DE102010012426A1 - Hydroelectric power plant for generating electrical power by transformation of potential power resulting from altitude differences of water, has screw pump body and generator driven by screw pump body - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Energie durch Umwandlung aus einem Höhenunterschied von Gewässern resultierender potentieller Energie mit einem Schneckenkörper und einem von dem Schneckenkörper angetriebenen Generator.The invention relates to a hydropower plant for generating electrical energy by converting from a height difference of water resulting potential energy with a screw body and a generator driven by the screw body.
Derartige Wasserkraftanlagen sind beispielsweise in der
Bei Wasserkraftanlagen dieses Typs ist ein Schneckenkörper mit einer Rotorwelle verbunden. Die Rotorwelle überträgt eine Drehung des Schneckenkörpers auf ein Getriebe, welches wiederum einen Generator antreibt. Durch das Getriebe wird die niedrige Drehzahl des Schneckenkörpers in eine für den Generator geeignete, höhere Drehzahl umgewandelt. Da es an Gewässern zu Schwankungen des Wasserdargebots kommt und bedingt durch die Tatsache, dass aus ökologischen Gründen ein bestimmter Oberwasserspiegel eingehalten werden muss, ist es notwendig, den Generator mittels eine Frequenzumformers an das Netz anzuschließen. Der Frequenzumrichter wirkt dabei wie ein variables „elektronisches” Getriebe. Grundsätzlich ist das Verhältnis zwischen Drehzahl des Generators und Frequenz der erzeugten Spannung durch die Bauart des Generators festgelegt. Durch den Frequenzumrichter wird die erzeugte Wechselspannung zunächst in eine Gleichspannung umgewandelt und aus dieser dann wieder eine Wechselspanung erzeugt, deren Frequenz an das Netz angepasst ist. Die Frequenz der ins Netz eingespeisten Spannung ist so von der Drehzahl des Generators entkoppelt.In hydroelectric power plants of this type, a worm body is connected to a rotor shaft. The rotor shaft transmits a rotation of the worm body to a transmission, which in turn drives a generator. The gearbox converts the low speed of the worm body into a higher speed suitable for the generator. As there are fluctuations in the water supply in the water and due to the fact that a certain surface water level must be met for ecological reasons, it is necessary to connect the generator to the grid by means of a frequency converter. The frequency converter acts like a variable "electronic" gearbox. Basically, the ratio between the speed of the generator and frequency of the voltage generated by the type of generator is set. By the frequency converter, the AC voltage generated is first converted into a DC voltage and then generated from this again an AC voltage whose frequency is adapted to the network. The frequency of the voltage fed into the grid is thus decoupled from the speed of the generator.
Die Drehzahl der Wasserkraftschnecke kann somit bedarfsweise reduziert und beispielsweise einem geringeren Wasserdargebot angepasst werden. Der Vorteil liegt darin, dass die Oberwasserhöhe konstant gehalten werden kann was sich wiederum positiv auf die Ökologie des Gewässers auswirkt und ebenso die Fallhöhe des Wassers erhält, was wiederum die Energieausbeute verbessert.The speed of the hydrodynamic screw can thus be reduced if necessary and, for example, adapted to a lower water supply. The advantage is that the headwater level can be kept constant, which in turn has a positive effect on the ecology of the water body and also reduces the fall of the water, which in turn improves the energy yield.
Nachteilig sind die hohen Kosten, die der Einsatz eines rückspeisefähigen Frequenzumrichters verursacht, sowie der verringerte Wirkungsgrad durch Verluste im Frequenzumrichter.A disadvantage is the high cost, which causes the use of a regenerative frequency converter, as well as the reduced efficiency due to losses in the frequency converter.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu verbessern und die Herstellungskosten zu reduzieren.The object of the invention is to improve the efficiency of the overall system and to reduce the manufacturing cost.
Diese Aufgabe wird durch eine Wasserkraftanlage der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Generator als doppelt gespeister Asynchrongenerator ausgebildet ist.This object is achieved by a hydropower plant of the type mentioned, which is characterized in that the generator is designed as a double-fed asynchronous generator.
Bei der Technik des doppelt eingespeisten Asynchrongenerators mit Schleifringen ist der Rotor des Generators mit Wicklungen ausgeführt, die mittels Schleifringen nach außen geführt sind. Die Elektronik zur Frequenzumrichtung ist vor die Rotorwicklung geschaltet und versorgt über die Schleifringe die Rotorwicklung mit einem Strom variabler Frequenz und Amplitude. Diese Frequenz „ergänzt” die tatsächliche Ausgangsdrehzahl des Getriebes auf die zur Erreichung der Netzfrequenz erforderliche Drehzahl.In the technology of the double-fed asynchronous generator with slip rings, the rotor of the generator is designed with windings, which are guided by slip rings to the outside. The electronics for frequency conversion is connected in front of the rotor winding and supplies the rotor winding with a current of variable frequency and amplitude via the slip rings. This frequency "supplements" the actual output speed of the transmission to the speed required to reach the mains frequency.
Dadurch generiert der Generator mit Netzfrequenz. Die Statorspulen, in denen die elektrische Energie erzeugt wird, sind dabei direkt auf das Netz geschaltet. Die benötigte Elektronik zur Frequenzumrichtung ist gegenüber einer ausgangsseitigen Frequenzumrichtung deutlich kleiner, da nur eine Erregerstrom umgerichtet werden muss, und somit auch deutlich günstiger.This generates the generator with mains frequency. The stator coils, in which the electrical energy is generated, are connected directly to the grid. The required electronics for frequency conversion is compared to an output-side frequency conversion significantly smaller, since only one excitation current must be reorganized, and thus significantly cheaper.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Generator als Asynchron-Kaskadengenerator ausgeführt. Bei dieser Ausführung werden zwei Generatoren hintereinander, d. h. als Kaskade aufgebaut. Die Läufer beider Maschinen sind als Kurzschlussläufer ausgebildet, die elektrisch miteinander verbunden und auf einer gemeinsamen Welle montiert sind. bzw. starr miteinander gekoppelt sind. Die eine der beiden Maschinen wird für die Erregung genutzt. Dabei ist die Umrichtelektronik mit der Statorwicklung dieser Maschine verbunden. Über die mechanisch wie elektrisch verbundenen Kurzschlussläufer kann dann die in der zweiten Maschine generierte Frequenz gesteuert werden.In a further embodiment of the invention, the generator is designed as an asynchronous cascade generator. In this embodiment, two generators in a row, d. H. built up as a cascade. The runners of both machines are designed as squirrel-cage rotors that are electrically connected to one another and mounted on a common shaft. or are rigidly coupled together. One of the two machines is used for the excitement. The converter electronics are connected to the stator winding of this machine. The frequency generated in the second machine can then be controlled via the mechanically and electrically connected squirrel-cage rotors.
Nur die zweite Maschine arbeitet im Normalfall als Generator. Dabei wird die Generatorwelle von der Wasserkraftschnecke über ein Getriebe angetrieben. Differenzen zur Netzfrequenz werden durch die auf den Rotorstrom wirkende Umrichtelektronik ausgeglichen. Die Kaskadenmaschine arbeitet im Prinzip wie ein doppelt gespeister Schleifring-Asynchrongenerator, kann aber durch die Kaskadenanordnung eben auf den Einsatz von Schleifringen verzichten. Vorteile sind zum einen die geringere Verschmutzung von Maschine und Umgebung, da kein Abrieb von Schleifringen zu verzeichnen ist, zum anderen bedarf diese Maschine keiner zusätzliche Wartung an den Schleifringen, sondern arbeitet genauso unproblematisch wie eine normale Asynchronmaschine.Only the second machine normally works as a generator. The generator shaft is driven by the hydrodynamic screw via a gearbox. Differences to the mains frequency are compensated by the converter electronics acting on the rotor current. The cascade machine works in principle like a double-fed slip ring asynchronous generator, but can do without the use of slip rings by the cascade arrangement. Advantages are on the one hand less pollution of the machine and the environment, as there is no abrasion of slip rings, on the other hand, this machine requires no additional maintenance on the slip rings, but works just as easily as a normal asynchronous machine.
In vorteilhaften Ausführungen handelt es sich bei der Kaskadenmaschine um eine so genannte „doppelt gespeiste Drehstromkaskade (DDMK)” oder um eine so genannte „Selbstkaskadierte Maschine (SKM oder auch BDFM)”.In advantageous embodiments, the cascade machine is a so-called "double-fed three-phase cascade (DDMK)" or a so-called "self-cascaded machine (SKM or also BDFM)".
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. It shows:
In der
Im Ausführungsbeispiel der
Eine normale Synchron- oder Asynchronmaschine würde eine Frequenz liefern, die zumindest nicht in allen Betriebszuständen mit der Netzfrequenz übereinstimmt. Daher wird bei derartigen konventionellen Anlagen ein Frequenzumrichter vorgesehen, der die vom Generator erzeugte Wechselspannung auf die erforderliche Netzfrequenz bringt. Bei der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage nach dem Ausführungsbeispiel von
Ausgangsseitig wird die im Generator
Gegenüber konventionellen Anlagen weist die erfindungsgemäße Anlage den Vorteil auf, dass der Frequenzumrichter nicht die Ausgangsleistung des Generators
Die
Die Wirkungsweise der gezeigten Anordnung beruht darauf, dass die Frequenz der in der Statorwicklung
Die
Durch die Erregung der Statorwicklung
Das zweite System
Die
Die beschriebenen Wasserkraftanlagen sind besonders effizient. Auf einen Frequenzumrichter, der zwischen Generator und Netz geschaltet ist, kann verzichtet werden. Stattdessen reicht es aus, eine deutlich leistungsschwächere Umrichtelektronik für die Erregung der Generatoren einzusetzen was eine deutliche Verringerung des Anlagenpreises zur Folge hat.The described hydropower plants are particularly efficient. On a frequency converter, which is connected between generator and network, can be dispensed with. Instead, it is sufficient to use a significantly weaker power conversion electronics for the excitation of the generators resulting in a significant reduction in the price of equipment.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- 2010-03-23 DE DE102010012426A patent/DE102010012426A1/en not_active Withdrawn
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