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Die
Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruches 1.
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Windenergieanlagen
sind weithin bekannt und werden vermehrt zur Gewinnung elektrischer Energie
eingesetzt. Nicht zuletzt wegen der derzeit bestehenden Diskussion
um eine angestrebte Reduzierung des Kohlendioxidausstoßes und
aufgrund der stetig steigenden Kosten für fossile Brennstoffe gewinnen
Windenergieanlagen als Möglichkeit
zur Erzeugung von sogenannter „alternativer
Energie” auch
weiterhin stets an Bedeutung.
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Typische
Windenergieanlagen verfügen über einen
Rotor, der von anströmendem
Wind in eine Drehbewegung versetzt wird. Dieser Rotor ist mechanisch
mit einem Generator verbunden und treibt diesen an. Dieser Antrieb
kann beispielsweise über eine
Welle und ein Getriebe erfolgen, ebenso gut aber auch getriebelos,
wie dies zum Teil bei am Markt befindlichen Windenergieanlagen umgesetzt
ist. Der Generator einer Windenergieanlage ist typischerweise mit
einem Frequenzumrichter verbunden, der für eine gezielte Umwandlung
des von dem Generator in einer Primärfrequenz erzeugten Dreh- bzw.
Wechselstroms in eine für
eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz
vorgegebene Netzfrequenz Sorge trägt.
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Entsprechend
sind die Frequenzumrichter bekannter Windenergieanlagen dazu ausgelegt,
die von dem Generator der Windenergieanlage erzeugte Energie auf
eine Ausgabe- bzw. Sekundärfrequenz umzurichten,
die gleich der Haupt-Netzfrequenz
an ihrem Aufstellungsort ist. Diese Haupt-Netzfrequenz ist letztlich
gleichzusetzen mit der Frequenz in einem öffentlichen Stromversorgungsnetz
bzw. der Frequenz des Stromversorgungsnetzes des öffentlichen Hauptanbieters
am Aufstellungsort. in Deutschland und Europa ist die Netzfrequenz
in den Hauptversorgungsnetzen mit 50 Hz angegeben, in Nordamerika hingegen
wird die Netzfrequenz bei 60 Hz gehalten. Entsprechend sind die
Frequenzumrichter von in Deutschland bzw. in Europa aufgestellten
Windenergieanlagen eingerichtet, elektrische Energie bei einer Sekundärfrequenz
von 50 Hz auszugeben, in Nordamerika wird die von den Generatoren
der Windenergieanlagen erzeugte elektrische Energie von dem jeweiligen
Frequenzumrichter auf 60 Hz Netzfrequenz umgerichtet.
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Insoweit
sind heutige Windenergieanlagen vergleichsweise unflexibel in ihren
Einspeisemöglichkeiten.
Sie sind stets darauf ausgerichtet, in das große, öffentliche Netz einzuspeisen,
weitere Einspeisemöglichkeiten
sind ihnen verschlossen.
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Hier
soll mit der Erfindung Abhilfe geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß ist für eine Windenergieanlage
der eingangs genannten Art also vorgesehen, dass der Frequenzumrichter
eingerichtet ist, den Dreh- oder Wechselstrom mit der Primärfrequenz
zu einem Dreh- oder Wechselstrom mit einer Sekundärfrequenz
umzurichten, die von einer in dem öffentlichen Stromversorgungsnetz
am Aufstellungsort der Windenergieanlage verwendeten Haupt-Netzfrequenz verschieden
ist. Vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 6 angegeben.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung dahingehend,
dass die Windenergieanlage einen Frequenzumrichter erhält, der
eingerichtet ist, um elektrische Energie mit einer anderen Frequenz
als der Hauptnetzfrequenz am Aufstellungsort (z. B. 50 Hz Netzfrequenz
in Europa bzw. 60 Hz Frequenz in Nordamerika) auszugeben, kann die
erfindungsgemäße Windenergieanlage
auch genutzt werden, um in andere als diese öffentlichen Netze einzuspeisen. So
unterhält
z. B. die deutsche Bahn ein eigenes Stromversorgungsnetz zur Versorgung
der Zugmaschinen während
des Fahrbetriebes wie auch zur Versorgung anderer elektrischer Verbraucher.
Anders als das öffentliche
Netz in Europa wird dieses Netz als 110 KV-Netz mit einer Frequenz
von 16,7 Hz (ehemals 16 2/3 Hz) betrieben. Auch in anderen Ländern besitzen
die dortigen Bahnunternehmen eigene Stromnetze mit von 50 bzw. 60
Hz abweichender Taktung. Zudem gibt es auch andere Industrieunternehmen
mit eigenständigen,
hinsichtlich des Frequenzlaufes vom öffentlichen Netz weitgehend
entkoppelten Versorgungsnetzen, die bei einer anderen Netzfrequenz
als der ansonst im Hauptnetz üblichen (z.
B. 50 Hz in Europa, 60 Hz in den USA) betrieben werden.
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Hier
eröffnet
die Erfindung also einen Zugang, über den mittels Windkraft erzeugte
elektrische Energie (auch als „Windenergie” bezeichnet)
in eben diese Netze eingespeist werden kann.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Frequenzumrichter mit
Vorteil zur Ausgabe unterschiedlicher Sekundärfrequenzen eingerichtet sein. Dabei
ist es zwar von hohem Vorteil, jedoch nicht unbedingt erforderlich,
dass eine der Sekundärfrequenzen
mit der am Aufstellungsort der Windenergieanlage verwendeten Haupt-Netzfrequenz übereinstimmt. Der
Vorteil einer wie in Anspruch 2 gekennzeichneten Windenergieanlage
liegt vielmehr darin, dass sie noch flexibler an unterschiedliche
Abnehmernetze und die dort bestehenden Netzfrequenzen angepasst werden
kann.
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Weist
die erfindungsgemäße Windenergieanlage
gar zwei vollständige
Frequenzumrichter auf, die jeweils zur Umrichtung in unterschiedliche
Sekundärfrequenzen
eingerichtet sind (von denen nicht notwendigerweise eine mit der
Hauptnetzfrequenz am Aufstellungsort der Windenergieanlage übereinstimmen
muss), so kann die Windenergieanlage insgesamt noch flexibler eingesetzt
werden. Insbesondere ist es möglich,
diese gleichzeitig an zwei verschiedene Stromnetze mit unterschiedlichen
Frequenzen anzuschließen,
z. B. in Deutschland an das öffentli che,
mit 50 Hz betriebene Stromnetz und zugleich auch an das bahninterne,
bei 16,7 Hz laufende Netz (vgl. auch Anspruch 4).
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Ist
die Windenergieanlage mit ihren Frequenzumrichtern in einer solchen
Weise an zwei unterschiedliche Netze angeschlossen, so ist es weiterhin
von Vorteil, wenn die Frequenzumrichter so verschaltbar sind, dass
sie als Netzfrequenzumrichter zum Umrichten zwischen den beiden
Netzen zusammengeschlossen werden können. Insoweit kann die Windenergieanlage,
genauer können
die darin angeordneten Wechselrichter auch als einfache Umrichterstation
zum Verschieben von Energie zwischen den Netzen verwendet werden.
Die bei einer erfindungsgemäß in der
vorteilhaften Weiterbildung ohnehin mit zwei Frequenzumrichtern
ausgestattete Windenergieanlage, die zur Einspeisung in beide Netze
eingerichtet ist, und dies prinzipiell auch gleichzeitig tun kann,
kann insoweit als Umrichterstation zum Umrichten zwischen den Netzen
verwendet werden, ohne dass hier etwa weiterer Aufwand zum Aufbau
einer solchen Station zu betreiben wäre. Durch eine solche Maßnahme kann
am Beispiel einer Verbindung zwischen dem internen Stromnetz der deutschen
Bahn und dem öffentlichen
Netz immer dann, wenn in dem Bahn-Netz ein Überschuss an Energie anfällt (beispielsweise
durch Leistungspulse aufgrund von in bremsenden Zügen aus
der kinetischen in elektrische Energie umgesetzter Energie), diese
Energie in das öffentliche
Netz überführt und eingespeist
werden. In umgekehrter Schlussfolgerung kann immer dann, wenn im
Bahnnetz der Energiebedarf das Angebot übersteigt, Energie aus dem öffentlichen
Netz in das Bahnnetz verschoben werden, wobei für jeden solchen „Energietransfer” die erfindungsgemäße Windenergieanlage
mit ihren beiden Frequenzumrichtern als Netzfrequenzumrichter dient.
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Wenn,
was die erfindungsgemäße Windenergieanlage
in ihrer Ausgestaltung mit zwei Frequnzumrichtern mit Vorteil kann,
diese zur gleichzeitigen Einspeisung in zwei Netze unterschiedlicher
Netzfrequenz betrieben werden soll, so ist es von Vorteil, wenn
die Windenergieanlage auch noch eine Steuerung aufweist, die zur
anteilsmäßig vorgebbaren,
aktiven Aufteilung der von dem Generator der Windenergieanlage insgesamt
erzeugten elektrischen Energie auf die wenigstens zwei Frequenzumrichter
eingerichtet ist. Auf diese Weise kann gesteuert und genau vorgegeben
werden, welcher Anteil der Energie in welches Netz einzuspeisen
ist.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung sollte bereits klar geworden sein,
dass die erfindungsgemäß ausgebildete
Windenergieanlage eine deutliche Erhöhung in der Flexibilität der Anwendung
bietet. Dies gilt umso mehr, wenn die Windenergieanlage einen in
der Sekundärfrequenz
einstellbaren oder sogar zwei mit unterschiedlich einstellbarer
Sekundärfrequenz
arbeitende Umrichter enthält,
wobei diese dann nicht zwingend auf der Hauptnetzfrequenz arbeiten
müssen,
dies jedoch mit einem der Frequenzumrichter in vorteilhafter Weise
tun.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten Figuren.
Dabei zeigen:
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1 eine stark schematisierte Darstellung eines
Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage
mit den erfindungswesentlichen Elementen;
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2 eine der Darstellung in 1 vergleichbare
Schemadarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage;
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3 eine der Darstellung in 1 vergleichbare
Schemadarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage;
und
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4 eine der Darstellung in 1 vergleichbare
Schemadarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage.
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In
den Figuren sind vier Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäß aufgebauter
Windenergieanlagen in stark schematisierter Darstellung unter Skizzierung
der erfindungswesentlichen Elemente gezeigt.
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In 1, die ein erstes Ausführungsbeispiel darstellt, ist
mit 1 der Rotor einer Windenergieanlage angedeutet, der über einen
Antriebsstrang 2 mit einem Generator 3 verbunden
ist. Der Antriebsstrang 2 kann dabei z. B. durch eine Welle oder
mehrere Wellen mit zwischengeschalteten Getrieben gebildet sein.
Ebenso gut kann der Antriebsstrang 2 jedoch gebildet sein
durch die unmittelbar an einem Ringgenerator angreifende rotierende
Nabe des Rotors oder ein entsprechendes Paar von Verzahnungen. Mit
anderen Worten ist der Antriebsstrang 2 gebildet durch jedwedes
Mittel zur Übertragung
der Kraft bzw. mechanischen Energie des Rotors 1 auf den
Generator 3.
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Die
von dem Generator 3 erzeugte elektrische Energie liegt
in Form eines Wechselstroms vor, der über eine entsprechende Zuleitung
auf einen Gleichrichter 4 gegeben wird. Dieser Gleichrichter 4 kann
grundsätzlich
ein passiver Gleichrichter in Form z. B. einer einfachen Diodenbrücke sein,
er kann aber auch aktiv und ansteuerbarer sein und hierfür z. B.
Thyristoren oder dgl. Elemente enthalten. Die gleichgerichtete Spannung
wird von dem Gleichrichter 4 in einen Zwischenkreis 5 gegeben,
der wiederum mit dem Eingang eines Wechselrichters 6 verbunden
ist, der aus der Gleichspannung im Zwischenkreis 5 eine
Wechselspannung mit vorgegebener bzw. vorgebbarer Frequenz generiert.
Der Ausgang des Wechselrichters 6 ist auf ein Stromnetz 7 gelegt, in
welches die von dem Wechselrichter 6 abgegebene elektrische
Energie eingespeist wird.
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Der
Gleichrichter 4, der Zwischenkreis 5 und der Wechselrichter 6 bilden
zusammen genommen eine Frequenzumrichter, mit dem die vom Generator ausgegebene
Wechselspannung einer ersten Frequenz in eine Wechselspannung einer
vorgegebenen zweiten Frequenz zur Einspeisung in das Stromnetz 7 umgerichtet
wird.
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In 1 ist ferner eine Steuerung 8 dargestellt,
die gemäß der hier
gewählten
Darstellung steuernd und/oder regelnd auf den Generator 3,
den Gleichrichter 4 und den Wechselrichter 6 Einfluss nimmt.
Mit der Steuerung 8 wird insbesondere die Ausgabeleistung
der Windenergieanlage gesteuert bzw. geregelt.
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Sofern
jedoch der Gleichrichter 4 ein passiver Gleichrichter ist,
z. B. gebildet durch eine einfache Diodenbrücke, kann auf diesen naturgemäß kein unmittelbarer
Einfluss ausgeübt
werden, so dass dann die Steuerung nur noch Einfluss auf den Generator 3 und
den Wechselrichter 6 nimmt.
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Schließlich ist
in 1 ein Energiespeicher 9 angedeutet,
der zum Speichern von in dem Zwischenkreis 5 vorhandener, überschüssiger Energie geeignet
ist und diese zu Zeiten eines hohen Ausgabebedarfs und geringerer
Einspeisung von dem Generator 3 wieder in den Zwischenkreis 5 abgeben kann.
Ein solcher Energiespeicher kann optional verwendet werden, er ist
für die
Ausbildung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage
nicht zwingend erforderlich. Der Energiespeicher kann dabei jede
im Stand der Technik grundsätzlich
bekannte Form annehmen, z. B. in Form eines Akkumulators bzw. mehrerer
solcher Akkumulatoren oder in Form eines Kondensators, insbesondere
eines sogenannten CAP-Kondensators
bzw. mehrerer solcher Kondensatoren. Grundsätzlich ist es hier auch möglich, Energie
z. B. durch Hydrolyse von Wasser chemisch zu speichern und bei Bedarf
durch chemische Umwandlung z. B. in einer Brennstoffzelle wieder
dem Zwischenkreis 5 zur Verfügung zu stellen. Es sind hierbei wie
bereits erwähnt
jegliche Formen der Zwischenspeicherung von elektrischer Energie
möglich.
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Grundsätzlich ist
die in 1 schematisch dargestellte
Windenergieanlage vom prinzipiellen Aufbau gestaltet wie übliche Windenergieanlagen bekannter
Formen auch. Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Windenergieanlagen
besteht in der Einrichtung des Frequenzumrichters, gebildet durch
den Gleichrichter 4, den Zwischenkreis 5 und den
Wechselrichter 6. Wo dieser bei herkömmlichen Windenergieanlagen
so eingestellt und eingerichtet ist, dass er (am Wechselrichter 6)
eine Ausgabefrequenz hat, die mit der Frequenz des Stromversorgungsnetzes
(zumeist öffentlich)
am Aufstellungsort der Windenergieanlage übereinstimmt (in Deutschland
und Europa liegt diese bei 50 Hz, in Nordamerika bei 60 Hz), ist
die erfindungsgemäße Windenergieanlage,
genauer ist deren Frequenzumrichter so gebildet, dass er bewusst
eine von dieser Frequenz abweichende Ausgabefrequenz aufweist. Damit
ist die erfindungsgemäße Windenergieanlage
gezielt dazu eingerichtet, nicht etwa in das Hauptversorgungsnetz
mit der Hauptnetzfrequenz einzuspeisen, sondern ermöglicht eine
Versorgung anderer, unabhängiger
Netze mit abweichenden Frequenzen, wie z. B. des bahneigenen Stromnetzes
der Deutschen Bahn, das bei 16,7 Hz Netzfrequenz betrieben wird.
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Die
erfindungsgemäße, in 1 skizzierte Windenergieanlage kann dabei
so eingerichtet sein, dass z. B. über die Steuerung 8 die
Ausgabefrequenz des Wechselrichters 6 und damit die Frequenzausgabe
des Frequenzumrichters variabel gestaltet werden kann, um die Windenergieanlage
z. B. über
einen hier nicht dargestellten Schalter mit der Ausgabe des Wechselrichters 6 auf
unterschiedliche Stromnetze 7 legen zu können, z.
B. bedarfsgemäß auf das öffentliche
Netz mit der Hauptnetzfrequenz oder auf ein unabhängiges Netz
mit von der Hauptnetzfrequenz abweichender Netzfrequenz.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt, welches in wesentlichen Elementen mit dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel übereinstimmt.
So weist auch diese Windenergieanlage zunächst einen Rotor 1 auf,
der über
einen wie oben erläuterten
Antriebsstrang 2 mit dem Generator 3 verbunden
ist. Der Generator 3 ist elektrisch mit seinem Ausgang
auf einen Gleichrichter 4 eines Frequenzumrichters gelegt,
wobei der Ausgang des Gleichrichters 4 in einen Zwischenkreis 5 führt. Mit dem
Zwischenkreis 5 verbunden ist ein optionaler Energiespeicher 9;
gleichsam ist auch wieder eine Steuerung 8 vorhanden, die
den Generator 3, ggf. den Gleichrichter 4 (sofern
dieser ein aktives Element enthält)
und die beiden Wechselrichter 61 und 62 ansteuert.
Hier wird auch bereits der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
deutlich, wo im ersten Ausführungsbeispiel
ein einziger Wechselrichter in dem Frequenzumrichter enthalten war,
weist dieser nun zwei getrennte Wechselrichter 61 und 62 auf,
die mit ihren Ausgängen
an unterschiedliche Stromnetze angeschlossen sind. Der Wechselrichter 61 mündet in
dem Stromnetz 71; der Wechselrichter 62 mündet in
dem Stromnetz 72. Insoweit kann hier auch von zwei Frequenzumrichtern
gesprochen werden.
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Der
Frequenzumrichter der Windenergieanlage gemäß 2 besteht
also aus dem Gleichrichter 4, dem Zwischenkreis 5 und
aus den beiden Wechselrichtern 61 und 62. Die
beiden Wechselrichter 61 und 62 sind dabei bevorzugt
so ausgelegt und eingestellt, dass sie unterschiedliche Ausgabefrequenzen
haben zur Versorgung von Stromnetzen 71 und 72 mit
unterschiedlicher Betriebsfrequenz. So kann z. B. der Wechselrichter 61 elektrischen
Wechselstrom in das Stromnetz 71 mit der Hauptnetzfrequenz
am Aufstellungsort der Windenergieanlage (z. B. in Europa 50 Hz)
einspeisen, der Wechselrichter 62 kann Wechselstrom einer
alternativen Frequenz (in Deutschland z. B. mit der Frequenz 16,7
Hz für das
Bahnnetz) in ein anderes Stromnetz 72 einspeisen. Grundsätzlich kann
dies zeitgleich erfolgen, wobei die in dem Zwischenkreis 5 enthaltene
Energie aufgeteilt wird und jeder der Wechselrichter 61, 62 einen
entsprechenden Anteil der Energie für die Einspeisung in das zugehörige Stromnetz 71 bzw. 72 wechselrichtet
und insoweit für
die Zielfrequenz „aufbereitet”. Gesteuert
wird dies durch die Steuerung 8, die entsprechend die Wechselrichter 61 und 62 ansteuert
für einen
gezielten Durchlass bzw. eine gezielte Abgabe einer gewissen Energiemenge
in die zugehörigen
Stromnetze 71 und 72.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage
ist in 3 gezeigt. Auch hier ist die
Windenergieanlage in wesentlichen Teilen wieder grundsätzlich gleichartig
aufgebaut wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, so dass auf
diese hinsichtlich der genaueren und ausführlicheren Darstellung Bezug
genommen werden kann.
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Auch
bei dieser Windenergieanlage ist ein Rotor 1 über einen
Antriebsstrang 2 mit dem Generator 3 verbunden,
wobei eine Steuerung 8 u. a. auf den Generator 3 Einfluss
nimmt.
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Anders
als in den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen
wird die Ausgangsleistung des Generators nicht auf einen einzelnen
Gleichrichter gegeben, sondern auf insgesamt vier Gleichrichter 41, 42, 43 und 44,
denen über
jeweils einen eigenen Zwischenkreis 51, 52, 53 und 54 ein
eigener Wechselrichter 63, 64, 65 bzw. 66 zugeordnet
ist. Allerdings sind die Zwischenkreise 51 und 53 sowie 52 und 54 paarweise
elektrisch miteinander verbunden. Von den Wechselrichtern 63, 64 und 65, 66 sind
die beiden erstgenannten mit einem ersten Stromnetz 71 und
die beiden zweitgenannten mit einem zweiten Stromnetz 72 verbunden
und können
in das jeweilige Netz einspeisen.
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Bei
dieser Beschaltung sind gleichermaßen zwei voneinander galvanisch
getrennte Frequenzumrichter gebildet, von denen ein erster aus den
beiden Gleichrich tern 41 und 43, den Zwischenkreisen 51 und 53 sowie
den Wechselrichtern 63 und 65 gebildet ist. Der
zweite Frequenzumrichter in diesem System setzt sich entsprechend
zusammen aus den Gleichrichtern 42 und 44, den
Zwischenkreisen 52 und 54 sowie den Wechselrichtern 65 und 66.
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Beide
der oben genannten aus den einzelnen Elementen zusammengestellten
Frequenzumrichter können
in beide Stromnetze 71 und 72 einspeisen, der
zuerst genannte Frequnzumrichter über den Wechselrichter 63 in
das Stromnetz 71 und über den
Wechselrichter 65 in das Stromnetz 72, der zweitbeschriebene
Frequenzumrichter über
den Wechselrichter 64 in das Stromnetz 71 und über den Wechselrichter 66 in
das Stromnetz 72. Um hier die Zwischenkreise 51 und 53 bzw. 52 und 54 der
beiden galvanisch voneinander getrennten Frequenzumrichter optional
mit einem Energiespeicher zu verbinden sind zwei solcher Energiespeicher
erforderlich. Diese sind hier eingezeichnet als Energiespeicher 91,
der mit den Zwischenkreisen 51 und 53 in Verbindung steht,
sowie Energiespeicher 92, der mit den verbleibenden Zwischenkreisen 52 und 54 verbunden
ist.
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Die
Variante gemäß 3, die den Vorteil einer galvanischen
Trennung zwischen zwei getrennt ausgebildeten Frequenzumrichtern
aufweist, hat dafür
allerdings den Nachteil, dass bei einer Einspeisung lediglich in
eines der Stromnetze 71 bzw. 72 dort jeweils nur
50% der verfügbaren
Energie eingegeben werden kann.
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Hier
kann eine Ausgestaltung gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden,
die sowohl den Vorteil der galvanischen Trennung zu zwei getrennten
Umrichtern als auch den Vorteil der Möglichkeit einer 100%igen Einspeisung
der Energie wahlweise auch nur in eines der angeschlossenen Stromnetze 71 und 72 bietet.
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Auch
hier sind wesentliche Elemente der Windenergieanlage gleich aufgebaut
wie in den zuvor beschriebenen Beispielen, so dass diesbezüglich auf
die voranstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Dies betrifft
insbesondere den Rotor 1, der wiederum über den Antriebsstrang 2 mit
dem Generator 3 verbunden ist. Auch hier ist eine Steuerung 8 vorgesehen,
die auf den Generator 3, auf die später noch zu beschreibenden
Gleichrichter 41 bis 44 (optional) und die Wechselrichter 67 bis 614 Zugriff
hat.
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Vergleichbar
wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind auch bei dieser Variante insgesamt
vier Gleichrichter angeordnet, die mit dem Ausgang des Generators 3 verbunden
sind. Dies sind auch hier die Gleichrichter 41, 42, 43 und 44.
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Allerdings
weist die Ausgestaltungsform in 4 anstelle
der vier Wechselrichter gemäß 3 insgesamt acht Wechselrichter, die Wechselrichter 67, 68, 69, 610, 611, 612, 613 sowie 614 auf,
von denen vier, die Wechselrichter 67, 69, 611, 613 mit
ihrem Ausgang auf dem ersten Stromnetz 71 gelegt sind,
vier weiter, die Wechselrichter 68, 610, 612 und 614 ausgangsseitig
mit dem Stormnetz 72 verbunden sind.
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Die
vier Zwischenkreise 55, 56, 57, 58 teilen sich
auf und sind jeweils mit zwei Wechselrichtern 67, 68; 69, 610; 611, 612 sowie 613, 614 verbunden,
deren Ausgänge
jeweils auf den beiden unterschiedlichen Stromnetzen 71, 72,
liegen.
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In
dieser Ausgestaltungsvariante kann ein erster Frequenzumrichter
gesehen werden in den Gleichrichtern 41, 42, 43, 44 mit
den Zwischenkreisen 55, 56, 57, 58 in
Paarung mit den Welchselrichtern 68, 610, 612 und 614.
Ein zweiter Frequenzumrichter ist zu erkennen in den Gleichrichtern 41, 42, 43, 44 mit
den Zwischenkreisen 55, 56, 57, 58 sowie den
Wechselrichtern 67, 69, 611 und 613.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
kann angesteuert über
die Steuerung festgelegt werden, welches der Stormnetze 71 und 72 zu
welchem Anteil mit von dem Generator 3 der Windenergieanlage
erzeugter Energie versorgt werden soll. Hierbei ist insbesondere
darauf hinzuweisen, dass bei einer Verschaltung wie gemäß dem Ausführungsbeispiel
in 4 gezeigt in beide der Stromnetze 71 und 72 jeweils
die in den Zwischenkreisen 55, 56, 57, 58 enthaltene
elektrische Energie zu 100% eingebracht werden kann.
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Schließlich ist
für die
Ausführungsbeispiele gemäß 2, 3 und 4 noch zu erläutern, dass dort die Wechselrichter 61, 62 gemäß 3, paarweise 65 und 63 bzw. 66 und 64 in
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 sowie paarweise 67 und 68; 69 und 610; 611 und 612; 613 und 614 als
Frequenzumrichter für
eine Umrichtung der Frequenz aus dem Stromnetz 72 in die
Frequenz des Stromnetzes 71 bzw. umgekehrt genutzt werden
können.
Auf diese Weise ist es möglich, über diese
entsprechenden Elemente Energie zwischen den beiden Stromnetzen 71 und 72 zu überführen, die
Windenergieanlage, genauer deren Wechselrichter gleichermaßen als
Umrichter zu verwenden. Hierbei ist lediglich sicherzustellen, dass
die Gleichrichter 41, 42, 43, 44 bzw. 4 im Falle
des Ausführungsbeispiels
gemäß 2 aus dem Kreis genommen werden, damit
nicht etwa bei der Überführung von
Energie aus dem einen Stromnetz 71, 72 in das
jeweils andere Stormnetz 72, 71 Energie über die
Gleichrichter in Richtung Generator 3 abfließen und
dort ggf. sogar Schäden
verursachen kann.
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Schließlich ist
auch anzumerken, dass mit Windenergieanlagen gemäß den 2, 3 und 4 nicht nur
in Stromnetze 71 und 72 mit unterschiedlichen Frequenzen
eingespeist werden kann. Zugleich kann in einem einheitlichen Stromnetz
mit gleicher Frequenz auch an unterschiedlichen Punkten eine Einspeisung
vorgenommen werden. Dies ist z. B. in größeren Stormnetzen von Relevanz,
in denen bestimmte kritische Punkte mit Ausfallabsicherungen versehen
sind, so dass bei einem Ausfall eines Teils des Stromnetzes, in
dem ein erster Einspeisungspunkt liegt, ein zweiter Teil des Stromnetzes
mit einem zweiten Einspeisungspunkt nach wie vor noch intakt ist.
Derartige Konstellationen und Netzkonzeptionen findet man beispielsweise
bei der Versorgung größerer Gebäude, da
dort ein Netzausfall an einem Punkt nicht zu einem Totalnetzausfall
führen
soll, das Netz insgesamt also redundant aufgebaut ist.
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- 1
- Rotor
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Generator
- 4
- Gleichrichter
- 5
- Zwischenkreis
- 6
- Wechselrichter
- 7
- Stromnetz
- 8
- Steuerung
- 9
- Energiespeicher
- 41
- Gleichrichter
- 42
- Gleichrichter
- 43
- Gleichrichter
- 44
- Gleichrichter
- 51
- Zwischenkreis
- 52
- Zwischenkreis
- 54
- Zwischenkreis
- 55
- Zwischenkreis
- 56
- Zwischenkreis
- 57
- Zwischenkreis
- 58
- Zwischenkreis
- 61
- Wechselrichter
- 62
- Wechselrichter
- 63
- Wechselrichter
- 64
- Wechselrichter
- 65
- Wechselrichter
- 66
- Wechselrichter
- 67
- Wechselrichter
- 68
- Wechselrichter
- 69
- Wechselrichter
- 71
- Stromnetz
- 72
- Stromnetz
- 91
- Energiespeicher
- 92
- Energiespeicher
- 610
- Wechselrichter
- 611
- Wechselrichter
- 612
- Wechselrichter
- 613
- Wechselrichter
- 614
- Wechselrichter