DE102013001800A1 - Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage - Google Patents

Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage Download PDF

Info

Publication number
DE102013001800A1
DE102013001800A1 DE102013001800.5A DE102013001800A DE102013001800A1 DE 102013001800 A1 DE102013001800 A1 DE 102013001800A1 DE 102013001800 A DE102013001800 A DE 102013001800A DE 102013001800 A1 DE102013001800 A1 DE 102013001800A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power supply
inverter unit
frequency
wind
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102013001800.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Maik Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EAB PROJEKTMAN GmbH
eab Projektmanagement GmbH
Original Assignee
EAB PROJEKTMAN GmbH
eab Projektmanagement GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EAB PROJEKTMAN GmbH, eab Projektmanagement GmbH filed Critical EAB PROJEKTMAN GmbH
Priority to DE202013001527U priority Critical patent/DE202013001527U1/de
Priority to DE102013001800.5A priority patent/DE102013001800A1/de
Publication of DE102013001800A1 publication Critical patent/DE102013001800A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D5/00Rigid or semi-rigid containers of polygonal cross-section, e.g. boxes, cartons or trays, formed by folding or erecting one or more blanks made of paper
    • B65D5/02Rigid or semi-rigid containers of polygonal cross-section, e.g. boxes, cartons or trays, formed by folding or erecting one or more blanks made of paper by folding or erecting a single blank to form a tubular body with or without subsequent folding operations, or the addition of separate elements, to close the ends of the body
    • B65D5/10Rigid or semi-rigid containers of polygonal cross-section, e.g. boxes, cartons or trays, formed by folding or erecting one or more blanks made of paper by folding or erecting a single blank to form a tubular body with or without subsequent folding operations, or the addition of separate elements, to close the ends of the body with end closures formed by inward-folding of self-locking flaps hinged to tubular body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F13/10Bandages or dressings; Absorbent pads specially adapted for fingers, hands, or arms; Finger-stalls; Nail-protectors
    • A61F13/104Bandages or dressings; Absorbent pads specially adapted for fingers, hands, or arms; Finger-stalls; Nail-protectors for the hands or fingers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F13/00Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F13/15Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators
    • A61F13/84Accessories, not otherwise provided for, for absorbent pads
    • A61F13/8405Additives, e.g. for odour, disinfectant or pH control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D5/00Rigid or semi-rigid containers of polygonal cross-section, e.g. boxes, cartons or trays, formed by folding or erecting one or more blanks made of paper
    • B65D5/02Rigid or semi-rigid containers of polygonal cross-section, e.g. boxes, cartons or trays, formed by folding or erecting one or more blanks made of paper by folding or erecting a single blank to form a tubular body with or without subsequent folding operations, or the addition of separate elements, to close the ends of the body
    • B65D5/0236Rigid or semi-rigid containers of polygonal cross-section, e.g. boxes, cartons or trays, formed by folding or erecting one or more blanks made of paper by folding or erecting a single blank to form a tubular body with or without subsequent folding operations, or the addition of separate elements, to close the ends of the body with end closures formed by inward folding of flaps and securing them by adhesive tapes, labels or the like; for decoration purposes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/20The network being internal to a load
    • H02J2310/23The load being a medical device, a medical implant, or a life supporting device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

In einer Windenergieanlage (100) erzeugt eine Gleichrichter-Einheit aus dem Ausgangsstrom eines durch einen Windrotor angetriebenen Generators Gleichstrom. Eine Wechselrichter-Einheit erzeugt aus dem von der Gleichrichter-Einheit erzeugten Gleichstrom unmittelbar Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz. Die direkte Umrichtung auf die Frequenz z. B. des Bahnstromnetzes (300) vermeidet elektrische Verluste bei der Umsetzung von 50 Hz auf 16,7 Hz. Die Umrüstung bestehender Windenergieanlagen zur Verwendung in einem Bahnstromnetz (300) beziehungsweise zur direkten Anschaltung an das Bahnstromnetz (300) lässt sich mit vergleichsweise geringem technologischen Aufwand durchführen. Nach einer Ausführungsform stabilisiert ein Frequenzstabilisator die von einem Generator mit einer geeigneten Nennfrequenz erzeugte Wechselspannung bei 16,7 Hz.

Description

  • Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf eine Energieversorgungsanlage für Sonderstromversorgungsnetze sowie auf Windenergieanlagen für solche Sonderstromversorgungsnetze.
  • Während das öffentliche Stromversorgungsnetz auf der Übertragung von 3-phasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz beruht, werden Sonderstromversorgungsnetze, z. B. die Bahnstromnetze in einigen europäischen Ländern mit Gleichstrom oder mit 1-phasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz betrieben. Dabei speist ein vom öffentlichen Stromversorgungsnetz unabhängiges Sonderstromversorgungsnetz, beispielsweise ein 110 kV/16,7 Hz, 15 kV Oberleitungsanlagen. In das unabhängige Sonderstromversorgungsnetz speisen Wärmekraftwerke und Wasserkraftwerke direkt Strom ein. Zusätzlich kann das Sonderstromversorgungsnetz an Netzkopplungen mit Umrichtern oder Umformern Strom aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz beziehen. Im Zuge der Reduzierung der Kosten für CO2-Lizenzen errichten und unterhalten die Betreiber von Sonderstromversorgungsnetzen auch seit mehreren Jahren Windparks, wobei der in den Windparks erzeugte Strom zunächst in das öffentliche Stromversorgungsnetz und vom öffentlichen Stromversorgungsnetz über 50 Hz: 16,7 Hz – Umrichter in das Sonderstrom – versorgungsnetz eingespeist wird.
  • Es besteht die Aufgabe, das Einspeisen von Windenergie in Sonderstromversorgungsnetze wirtschaftlicher zu gestalten.
  • Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Windenergieanlage. Ein von einem Windrotor angetriebener Generator erzeugt einen Wechselstrom der von einer Gleichrichter-Einheit gleichgerichtet und geglättet wird. Eine Wechselrichter-Einheit erzeugt aus dem von der Gleichrichter-Einheit erzeugten Gleichstrom direkt 1-phasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz, was der Frequenz im Bahnstromnetz in einigen Regionen Europas entspricht.
  • Die direkte Umrichtung auf die Frequenz des Bahnstromnetzes vermeidet elektrische Verluste bei der Umsetzung von 50 Hz auf 16,7 Hz Wechselspannung. Die Anpassung bestehender Windenergieanlagen zur Verwendung in einem Bahnstromsystem beziehungsweise zur direkten Einspeisung in das Bahnstromnetz lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand durchführen.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander funktional entsprechende Einheiten beziehungsweise Strukturen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen lassen sich miteinander kombinieren.
  • Die 1A zeigt schematisch eine Windenergieanlage gemäß einer Ausführungsform mit Getriebe.
  • Die 1B zeigt schematisch eine getriebelose Windenergieanlage gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • Die 2A zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Umrichters einer Windenergieanlage gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die 2B zeigt Einzelheiten eines Umrichters gemäß der 2A gemäß einer Ausführungsform, die die Anschaltung an einen Generator mit 3-phasigen Ausgangsstrom vorsieht.
  • Die 3A zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Windenergieanlage mit Getriebe und Versorgung von Steuereinheiten der Windenergieanlage aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.
  • Die 3B zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Windenergieanlage mit Getriebe für den Inselbetrieb.
  • Die 3C zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer getriebelosen Windenergieanlage und mit Versorgung von Steuereinheiten der Windenergieanlage aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.
  • Die 3D zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer getriebelosen Windenergieanlage mit für den Inselbetrieb.
  • Die 3E zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer getriebelosen Windenergieanlage zur Hilfsweisen Versorgung von Steuereinheiten der Windenergieanlage aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.
  • Die 4A zeigt schematisch eine getriebelose Windenergieanlage gemäß einer anderen Ausführungsform ohne Gleichstrom-Zwischenkreis.
  • Die 4B zeigt schematisch eine Energieversorgungsanlage mit einer getriebelosen Windenergieanlage gemäß 4A für den Inselbetrieb.
  • Die 1A zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Windrotor 110, der mindestens ein Rotorblatt, typischerweise jedoch zwei, drei oder mehr Rotorblätter aufweist. Der Windrotor 110 treibt einen Generator 120 an, beispielsweise einen 3-Phasen-Synchrongenerator oder einen 3-Phasen-Asynchrongenerator. Gemäß der Ausführungsform der 1A setzt dabei ein Getriebe 115 die Drehzahl des Windrotors 110 in eine an die Bauart des Generators 120 angepasste Drehzahl um. Der Ausgangsstrom des Generators 120 ist 3-phasig. Die Frequenz des Ausgangsstroms ist generator- und windabhängig und beträgt zwischen 10 und 100 Hz. Ein Umrichter 150 setzt den 3- oder mehrphasigen Ausgangsstrom des Generators 120 in einen 1-phasigen Wechselstrom mit der Frequenz 16,7 Hz um. Der Umrichter 150 kann eine Gleichrichter-Einheit 130 und eine Wechselrichter-Einheit 140 umfassen, wobei die Gleichrichter-Einheit 130 den im Generator 120 erzeugten 3- oder mehrphasigen Wechselstrom in Gleichstrom und die Wechselrichter-Einheit 140 den von der Gleichrichter-Einheit 130 erzeugten Gleichstrom in einen 1- oder mehrphasigen Wechselstrom der Frequenz 16,7 Hz umsetzt. Der erzeugte 1-phasige Wechselstrom kann ohne weitere Frequenzumsetzung in das Sonderstromversorgungsnetz, bspw. in ein Bahnstromnetz oder ein Netz des öffentlichen Personennahverkehrs eingespeist werden.
  • Das Getriebe 115 und der Generator 120 sind in einer Gondel 104 auf der Spitze eines Trägerturms 102 eingebaut. Die Gondel 140 kann um die vertikale Achse des Trägerturms 102 drehbar gelagert sein. Der Umrichter 150 kann im Fuß des Trägerturms 102, in einem Gewerk außerhalb des Trägerturms 102 oder mindestens zum Teil ebenfalls in der Gondel 140 eingerichtet sein.
  • Die Ausführungsform der Windenergieanlage 100 nach 1B bezieht sich auf eine getriebelose Windenergieanlage, bei der der Windrotor 110 direkt mit dem Rotor des Generators 120 verbunden ist. Der Generator 120 ist beispielsweise ein Vielpol-Synchrongenerator. Eine Gleichrichter-Einheit 130 wandelt den vom Generator 120 erzeugten mehrphasigen Ausgangsstrom des Vielpol-Synchrongenerators in Gleichstrom um. Eine Wechselrichter-Einheit 140 setzt den von der Gleichrichter-Einheit 130 erzeugten Gleichstrom in 2- oder mehrphasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz um. Die Gleichrichter-Einheit 130 kann in der Gondel 104, die Wechselrichter-Einheit 140 im Fuß der Windenergieanlage 100 eingerichtet sein.
  • Konventionelle Windenergieanlagen sind für den Anschluss an öffentliche Stromversorgungsnetze ausgelegt und liefern daher am Ausgang eine 3-phasige 50 Hz Wechselspannung, die über einen Transformator auf die Spannung im örtlichen Stromversorgungsnetz hoch transformiert wird. Zum Anschluss an ein Bahnstromnetz wird bisher der durch solche Windenergieanlagen erzeugte Strom an Netzkopplern durch Umrichter oder Umformer von 50 Hz auf 16,7 Hz umgesetzt. Eine solche zusätzliche Umsetzung oder Umformung entfällt mit den Windenergieanlagen nach 1A und 1B. Die Windenergieanlagen 100 speisen den erzeugten Strom ohne Umweg über das öffentliche Stromnetz direkt in das Bahnstromnetz ein. Die Windenergieanlagen 100 können daher auch in unmittelbarer Nachbarschaft von Bahnanlagen, zum Beispiel Gleisanlagen, errichtet werden.
  • 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Umrichter 150, der eine Kombination aus einer Gleichrichter-Einheit 130 und einer Wechselrichter-Einheit 140 umfasst. Der vom Generator 120 erzeugte mindestens 3-phasige Wechselstrom wird beispielsweise über ein Diodenfeld 132 auf zwei Leitungsstränge 133a, 133b gleichgerichtet und der gleichgerichtete Wechselstrom durch einen Kondensator 134 geglättet. Die Wechselrichter-Einheit 140 umfasst ein Leistungsschalterfeld 142 sowie eine Steuereinheit 148, die die Leistungsschalter des Leistungsschaltfelds 142 steuert. Beispielsweise ist die Steuereinheit 148 mit den Gate-Anschlüssen von IGBTs (insulated gate bipolar transistors) eines IGBT-Moduls verbunden und steuert diese abwechselnd so, dass an den beiden Ausgangsleitungen der Wechselrichter-Einheit 140 ein Wechselstrom mit 16,7 Hz anliegt. Die von der Wechselrichter-Einheit 140 erzeugte Spannung u(t) sowie deren Ausgangsfrequenz f(t) können gemessen und an die Steuereinheit 148 zurückgekoppelt werden, so dass die Steuereinheit 148 die Ausgangsfrequenz f(t) und/oder Ausgangspannung u(t) regeln kann. Weitere Eingangsgrößen der Steuereinheit 148 sind zum Beispiel die vom Generator 120 abgegebene Leistung, aus der die Steuereinheit 148 den Leistungsgradienten ermitteln kann, sowie Informationen über einen einzuhaltenden Blindleistungsfaktor cos(φ). Die Steuereinheit 148 kann ein Steuersignal Rot ausgeben, mit dem die Leistungsabgabe der Windenergieanlage 100 beispielsweise durch Veränderung der Rotorstellung abgeregelt werden kann.
  • Die 2B zeigt Einzelheiten einer kombinierten Gleichrichter-Einheit und Wechselrichter-Einheit für einen Dreiphasen-Generator. Der vom Dreiphasen-Generator 120 ausgegebene 3-phasige Wechselstrom wird über die Leitungen L1, L2, L3 an die Gleichrichter-Einheit 130 angeschlossen. Jede der Phasen L1, L2, L3 wird mit einem Netzwerkknoten zwischen zwei seriell verschalteten Gleichrichterdioden 132 verbunden. Die drei Diodenpaare sind parallel zwischen zwei Leitungssträngen 133a, 133b geschaltet. Die beiden Leitungsstränge 133a, 133b werden über einen Tiefpass, der beispielsweise eine gekoppelte Serieninduktivität 136 in beiden Leitungssträngen 133a, 133b sowie einen Kondensator 138 quer zu den beiden Leitungssträngen 133a, 133b umfassen kann, tiefpassgefiltert und dabei geglättet. Die geglättete Gleichspannung liegt am Eingang der Wechselrichter-Einheit 140 an. Die Wechselrichter-Einheit 140 umfasst beispielsweise vier Leistungsschalter 142, wobei jeweils zwei der Schalter seriell zwischen den beiden Leitungssträngen 133a, 133b angeordnet sind. Die Steuereinheit 148 schaltet die Leistungsschalter 142 abwechselnd so ein und aus, dass an den beiden Ausgangsleitungen der Wechselrichter-Einheit 140 eine Frequenz von 16,7 Hz anliegt.
  • Die 3A zeigt eine an ein Bahnstromnetz 300 angeschlossene Windenergieanlage 100 als Beispiel für eine Energieversorgungsanlage für ein Sonderstromversorgungsnetz. Gegenüber der Windenergieanlage der 1A weisen die Windenergieanlagen 100 im Folgenden zusätzlich Steuerungseinheiten 160 zur Betriebsführung auf, beispielsweise Motoren zum Ausrichten der Gondel 104 auf dem Trägerturm 102 oder zur Verstellung des Anstellwinkels der Rotorblätter des Windrotors 110. Die Steuerungseinheiten 160 werden über das öffentliche Stromversorgungsnetz mit einer Betriebsfrequenz von 50 Hz versorgt. In der Zuleitung zum öffentlichen Netz erfasst ein Leistungsmessgerät 170 die von den Steuerungseinheiten 160 verbrauchte elektrische Leistung.
  • Ein Starkstrom-Transformator 220 transformiert die Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit 140 bei 16,7 Hz auf eine Nennspannung im Bahnstromnetz 300, beispielsweise auf die Nennspannung im Fernleitungsnetz der Bahn, typischerweise 110 kV. Gemäß einer Ausführungsform transformiert der Starkstrom-Transformator 220 die Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit 140 auf die Nennspannung einer entlang der Bahntrasse geführten Freileitung 310, typischerweise 15 kV.
  • Zwischen dem Starkstrom-Transformator 220 und der Freileitung 310 reguliert und überwacht eine Schaltanlage 280 den Lastfluss. In einem ersten Schaltfeld 281 der Schaltanlage 280 trennt ein Hochspannungsschalter, z. B. ein Leistungsschalter oder ein Lasttrennschalter, die Windenergieanlage 100 bei der Frequenz von 16,7 Hz entsprechend der Klassifizierung der Störlichtbogensicherheit des Bahnnetzes vom Bahnstromnetz 300. In einem zweiten Schaltfeld 282 kann ein weiterer Hochspannungsschalter zu anderen Windenergieanlagen oder anderen Energieerzeugungsanlagen vermitteln.
  • Ein drittes Schaltfeld 283 ist allein der Windenergieanlage 100 zugeordnet. Ein erster Erdungstrennschalter 289 trennt im Betriebsfall die Erdungssysteme des Bahnstromnetzes 300 und des öffentlichen Stromversorgungsnetzes, das zur Versorgung der Steuerungseinheiten 160 an die Windenergieanlage 100 geführt ist. In speziellen Betriebs- und Störsituationen, beispielsweise bei einer Kabelstörung zwischen der Windenergieanlage 100 und der Schaltanlage 280, können die beiden Erdungssysteme durch den ersten Erdungstrennschalter 289 verbunden werden.
  • Ein zweiter Erdungstrennschalter 288 ist im Betriebsfall geöffnet und sichert im Störfall das Bahnstromnetz 300 durch Ableitung eines eventuell erzeugten Stroms auf Erde. Im Bahnstromnetz 300 schalten Lasttrennschalter in jedem Bahnstromblock entlang der Bahntrasse die Oberleitung 320 auf die Freileitung 310.
  • Die Ausführungsform der 3B sieht anstelle der Versorgung der Steuerungseinheiten 160 aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz deren Versorgung aus dem von der Windenergieanlage 100 selbst erzeugten Strom vor. Ein Hilfsumrichter 175, der innerhalb oder außerhalb der Windenergieanlage 100 eingerichtet sein kann, setzt Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit 140 auf 230 V bzw. 50 Hz um. Das Erdungssystem der Windenergieanlage 100 kann mit dem Erdungssystem des Bahnstromnetzes 300 verbunden werden. Der in 3A gezeigte Erdungstrennschalter 289 zur temporären Verbindung zweier sonst getrennter Erdungssysteme erübrigt sich. Beim Anfahren der Windenergieanlage 100 werden die Steuerungseinheiten 160 aus dem Bahnstromnetz 300 versorgt, da die elektrische Verbindung zwischen der Windenergieanlage 100 und dem Bahnstromnetz 300 über die Schaltanlage 280 und den Transformator 220 einen Stromfluss in beide Richtungen zulässt. Durch den Verzicht auf den Anschluss an das öffentliche Stromversorgungsnetz reduzieren sich die Kosten für die Errichtung einer solchen Energieversorgungsanlage je nach Standort teilweise erheblich.
  • Die 3C kombiniert den Ansatz einer Energieversorgungsanlage 900 nach 3A mit der getriebelosen Windenergieanlage der 1B. Die 3D kombiniert den Ansatz einer Energieversorgungsanlage 900 nach 3B mit der getriebelosen Windenergieanlage der 1B.
  • In der Ausführungsform der 3E weist eine Windenergieanlage 100, beispielsweise eine getriebelose Windenergieanlage 100, eine weitere Wechselrichter-Einheit 176 auf, die den Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis in 3-phasigen Wechselstrom mit 50 Hz umsetzt, der unmittelbar zur Versorgung der Steuerungseinheiten 160 dienen kann. Alternativ oder zusätzlich speist die weitere Wechselrichter-Einheit 176 in ein Zweirichtungs-Leistungsmessgerät 172, so dass die Steuerungseinheiten 160 nur bei Bedarf aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz versorgt werden und bei Nichtabnahme des von der Windenergieanlage 100 erzeugten Stroms durch das Bahnstromnetz 300 die Windenergieanlage 100 in das öffentliche Stromversorgungsnetz einspeisen kann.
  • Die in den 3A bis 3E gezeigten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Wechselrichter-Einheit 140 mit 1-phasigen Wechselstromausgang. Für 2- oder 3-phasige Systeme werden Transformator 220 und Schaltanlage 220 entsprechend der Anzahl der Ausgangsphasen bereitgestellt.
  • Die 4A zeigt eine getriebelose Windenergieanlage 100 mit einem Vielpol-Synchrongenerator 120. Der Vielpol-Synchrongenerator 100 liefert im Nennbetriebspunkt eine Nennfrequenz von 16,7 Hz. Im Leistungsbetrieb ab Windstärken von etwa 1 bis 3 m/s liefert der Vielpol-Synchrongenerator u. U. von der Nennfrequenz so weit abweichende Frequenzen, dass die Spezifikation des Bahnstromnetzes nicht erfüllt werden. Die Windenergieanlage 100 weist einen Frequenzstabilisator 180 auf, beispielsweise einen Direktumrichter, der die Ausgangsfrequenz der Windenergieanlage auf 16.7 Hz stabilisiert ohne zuvor den Ausgangsstrom des Generators 120 gleichzurichten.
  • Die 4B kombiniert die Windenergieanlage 100 nach 4A mit dem Ansatz der 3B, wobei ein Hilfsumrichter 175 die 16,7 Hz Wechselspannung in 50 Hz Wechselspannung umsetzt, beispielsweise 400 V oder 690 V 16,7 Hz in 230 V 50 Hz.

Claims (10)

  1. Eine Windenergieanlage, aufweisend einen mit einem Windrotor (110) verbundenen und durch den Windrotor (110) angetriebenen Generator (120), eine Gleichrichter-Einheit (130) geeignet zur Erzeugung von Gleichstrom aus dem Ausgangsstrom des Generators (120); und eine Wechselrichter-Einheit (140) zur Erzeugung von Wechselstrom aus dem von der Gleichrichter-Einheit (130) erzeugten Gleichstrom, wobei der von der Wechselrichter-Einheit (140) erzeugte Wechselstrom eine Frequenz von 16,7 Hz aufweist.
  2. Die Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (120) ein Vielpol-Synchrongenerator ist.
  3. Die Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter-Einheit (140) eine Steuereinheit (148) umfasst, die geeignet ist, die Ausgangsfrequenz der Wechselrichter-Einheit (140) zu regeln, wobei die Eingangsgrößen der Steuereinheit (148) mindestens die von der Windenergieanlage abgegebene Leistung, die abgangsseitige Spannung und die abgangsseitige Frequenz von 16,7 Hz umfassen.
  4. Die Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen eingangsseitig mit den Ausgängen der Wechselrichter-Einheit (130) und ausgangsseitig mit Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage verbundenen Hilfsumrichter (175), der geeignet ist, Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz der Wechselrichter-Einheit (140) auf 230 V und 50 Hz umzusetzen.
  5. Die Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine eingangsseitig mit den Ausgängen der Gleichrichter-Einheit (130) und ausgangsseitig mit Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage verbundene weitere Wechselrichter-Einheit (176), die geeignet ist, den von der Gleichrichter-Einheit (130) erzeugten Gleichstrom in 3-phasigen Wechselstrom mit 50 Hz umzusetzen.
  6. Die Windenergieanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein mit den Ausgängen der weiteren Wechselrichter-Einheit (176) verbundenes Zweirichtungs-Leistungsmessgerät (172) zum Anschluss an ein Stromversorgungsnetz
  7. Eine Energieversorgungsanlage für ein Sonderstromversorgungsnetz, umfassend eine Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; einen Starkstrom-Transformator (220), der geeignet ist, die Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit (140) auf die Nennspannung des Sonderstromversorgungsnetz zu transformieren; und einen Leistungsschalter, der geeignet ist, die Windenergieanlage (100) bei 16,7 Hz entsprechend der Klassifizierung der Störlichtbogensicherheit des Sonderstromversorgungsnetzes vom Sonderstromversorgungsnetz zu trennen.
  8. Die Energieversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage (100), elektrisch über ein zweites Stromversorgungsnetz versorgbar sind, dessen Erdungssystem vom Erdungssystem des Sonderstromversorgungsnetzes getrennt ist, wobei die Energieversorgungsanlage einen Erdungstrennschalter (289) aufweist, über den die Erdungssysteme des zweiten Stromversorgungsnetzes und des Sonderstromversorgungsnetzes temporär miteinander elektrisch verbunden werden können.
  9. Die Energieversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage (100), mindestens temporär über das Sonderstromversorgungsnetz elektrisch versorgbar sind.
  10. Eine Windenergieanlage, aufweisend einen mit einem Windrotor (110) verbundenen und durch den Windrotor (110) angetriebenen Generator (120) mit einer Nennfrequenz zwischen 10 und 50 Hz; und einen Frequenzstabilisator (180) zur Stabilisierung der Frequenz des vom Generator (120) erzeugten Wechselstroms auf eine Frequenz von 16,7 Hz innerhalb der Spezifikationen für die Frequenz in einem 16,7 Hz Bahnstromnetz (300).
DE102013001800.5A 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage Withdrawn DE102013001800A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202013001527U DE202013001527U1 (de) 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage
DE102013001800.5A DE102013001800A1 (de) 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013001800.5A DE102013001800A1 (de) 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013001800A1 true DE102013001800A1 (de) 2014-08-07

Family

ID=69144151

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202013001527U Expired - Lifetime DE202013001527U1 (de) 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage
DE102013001800.5A Withdrawn DE102013001800A1 (de) 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202013001527U Expired - Lifetime DE202013001527U1 (de) 2013-02-01 2013-02-01 Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage

Country Status (1)

Country Link
DE (2) DE202013001527U1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3190677A1 (de) * 2016-01-09 2017-07-12 Senvion GmbH Windenergieanlage mit verbessertem generator-/umrichtersystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008049310A1 (de) * 2008-09-29 2010-03-04 Kenersys Gmbh Windenergieanlage

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008049310A1 (de) * 2008-09-29 2010-03-04 Kenersys Gmbh Windenergieanlage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3190677A1 (de) * 2016-01-09 2017-07-12 Senvion GmbH Windenergieanlage mit verbessertem generator-/umrichtersystem

Also Published As

Publication number Publication date
DE202013001527U1 (de) 2013-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2283233B1 (de) Windenergieanlage und windenergiepark mit einer vielzahl von windenergieanlagen
DE102010060380B3 (de) Notbetriebsfähige Pitchmotor-Antriebsschaltung
DE10156694B4 (de) Schaltungsanordnung
DE102004001478B4 (de) Stromrichterschaltungsanordnung zur Umformung einer Wechselspannung in eine Hochvoltgleichspannung
CN109617044B (zh) 一种基于v/v接线的电气化铁路同相供电系统
DE102007060928A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom
EP2890890A1 (de) Windpark mit gleichspannungsnetz
EP2941822B1 (de) Umrichterstation mit diodengleichrichter
CN109347099B (zh) 一种电气化铁路同相供电系统
EP2696464A1 (de) Fotovoltaik-Kraftwerk
DE102014114787B4 (de) Pitchmotor-Ansteuerschaltung für eine Wind- oder Wasserkraftanlage sowie dazugehöriges Betriebsverfahren
WO2012104333A1 (de) Verfahren zur lieferung von blindstrom mit einem umrichter sowie umrichteranordnung und energieversorgungsanlage
DE102013225815A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer unterbrechungsfreien Stromversorgung für Komponenten der Leit- und Sicherungstechnik
EP2911260A1 (de) Einrichtung zur Einspeisung windkrafterzeugter elektrischer Energie in ein elektrisches Netz
EP1513251A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer doppelt gespeisten Drehstrommaschine, insbesondere in einer Windkraftanlage
DE102013001800A1 (de) Windenergieanlage für Sonderstromversorgungsnetze und Energieversorgungsanlage
Brenna et al. The compatibility between DC and AC supply of the Italian railway system
EP0833758B1 (de) Verfahren und schaltung zur umformung elektrischer energie
EP2795771B1 (de) Generator einer getriebelosen windenergieanlage
DE102010026451A1 (de) Fahrdrahtdirekteinspeisung
DE10204219A1 (de) Stromrichtersystem
EP2713494A1 (de) Energieeinspeisevorrichtung zur Einspeisung von aus kinetischer Energie erzeugter elektrischer Energie in ein Drehstromverteilernetz
EP3719986B1 (de) Umrichter, anordnung mit einem umrichter und verfahren zu deren betrieb
EP2911286A1 (de) Einrichtung zur Einspeisung windkrafterzeugter elektrischer Energie in ein elektrisches Netz
DE3347746A1 (de) Anordnung zur versorgung von teilbordnetzen auf triebfahrzeugen elektrischer bahnen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R138 Derivation of utility model

Ref document number: 202013001527

Country of ref document: DE

R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee