder mehrere Lesespeicher, ROM58 enthalten und/oder andere mit dem Bus50 verbundene statische Speichergeräte, um statische (d.h. nicht veränderliche) Informationen und Anweisungen für den/die Prozessor(en)52 zu speichern und bereitzustellen. Das/die Eingabe/Ausgabegerät(e)60 kann jede in der Technik bekannte Vorrichtung beinhalten, um Eingabedaten für das/die Steuerungssystem(e)48 bereitzustellen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Eingabedaten bezüglich der elektrischen Last40 und/oder Ausgabedaten bereitstellen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Giersteuerungs-Ausgabedaten, Blattanstellsteuerungs-Ausgabedaten und/oder Schaltersteuerungs-Ausgabedaten für die Steuerung der Schalter42 ,44 und/oder46 . Anweisungen an den Speicher können von einem Speichergerät geliefert werden wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, einer Magnetplatte, einem integriertem Lesespeicher-Schaltkreis (ROM), CD-ROM und/oder DVD, über eine entweder kabelgebundene oder kabellose Fernverbindung, die Zugang zu einem oder mehreren elektronisch zugänglichen Medium/Medien bietet, usw. In einigen Ausführungsformen können fest verdrahtete Schaltkreise anstatt oder in Verbindung mit Softwareanweisungen verwendet werden. Daher ist die Ausführung von Anweisungssequenzen nicht beschränkt auf irgendeine spezifische Kombination von Hardware-Schaltkreisen und Softwareanweisungen, egal, ob hier beschrieben und dargestellt. - Das/die Steuerungssystem(e)
48 kann/können auch ein Sensoreninterface62 beinhalten, das es dem/den Steuerungssystem(en)48 erlaubt, mit jeglichen Sensoren zu kommunizieren. Das Sensoreninterface62 kann beispielsweise sein oder beinhalten: einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler, die analoge Signale in digitale Signale umwandeln, die von dem/den Prozessor(en)52 genutzt werden können. Das/die Steuerungssystem(e)48 kann/können folgendermaßen, aber nicht darauf beschränkt, verbunden sein: elektrisch und/oder optisch mit sowohl dem generatorseitigen Frequenzwandler36 als auch dem netzseiti gen Frequenzwandler38 zwecks deren Steuerung, um elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, in die elektrische Last40 einzuspeisen und/oder elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, von der elektrischen Last40 aufzunehmen. In der exemplarischen Ausführungsform ist/sind Steuerungssystem(e)48 elektrisch verbunden mit den Wandlern36 und38 sowie den Schaltern42 und46 (und44 , wenn vorhanden), um deren Betrieb zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist/sind die Steuerungssystem(e)48 elektrisch und/oder optisch, aber nicht darauf beschränkt, verbunden mit der elektrischen Last40 , um Informationen über Last40 zu empfangen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, operative Parameter und/oder Zustand von Last40 , um den Betrieb der Last40 zu steuern. Beispielsweise empfängt/empfangen in einigen Ausführungsformen das/die Steuerungssystem(e)48 Spannungsdaten oder andere auf die Last40 bezogene Daten, um die Spannung der Last40 unter Verwendung der Wandler36 und/oder38 zu regulieren, egal, ob derartige Daten durch eine direkte Verbindung zwischen Steuerungssystem(en)48 und Last40 empfangen werden wie in der exemplarischen Ausführungsform und/oder durch einen Sensor (nicht dargestellt) durch das Sensoreninterface62 . - Zusätzlich oder alternativ zu den Steuerungssystem(en)
48 können andere Steuerungssysteme (nicht dargestellt) benutzt werden, um den Betrieb der Last40 und/oder den Betrieb der Wandler36 und38 zu steuern, um elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, in die elektrische Last40 einzuspeisen und/oder elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, von der elektrischen Last40 aufzunehmen. Derartige andere Steuerungssysteme beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, ein oder mehrere mit anderen Windkraftanlagen (nicht dargestellt) verbundene Steuerungssysteme, ein oder mehrere zentralisierte Steuerungssysteme für einen Windpark und/oder ein oder mehrere mit der Last40 verbundene Steuerungssysteme. -
3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens100 darstellt, um Blindleistung mit Bezug auf eine Windkraftanlage bereitzustellen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, die Windkraftanlage10 , dargestellt in den1 und2 . Obwohl das Verfahren100 hier mit Bezug auf nur eine Windkraftanlage10 beschrieben und dargestellt wird, ist das Verfahren100 auf jeden Windgenerator anwendbar. Das Verfahren100 umfasst die simultane Einspeisung102 von Blindleistung in die elektrische Last40 , s.2 , unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers (36 , s.2 ) und des netzseitigen Frequenzwandlers (38 , s.2 ), wenn die Windenergie unter dem oben erörterten vorher festgelegten Schwellenwert bezüglich2 liegt oder wenn man die Einspeisung von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler38 während des Betriebes von Generator24 durch Verwendung von Blindleistung vom generatorseitigen Frequenzwandler36 ergänzen möchte. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Steuerungssystem(e) (48 , s.2 ) und/oder andere Steuerungssysteme wie beispielsweise, aber ausschließlich, ein oder mehrere mit anderen Windturbinen (nicht dargestellt) verbundene Steuerungssysteme, ein oder mehrere zentralisierte Steuerungssysteme für einen Windpark und/oder ein oder mehrere mit der Last40 verbundene Steuerungssysteme benutzt werden, um die Einspeisung102 von Blindleistung in die Last40 zu ermöglichen. Obwohl das Verfahren100 in der exemplarischen Ausführungsform Blindleistung in die Last40 auf jede Art und Weise, in jeder Konfiguration und/oder Anordnung und/oder unter Verwendung jeglichen Verfahrens und/oder Struktur bzw. jeglichen Verfahrens und/oder Mittels einspeisen102 kann, umfasst das Verfahren100 , den generatorseitigen Frequenzwandler36 vom Generator (24 , s.2 ) elektrisch zu isolieren, indem der Schalter (42 , s.2 ) geöffnet oder offen gehalten wird. Der Schalter (46 , s.2 ) und der Schalter (44 , s.2 ), wenn vorhanden, sind geschlossen oder bleiben geschlossen, um Blindleistung in die Last40 einzuspeisen. In einigen Ausführungsformen wird die in die elektrische Last40 eingespeiste Blindleistung genutzt, um die Regulierung104 einer Spannung der elektrischen Last40 zu ermöglichen. -
4 ist ein Flussdiagramm, das eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens200 für die Bereitstellung von Blindleistung bezogen auf eine Windkraftanlage darstellt, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, die in1 und2 dargestellte Windkraftanlage10 . Obwohl das Verfahren200 hier mit Bezug auf eine Windkraftanlage10 beschrieben und dargestellt wird, ist es auf jeden Windgenerator anwendbar. Das Verfahren200 umfasst die simultane Aufnahme202 von Blindleistung von der elektrischen Last (40 , s.2 ) unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers (36 , s.2 ) und des netzseitigen Frequenzwandlers (38 , s.2 ), wenn die Windenergie unter dem oben erörterten vorher festgelegten Schwellenwert bezogen auf2 liegt oder wenn man die Aufnahme von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler38 während des Betriebes des Generators24 durch Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers36 ergänzen möchte. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Steuerungssystem(e) (48 , s.2 ) und/oder andere Steuerungssysteme wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein oder mehrere mit anderen Windkraftanlagen (nicht dargestellt) verbundene Steuerungssysteme, ein oder mehrere zentralisierte Steuerungssysteme für einen Windpark und/oder ein oder mehrere mit Last40 verbundene Steuerungssysteme benutzt werden, um die Einspeisung102 von Blindleistung in Last40 zu ermöglichen. - Obwohl das Verfahren
200 in der exemplarischen Ausführungsform Blindleistung von der Last40 auf jede Art und Weise, in jeder Konfiguration und/oder Anordnung und/oder unter Verwendung jeglichen Verfahrens und/oder Struktur bzw. jeglichen Verfahrens und/oder Mittels aufnehmen202 kann, umfasst das Verfahren200 , den generatorseitigen Frequenzwandler36 vom Generator (24 , s.2 ) elektrisch zu isolieren, indem der Schalter (42 , s.2 ) geöffnet oder offen gehalten wird. Der Schalter (46 , s.2 ) und der Schalter (44 , s.2 ), wenn vorhanden, sind geschlossen oder bleiben geschlossen, um Blindleistung von der Last40 aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen wird die von der elektrischen Last40 aufgenommene Blindleistung genutzt, um die Regulierung204 einer Spannung der elektrischen Last40 zu ermöglichen. - Exemplarische Ausführungsformen werden hier im Detail beschrieben und/oder dargestellt. Die Ausführungsformen sind nicht auf die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Komponenten und Ablaufschritte jeder Ausführungsform unabhängig und getrennt von anderen hier beschriebenen Komponenten und Ablaufschritten genutzt werden. Jede Komponente und jeder Ablaufschritt kann auch in Kombination mit anderen Komponenten und Ablaufschritten verwendet werden.
- Eine Windkraftanlage
10 umfasst einen Rotor14 mit einer Nabe20 , mindestens einen mit der Nabe verbundenes Rotorflügel2 und eine mit der Nabe verbundene Rotorwelle26 ,28 . Die Windkraftanlage umfasst ebenfalls einen mit der Rotorwelle verbundenen elektrischen Generator24 und einen mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler36 , um vom Generator erhaltene Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung umzuwandeln. Der generatorseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit einer elektrischen Last40 verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen. Die Windkraftanlage umfasst ebenfalls einen netzseitigen Frequenzwandler38 , der mit dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrische verbunden ist, um die vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangene Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung umzuwandeln. Der netzseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit der elektrischen Last verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen. - Wenn hier beschriebene oder dargestellte Elemente, Komponenten usw. vorgestellt werden, sollen die Wörter „ein", „das", „das genannte" und „zumindest ein" bedeuten, dass es sich um ein oder mehrere Elemente, Komponenten usw. handelt. Die Begriffe „umfassen", „beinhalten" und „haben" sind einschließend gemeint und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente, Komponenten usw. außer den aufgeführten Elementen, Komponenten usw. geben kann.
- Während die Erfindung bezogen auf verschiedene spezifische Ausführungsformen beschrieben wird, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung im Geist und Anwendungsbereich der Ansprüche modifiziert angewendet werden kann.
Claims (21)
- Windkraftanlage, umfassend: einen Rotor, mit einer Nabe, mindestens einem mit dieser Nabe verbundenen Rotorflügel und einer mit der Nabe drehfest verbundenen Rotorwelle; einen mit der Rotorwelle verbundenen elektrischen Generator; einen mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler für die Umwandlung von vom elektrischen Generator empfangenen Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung, wobei dieser generatorseitige Frequenzwandler elektrisch mit einer elektrischen Last verbunden und derart gestaltet ist, dass er zumindest eine der folgenden Funktionen erfüllt: Einspeisen von Blindleistung in die elektrische Last und Aufnehmen von Blindleistung von der elektrischen Last; einen mit dem generatorseitigen Frequenzwandler verbundenen netzseitigen Frequenzwandler für die Umwandlung von vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangener Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung, wobei der netzseitige Frequenzwandler mit der elektrischen Last elektrisch verbunden und derart gestaltet ist, dass er zumindest eine der folgenden Funktionen erfüllt: Einspeisen von Blindleistung in die elektrische Last und Aufnehmen von Blindleistung von der elektrischen Last.
- Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der generatorseitige Frequenzwandler und der netzseitige Frequenzwandler mit der elektrischen Last parallel geschaltet sind.
- Windkraftanlage nach Anspruch 1, die ferner einen Schalter aufweist, der elektrisch in der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Generator und dem generatorseitigen Frequenzwandler angeordnet ist, um wahlweise den elektrischen Generator von dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrisch zu trennen.
- Windkraftanlage nach Anspruch 1, die ferner einen Schalter aufweist, der elektrisch in der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Last und dem generatorseitigen Frequenzwandler angeordnet ist, um wahlweise die elektrische Last von dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrisch zu trennen.
- Windkraftanlage nach Anspruch 1, die ferner einen Prozessor aufweist, der mit dem generatorseitigen Frequenzwandler und dem netzseitigen Frequenzwandler verbunden ist.
- Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor für die simultane Einspeisung von Blindleistung von dem generatorseitigen Frequenzwandler und dem netzseitigen Frequenzwandler in die elektrische Last eingerichtet ist.
- Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor für die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers eingerichtet ist.
- Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor mit der elektrischen Last verbunden und so eingerichtet ist, dass er die Spannung der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers reguliert.
- Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein elektrisches Netz ist.
- Verfahren für die Bereitstellung von Blindleistung, bezogen auf eine Windkraftanlage mit einem elektrischen Generator, einem mit dem elektrischen Generator elektrisch verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler und einem zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und eine elektrische Last angeordneten netzseitigen Frequenzwandler, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last unter Nutzung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last, wenn die Windenergie unter einem vorher festgelegten Schwellenwert liegt, umfasst, oder die Ergänzung der Einspeisung von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler bei Betrieb des elektrischen Generators unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last die simultane Einspeisung von Blindleistung in ein elektrisches Netz umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers die parallele Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last vom generatorseitigen Frequenzwandler und vom netzseitigen Frequenzwandler umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein elektrisches Netz ist, und dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last die Regulierung einer Spannung des elektrischen Netzes umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, das ferner die elektrische Trennung des generatorseitigen Frequenzwandlers vom elektrischen Generator umfasst.
- Verfahren für die Bereitstellung von Blindleistung, bezogen auf eine Windkraftanlage mit einem elektrischen Generator, einem mit dem elektrischen Generator elektrisch verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler und einem zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und eine elektrische Last angeordneten netzseitigen Frequenzwandler, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elekt rischen Last, wenn die Windenergie unter einem vorher festgelegten Schwellenwert liegt, umfasst, oder die Ergänzung der Einspeisung von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler bei Betrieb des elektrischen Generators unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last die simultane Aufnahme von Blindleistung von einem elektrischen Netz umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers die parallele Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last durch den generatorseitigen Frequenzwandler und den netzseitigen Frequenzwandler umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein elektrisches Netz ist, und dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last die Regulierung einer Spannung des elektrischen Netzes umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 16, das ferner die elektrische Isolierung des generatorseitigen Frequenzwandlers von dem elektrischen Generator umfasst.
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