DE102014114787A1 - Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) für eine Wind- oder Wasserkraftanlage (100), die zumindest eine, einem Pitchmotor (28) zugeordnete Motorumrichtervorrichtung (52), umfasst, wobei die Motorumrichtervorrichtung (52) eine aufladbare Notbetriebsversorgungseinrichtung (56) umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass der zumindest einen Motorumrichtervorrichtung (52) zumindest eine mit einem Versorgungsnetz PG (12) verbundenen Ladeumrichtervorrichtung (50) vorgeschaltet ist, wobei die Ladeumrichtervorrichtung (50) eingerichtet ist, die Motorumrichtervorrichtung (52) mit einem mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen Lokalnetz (54) zu versorgen. Weiterhin wird ein Betriebsverfahren für eine derartige Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) vorgeschlagen, wobei in Abhängigkeit eines Ladestroms und/oder eines Ladezustands zumindest eines in einer Notbetriebsversorgungseinrichtung (58) umfassten Energiespeichers eine Amplitudenhöhe, Spannungsverlaufsform und/oder Frequenz des Lokalnetzes (54) der Ladeumrichtervorrichtung (50) eingestellt wird.The invention relates to a pitch motor drive circuit (40, 42, 44, 46, 48, 98) for a wind or hydro power plant (100) comprising at least one motor inverter device (52) associated with a pitch motor (28), the motor inverter device (52) comprises a chargeable emergency power supply (56). It is proposed that the at least one motor converter device (52) is preceded by at least one charging converter device (50) connected to a supply network PG (12), wherein the charging converter device (50) is set up, the motor converter device (52) having a multi-phase, in particular three-phase local network (54). Furthermore, an operating method for such a pitch motor drive circuit (40, 42, 44, 46, 48, 98) is proposed, wherein depending on a charging current and / or a state of charge of at least one in an emergency power supply device (58) included energy storage an amplitude height, voltage waveform and / or frequency of the local area network (54) of the charge converter device (50).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung zur Verstellung des Anstellwinkels eines oder mehrerer Rotorblätter einer Wind- oder Wasserkraftanlage sowie ein dazugehöriges Betriebsverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung mit einer hochkapazitiven, wiederaufladbaren Notbetriebsversorgungseinrichtung, die die Fähigkeit hat, Überspannungen und Unterspannungen des Netzes zu tolerieren. The present invention relates to a pitch motor drive circuit for adjusting the angle of attack of one or more rotor blades of a wind or hydroelectric power plant and an associated operating method. In particular, the invention relates to a pitch motor drive circuit with a high capacity, rechargeable emergency power supply that has the ability to tolerate overvoltages and undervoltages of the grid.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Pitchmotor-Antriebsschaltungen für Wind- oder Wasserkraftanlagen bekannt, die sich insbesondere durch Notlaufeigenschaften beispielsweise bei Ausfall der Netzspannung, bei Beschädigungen von Steuerungskomponenten oder bei Unter- oder Überspannung des Netzes bekannt.Various pitch motor drive circuits for wind or hydroelectric plants are known from the prior art, which are known in particular by emergency running properties, for example in case of mains voltage failure, damage to control components or under or over voltage of the network.

Gattungsgemäße Pitchantriebe dienen einer Verstellung des Anstellwinkels (Pitches) eines Rotor- oder Turbinenblatts gegenüber einem Anströmmedium wie Wind oder Wasser. Aufgrund der hohen Kräfte, die auf ein Rotor- oder Turbinenblatt wirken, werden für die Verstellung in der Regel elektrische Drehstrommotoren eingesetzt, die über eine Umrichtervorrichtung mit einer variablen Drehfrequenz und Amplitude versorgt werden, um verschiedene Drehzahlen und Drehmomente bereitstellen zu können. Eine Umrichtervorrichtung umfasst in der Regel eine Gleichrichtereinrichtung, die aus einer netzseitigen Wechsel- oder Drehspannung eine Gleichspannung bereitstellt und in einen DC-Zwischenkreis einspeist. Aus der Gleichspannung wird mithilfe einer Wechselrichtereinrichtung eine in Frequenz und Amplitude variable Wechsel- oder Drehspannung erzeugt, die dem Drehstrommotor zugeführt wird. So ist schematisch in 1 eine Windkraftanlage mit derartigen Pitchmotoren dargestellt, wobei in 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Ansteuerschaltung beschrieben ist. Generic pitch drives are used to adjust the angle of attack (pitch) of a rotor or turbine blade against a Anströmmedium such as wind or water. Due to the high forces acting on a rotor or turbine blade, electric three-phase motors are used for the adjustment in the rule, which are supplied via a converter device with a variable rotational frequency and amplitude in order to provide different speeds and torques can. A converter device generally comprises a rectifier device, which provides a DC voltage from a network-side alternating or three-phase voltage and feeds it into a DC intermediate circuit. From the DC voltage using an inverter device variable in frequency and amplitude alternating or rotating voltage is generated, which is supplied to the three-phase motor. So is schematic in 1 a wind turbine with such pitch motors shown, wherein in 2 a drive circuit known from the prior art is described.

Die Schaltung aus Gleichrichtereinrichtung, Gleichspannungszwischenkreis und Wechselrichtereinrichtung wird im Folgenden als Umrichtervorrichtung bezeichnet. Eine Wechselrichtereinrichtung umfasst eine Mehrzahl von leistungselektronischen Halbleiterschalter und weist in der Regel drei Halbbrücken auf, die mit MOSFET-, IGBT- oder IGCT-Transistoren bestückt sind. In der Regel handelt es sich um zweistufige Halbbrücken, die allerdings auch dreistufig oder mehrstufig ausgelegt sein können, um variable Ausgangsspannungen liefern zu können. Durch eine Pulsweitenmodulation des Schaltverhaltens der Halbleiterschaltbauteile kann in weiten Bereichen veränderliche Frequenzen, Phasen und Amplituden geregelt werden, um asynchron oder synchron Wechsel- oder Drehstrom-Pitchmotoren anzutreiben. The circuit of rectifier device, DC voltage intermediate circuit and inverter device is referred to below as a converter device. An inverter device comprises a plurality of electronic power semiconductor switches and generally has three half-bridges, which are equipped with MOSFET, IGBT or IGCT transistors. As a rule, these are two-stage half-bridges, which, however, can also be designed in three stages or in several stages in order to be able to supply variable output voltages. By a pulse width modulation of the switching behavior of the semiconductor switching components variable frequencies, phases and amplitudes can be controlled in a wide range to drive asynchronous or synchronous AC or three-phase pitch motors.

Zur Erhöhung einer Ausfallsicherheit und zur Sicherstellung einer Sicherheitsfahrt bei Netzausfall können Pitch-Antriebsschaltungen eine Notbetriebsversorgungseinrichtung, beispielsweise Batterien oder Akkumulatoren oder Hochleistungskondensatoren, insbesondere sogenannten Supercaps zur Speicherung elektrischer Energie für einen Notfallbetrieb umfassen. Superkondensatoren, die auch als Ultrakondensatoren bezeichnet werden, weisen eine extrem hohe elektrische Speicherkapazität auf, und überbrücken eine Lücke zwischen Kondensatoren und Akkumulatoren. Sie können Kapazitätswerte von 10 Kilofarad pro 1,2 Volt erreichen und weisen Kapazitätswerte auf, die um das 10.000-fache über der von üblichen Elektrolytkondensatoren liegen kann. Zur Aufladung hochkapazitiver Kondensatoren, Akkumulatoren oder Supercaps ist es notwendig, eine ausgefeilte Ladeelektronik bereitzustellen, die eine regelbare Gleichspannung und einen geregelten Ladestrom zur Verfügung stellen kann. Ziel ist es dabei, den Wechselstromanteil im Ladestrom möglichst gering zu halten. Daher sind einfache Schaltungskonzepte auf Basis von B6-Brücken oder Thyristorladeschaltungen eher ungeeignet. Insbesondere bei stark variierenden Spannungsverhältnissen in einem Versorgungsnetz, wie es im Umfeld regenerativer Energieerzeugungssystemen vorkommt, ist es technisch schwierig, einen bauteilschonenden und kurzen Ladebetrieb zu realisieren.To increase reliability and to ensure safety travel in the event of a power failure, pitch drive circuits may comprise an emergency power supply device, for example batteries or accumulators or high-power capacitors, in particular so-called supercaps for storing electrical energy for an emergency operation. Supercapacitors, also referred to as ultracapacitors, have an extremely high electrical storage capacity, bridging a gap between capacitors and accumulators. They can achieve capacitance values of 10 kilofarads per 1.2 volts and have capacitance values that can be 10,000 times greater than conventional electrolytic capacitors. To charge high-capacity capacitors, accumulators or supercaps, it is necessary to provide a sophisticated charging electronics, which can provide a controllable DC voltage and a regulated charging current available. The aim is to keep the AC component in the charging current as low as possible. Therefore, simple circuit designs based on B6 bridges or Thyristorladeschaltungen rather unsuitable. Particularly in the case of greatly varying voltage conditions in a supply network, as occurs in the environment of regenerative energy generation systems, it is technically difficult to realize a component-saving and short charging operation.

Aus dem Stand der Technik ergibt sich somit das Problem, zum einen eine robuste Antriebsschaltung und ein entsprechendes Betriebsverfahren für Pitchmotoren bereitzustellen, das sowohl bei netzseitiger Unterspannung als auch bei Überspannung einen sicheren Betrieb einer Wind- oder Wasserkraftanlage gewährleisten kann. Insbesondere die Möglichkeit eines LVRT-Betriebs (low voltage ride through) und eines HVRT-Betriebs (high voltage ride through), d.h. einen störsicheren Betrieb bei Netzunter- und -überspannung ist bei volatilen Versorgungsnetzen mit einer Vielzahl von regenerativen Energiequellen problematisch. Dabei ergibt sich des Weiteren das Problem, ein zuverlässiges und qualitativ hochwertiges Ladeverfahren für hochkapazitive Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtungen bereitzustellen, das selbst bei widrigen Verhältnissen ein sicheres Aufladen und einen langlebigen Betrieb bei zuverlässiger Notbetriebsfähigkeit gewährleistet.From the prior art, there is thus the problem of providing a robust drive circuit and a corresponding operating method for pitch motors, which can ensure safe operation of a wind or hydroelectric power plant both in the case of line-side undervoltage and overvoltage. In particular, the possibility of low voltage ride through (LVRT) operation and high voltage ride through (HVRT) operation, i. interference-free operation in case of grid under- and overvoltage is problematic in volatile supply networks with a variety of regenerative energy sources. In addition, there is the problem of providing a reliable and high-quality charging method for high-capacity emergency power supply devices that ensures safe charging and long-term operation with reliable emergency operation even in adverse conditions.

Ausgehend von den vorgenannten Nachteilen, ist es somit Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden. Based on the aforementioned disadvantages, it is therefore an object of the invention to overcome the disadvantages known from the prior art.

Diese Aufgabe wird durch eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung und ein Betriebsverfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a pitch motor drive circuit and an operating method according to the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Erfindungsgemäß wird eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung für eine Wind- oder Wasserkraftanlage vorgeschlagen, die zumindest eine einen Pitchmotor zugeordnete Motorumrichtervorrichtung, die eine Gleichrichtereinrichtung, eine Wechselrichtereinrichtung und eine im DC-Zwischenkreis zwischengeschaltete aufladbare Notbetriebsversorgungseinrichtung umfasst, vorgeschlagen. Der zumindest einen Motorumrichtervorrichtung ist zumindest eine, mit einem Versorgungsnetz verbundene, Ladeumrichtervorrichtung vorgeschaltet, wobei die Ladeumrichtervorrichtung eingerichtet ist, die Motorumrichtervorrichtung mit einem Lokalnetz zu versorgen. Das Lokalnetz kann ein- oder mehrphasig ausgebildet sein.According to the invention, a pitch motor drive circuit for a wind or hydropower plant is proposed which comprises at least one pitch motor associated with a motor converter device comprising a rectifier device, an inverter device and a DC intermediate circuit in the interposed charging rechargeable emergency power supply device. The at least one motor converter device is connected upstream of at least one load converter device connected to a supply network, wherein the load converter device is set up to supply the motor converter device with a local network. The local area network can be single-phase or multi-phase.

Mit anderen Worten wird eine Hintereinanderschaltung zweier Umrichtervorrichtungen zwischen einem Versorgungsnetz und einem Pitchmotor vorgeschlagen, wobei zwischen der ersten Ladeumrichtervorrichtung und der zweiten Motorumrichtervorrichtung ein Lokalnetz ausgebildet ist, das durch die Ladeumrichtervorrichtung versorgt wird und das an die Bedürfnisse der Motorumrichtervorrichtung, insbesondere einem Aufladebetrieb für die darin enthaltene Notbetriebsversorgungseinrichtung angepasst werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Netz mit einer zu niedrigen oder zu hohen Spannung vom Lokalnetz abgekoppelt werden kann, bzw. unabhängig vom Spannungs- und Frequenzniveau des Versorgungsnetzes ein steuerbares Lokalnetz bereitgestellt werden kann, um optimal eine Versorgung der Motorumrichtervorrichtung und insbesondere einen Aufladebetrieb der Notbetriebsversorgungseinrichtung bereitstellen kann. Insbesondere Supercap- oder Doppelschichtkondensatoren sind zwingend kontrolliert zu laden, wobei bei hohen Kapazitäten und großen Ladeströmen hohe Ladezeiten vorzusehen sind. Geeignete Ladegeräte sind relativ aufwendig und teuer und werden in der Regel zentral, beispielsweise in einer Gondel oder in einer drehenden Nabe einer Wind- oder Wasserkraftanlage installiert, um unabhängig drei oder mehrere Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen versorgen zu können. Durch eine zentrale Ladeumrichtervorrichtung, die den einzelnen Motorumrichtervorrichtungen vorgeschaltet werden kann, kann auf gesonderte Ladegeräte verzichtet werden, wobei problemlos große Ladeströme auch bei variierenden Netzverhältnissen bereitgestellt werden können. Zur Verbesserung der Ladestromqualität kann die Ladeumrichtervorrichtung und das bereitgestellte Lokalnetz optimiert eingestellt werden, in Ladephasen der Notbetriebsversorgungseinrichtungen einen optimierten Ladestrom bereitstellen zu können. In other words, a series connection of two converter devices between a supply network and a pitch motor is proposed, wherein a local network is provided between the first converter device and the second motor converter device, which is supplied by the converter device and to the needs of the motor converter device, in particular a charging operation for the latter contained emergency operation device can be adjusted. This ensures that the network can be decoupled from the local area network with too low or too high a voltage, or a controllable local area network can be provided independently of the voltage and frequency level of the supply network to optimally supply the motor converter device and in particular a charging mode of the emergency operating device can provide. In particular, supercapacitors or double-layer capacitors must be charged in a controlled way, with high charging times being required for high capacitances and large charging currents. Suitable chargers are relatively expensive and expensive and are usually centrally installed, for example, in a nacelle or in a rotating hub of a wind or hydro power plant to independently supply three or more pitch motor inverter devices. A central charging converter device, which can be connected upstream of the individual motor converter devices, makes it possible to dispense with separate chargers, whereby large charging currents can be provided without problems even under varying network conditions. In order to improve the charging current quality, the charging converter device and the provided local network can be optimally adjusted to be able to provide an optimized charging current during charging phases of the emergency operating devices.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine einzelne Ladevorrichtung vorgesehen, die das Lokalnetz für alle Motorumrichtervorrichtungen der Wind- oder Wasserkraftanlagen bereitstellt. Hierdurch kann zentral eine einzige, leistungsfähige Ladeumrichtervorrichtung die elektrische Energie für alle Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen bereitstellen. Alternativ ist auch denkbar, jeder Motorumrichtervorrichtung eine separate Ladeumrichtervorrichtung, insbesondere eine baulich identische Ladeumrichtervorrichtung zuzuordnen. Hierzu kann vorteilhaft und bauteilsparend die zentrale oder jeder Motorumrichtervorrichtung vorgeschaltete Ladeumrichtervorrichtung je nach Betriebsart Pitchbetrieb oder Aufladebetrieb und Abhängig vom Ladezustand verschiedene Frequenzen und Spannungen im Lokalnetz bzw. in den verschiedenen, pitchmotorbezogenen Lokalnetzen bereitstellen. In an advantageous development, a single charging device is provided, which provides the local area network for all engine conversion devices of the wind or hydroelectric power plants. As a result, a single, high-performance, load converter device can centrally provide the electrical energy for all pitch motor inverter devices. Alternatively, it is also conceivable to associate a separate charging converter device, in particular a structurally identical charging converter device, with each motor converter device. For this purpose, advantageously and component-saving the central or each motor converter device upstream Ladeumrichtervorrichtung depending on the operating mode pitch operation or charging operation and depending on the state of charge provide different frequencies and voltages in the local network or in the various pitchmotorbezogene local networks.

Grundsätzlich stellt die Ladeumrichtervorrichtung ein Lokalnetz bereit, das eine netzsynchrone Frequenz aufweisen kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Ladeumrichtervorrichtung eingerichtet sein, ein Lokalnetz mit einer Frequenz größer als die Netzfrequenz des Versorgungsnetzes, insbesondere mit 400 Hz oder einer höheren Frequenz zu betreiben. Durch die Erhöhung der Lokalnetzfrequenz um netzuntypische höhere Werte von 400 Hz oder mehr, können Ladestromrippel reduziert und damit insbesondere im Ladebetrieb ein Aufladen von Notbetriebsversorgungseinrichtungen, die Doppelschichtkondensatoren oder Supercaps umfassen, schonend aufzuladen. Hierdurch wird eine Langlebigkeit erreicht und die Speicherkapazität der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung bleibt erhalten. Die Bereitstellung eines Wechselstromnetzes als Lokalnetz bietet darüber hinaus Vorteile bei der Auswahl von notwendigen Systemkomponenten wie z.B. Sicherungen und Schaltschützen im Vergleich zu einer Gleichstromversorgung. Basically, the loader device provides a local area network that may have a network synchronous frequency. In an advantageous embodiment, the charging converter device can be set up to operate a local area network with a frequency greater than the network frequency of the supply network, in particular with 400 Hz or a higher frequency. By increasing the local network frequency by atypical higher values of 400 Hz or more, charging current ripple can be reduced and thus, especially in charging operation, charging of emergency power supply devices comprising double-layer capacitors or supercaps can be gently charged. As a result, a longevity is achieved and the storage capacity of the emergency operation power supply device is maintained. The provision of an AC network as a local area network also offers advantages in the selection of necessary system components, e.g. Fuses and contactors in comparison to a DC power supply.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine Steuervorrichtung der zumindest einen Ladeumrichtervorrichtung eingerichtet sein, Ladestrom-Steuerinformationen der Notbetriebsversorgungseinrichtung zu empfangen, insbesondere Ladestrom und/oder Ladezustand eines in der Notbetriebsversorgungseinrichtung umfassten Energiespeichers, insbesondere eines integrierten Doppelschichtkondensator- oder Supercap-Energiespeichers und kann weiterhin eingerichtet sein, diese Steuerinformation zur Steuerung von Amplitudenhöhe, Signalverlaufsform und/oder Frequenz des Lokalnetzes einzusetzen. In dieser Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass eine die Ladeumrichtervorrichtung steuernde Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung, die Schaltsignale für die Wechselrichtereinrichtung der Ladeumrichtervorrichtung vorgibt, Steuerinformationen der Notbetriebsversorgungseinrichtung empfängt. Insbesondere können diese Steuerinformationen einen Ladestrom oder Ladezustand oder eine Ladespannung der Notbetriebsversorgungseinrichtung charakterisieren, insbesondere einen elektrischen Zustand eines darin enthaltenen Energiespeichers. Hierdurch ist es möglich, Spannung und Frequenz, insbesondere Amplitudenhöhe und Amplitudenform des Lokalnetzes individuell an ein Ladezyklus anzupassen, um in Ladephasen, in denen die Notbetriebsversorgungseinrichtungen aufgeladen werden, einen optimierten Ladestrom zu liefern und eine schonende Aufladung der darin enthaltenen Energiespeicher zu gewährleisten. Hierdurch kann ein optimierter Ladestrom bereitgestellt werden, wobei die Energieeffizienz und die Langlebigkeit der Notbetriebsversorgungseinrichtung verbessert werden.In an advantageous development, a control device of the at least one charging converter device can be set up to receive charge current control information of the emergency power supply device, in particular charge current and / or charge state of an energy store included in the emergency power supply device, in particular an integrated double-layer capacitor or supercap energy store, and can furthermore be set up, to use this control information to control the amplitude level, waveform shape and / or frequency of the local area network. In this development, it is proposed that a control device controlling the charging converter device, in particular a Control device that provides switching signals for the inverter device of the charging converter device, receives control information of the emergency operating device. In particular, these control information can characterize a charging current or charging state or a charging voltage of the emergency operating device, in particular an electrical state of an energy store contained therein. This makes it possible to individually adapt voltage and frequency, in particular amplitude height and amplitude shape of the local area network, to a charging cycle in order to provide an optimized charging current in charging phases in which the emergency operating facilities are charged and to ensure a gentle charging of the energy stores contained therein. As a result, an optimized charging current can be provided, whereby the energy efficiency and the longevity of the emergency operating device can be improved.

Vorteilhaft kann in der Pitchmotor-Ansteuerschaltung zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung im stationären Teil der Wind- oder Wasserkraftanlage, insbesondere in einer Gondel angeordnet sein, und die Motorumrichtervorrichtung im rotierenden Teil, insbesondere in der Rotornabe angeordnet sein. Hierdurch kann der begrenzte Raum der Rotornabe anderweitig genutzt und eine relativ leistungsstarke Ladeumrichtervorrichtung im stationären Teil, insbesondere in einer Gondel oder im stationären Teil einer Wasserkraftanlage angeordnet sein. Advantageously, at least one charging converter device can be arranged in the stationary part of the wind or hydropower plant, in particular in a nacelle, and the motor converter device can be arranged in the rotating part, in particular in the rotor hub, in the pitch motor drive circuit. As a result, the limited space of the rotor hub can be used elsewhere and arranged a relatively powerful charger converter device in the stationary part, in particular in a nacelle or in the stationary part of a hydropower plant.

Weiterhin können bevorzugt Steuerinformationen von der Motorumrichtervorrichtung, insbesondere der darin enthaltenen Notbetriebsenergiespeichereinrichtung zur Ladeumrichtervorrichtung und umgekehrt über eine Informationsübertragungsvorrichtung, insbesondere über eine Schleifring-Kontaktvorrichtung vom rotierenden in den stehenden Teil der Energieerzeugungsanlage übertragbar sein. Die Ladestrom-Steuerinformationen können beispielsweise direkt über Spannungsund Stromsensoren abgenommen werden, können aber auch indirekt, wie beispielsweise das Verhalten der Motorumrichtersteuereinrichtung, abgeleitet werden. Steuerinformationen müssen von einem drehenden Teil, nämlich von den Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen in einen stehenden Teil, nämlich in die Gondel oder an einem stehenden externen Bereich der Wind- oder Wasserkraftanlage übertragen werden, um einen optimierten Zustand des Lokalnetzes bereitzustellen. Diese Steuerinformation können beispielsweise drahtlos über Funk wie WLAN oder Bluetooth oder drahtgebunden, beispielsweise über zusätzliche Schleifringe einer Schleifring-Kontaktvorrichtung übertragen werden. Insbesondere ist es auch möglich, über die bestehenden Leistungs-Schleifring-Kontaktvorrichtungen, die zur Stromübertragung der Betriebsenergie des Pitchmotors vorgesehen sind, Informationssignale, beispielsweise in Form modulierter Datensignale einer Trägerfrequenzanlage wie Powerline oder Ähnliches, zu übertragen. Durch die Modulation von Dateninformationen, beispielsweise über Ladezustand, Ladespannung oder Ladestrom der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung, über die die Versorgungsenergie übertragenden Schleifringe zwischen Rotornabe und feststehendem Teil kann ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand ein optimiertes Verhalten der Ladeumrichtervorrichtung zum Betriebszustand der Motorumrichtervorrichtung eingerichtet werden. Hierdurch wird Verkabelungsaufwand eingespart. Zusätzlich können über diesen Kommunikationskanal Parameter, Steuer- und Istwerte zwischen Wechselrichter und einer übergeordneten Steuereinrichtung ausgetauscht werden.Furthermore, control information from the motor converter device, in particular the emergency operating energy storage device to the charging converter device contained therein, and vice versa may be transferable via an information transfer device, in particular via a slip ring contact device from the rotating to the stationary part of the power plant. The charging current control information can for example be taken directly via voltage and current sensors, but can also be derived indirectly, such as the behavior of the motor converter control device. Control information must be transmitted from a rotating part, namely from the pitch motor inverter devices, to a stationary part, namely the nacelle or to a stationary external area of the wind or hydro plant, to provide an optimized state of the local area network. This control information can be transmitted wirelessly such as wireless or Bluetooth or wired, for example via additional slip rings a slip ring contact device, for example. In particular, it is also possible to transmit information signals, for example in the form of modulated data signals of a carrier frequency system such as Powerline or the like, via the existing power slip ring contact devices which are provided for current transmission of the operating energy of the pitch motor. By modulating data information, for example on the state of charge, charging voltage or charging current of the emergency operating power supply via the supply energy transferring slip rings between rotor hub and stationary part can be set up without additional wiring effort optimized behavior of the charger assembly to the operating condition of the motor drive device. As a result, cabling is saved. In addition, parameters, control values and actual values between the inverter and a higher-level control device can be exchanged via this communication channel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen der Ladeumrichtervorrichtung und der Motorumrichtervorrichtung eine Filtervorrichtung angeordnet sein. Die Filtervorrichtung kann Kondensatoren und Induktivitäten umfassen und kann Stromrippel oder hochfrequente Impulsanteile des Lokalnetzes filtern bzw. glätten, um einen möglichst gleichförmigen Ladestrom mit geringem Oberwellenanteil für eine Aufladung der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung bereitstellen zu können. In a further advantageous embodiment, a filter device can be arranged between the charging converter device and the motor converter device. The filter device may comprise capacitors and inductors and may filter or smooth current ripple or high-frequency pulse components of the local area network in order to be able to provide as uniform as possible a charging current with a low harmonic content for charging the emergency operation power supply device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann zwischen Ladeumrichtervorrichtung und Motorumrichtervorrichtung und/oder zwischen Versorgungsnetz und Ladeumrichtervorrichtung eine Spannungsanpassungsvorrichtung, insbesondere eine Transformatorvorrichtung oder eine Phasenanschnittsteuerungsvorrichtung angeordnet sein. Mittels eines Transformators oder einer Phasenanschnittsteuerung entweder zwischen Versorgungsnetz und Ladeumrichtervorrichtung und/oder zwischen Ladeumrichtervorrichtung und Motorvorrichtung im Lokalnetz können insbesondere Spannungsdifferenzen ausgeglichen werden, also Spannungsniveaus erhöht oder abgesenkt werden und beispielsweise bei Phasenanschnittsteuereinrichtungen dynamisch effektive Spannungshöhen angepasst werden, um die Motorumrichtervorrichtungen optimal mit einer konstanten Betriebsspannung zu versorgen. Die Betriebsspannung kann somit in der Motorumrichtervorrichtung je nach aktivem Pitchbetrieb oder Ladebetrieb variiert werden, und es kann eine höhere oder eine niedrigere Lokalnetzfrequenz und/oder ein höheres und/oder niedrigeres Spannungsniveau bereitgestellt werden. Hiermit wird insbesondere die HVRT-/LVRT-Fähigkeit des Pitchantriebs erhöht. Die Amplitude der Spannungsinseln des Lokalnetzes kann durch die Ladeumrichtervorrichtung begrenzt werden, so dass die Motorumrichtervorrichtungen vor Überspannung geschützt sind. Auch kann durch eine vorgelagerte Transformator- oder eine Phasenanschnittssteuerung die Ladeumrichtervorrichtung vor Über- oder Unterspannung geschützt werden. Vorteilhafterweise kann die vorgenannte Transformatoreinrichtung einen Yyd oder Dyd-Transformator umfassen, wobei beispielsweise eine B12-Gleichrichtung mit einem Transformator mit zwei Sekundärwicklungen eingesetzt wird, um Netzrückwirkungen zu minimieren. In an advantageous development, a voltage adjustment device, in particular a transformer device or a phase control device, can be arranged between the charging converter device and the motor converter device and / or between the supply network and the charging converter device. By means of a transformer or a phase control either between the supply network and charger converter device and / or between charger and motor device in the local network voltage differences can be compensated in particular, so voltage levels are increased or decreased and dynamically effective voltage levels are adapted for example in phase control devices to the motor inverter devices optimally with a constant operating voltage to supply. The operating voltage can thus be varied in the motor converter device depending on the active pitch operation or charging operation, and a higher or a lower local network frequency and / or a higher and / or lower voltage level can be provided. In particular, this increases the HVRT / LVRT capability of the pitch drive. The amplitude of the voltage islands of the local area network can be limited by the charging converter device, so that the motor converter devices are protected against overvoltage. Also, the charger converter device can be protected from over or under voltage by an upstream transformer or a phase control. Advantageously, the aforesaid transformer means may comprise a Yyd or Dyd transformer using, for example, B12 rectification with a transformer having two secondary windings to minimize network perturbations.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine der Motorumrichtervorrichtungen und/oder die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung eine aktive Gleichrichtereinrichtung oder eine Phasenanschnittsteuereinrichtung umfassen. Ein aktiver Gleichrichter ist eine Wechselrichtereinrichtung, die so gesteuert werden kann, dass sie aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung herstellen kann, somit reziprok zu einem normalen Betrieb eines Wechselrichters angepasst ist. Mittels einer Phasenanschnittsteuereinrichtung können steuerbar Amplitudenanteile aus einem Wechsel oder Drehstrom herausgeschnitten werden, um eine Gleichrichtung bereitzustellen, wobei eine Einstellung der Höhe der Gleichspannung und der Oberwellenbehaftung erreicht werden kann. Somit kann auf den Einsatz passiver Dioden verzichtet werden, und eine verbesserte und anpassungsfähige Gleichspannungsversorgung bereitgestellt werden.In an advantageous development, at least one of the motor converter devices and / or the at least one charging converter device may comprise an active rectifier device or a phase control device. An active rectifier is an inverter device that can be controlled so that it can produce a DC voltage from an AC voltage, thus being reciprocally adapted to normal operation of an inverter. By means of a phase angle control device, amplitude components can be controllably cut out of a change or three-phase current in order to provide a rectification, wherein an adjustment of the level of the DC voltage and the harmonic distortion can be achieved. Thus, the use of passive diodes can be dispensed with, and an improved and adaptive DC power supply can be provided.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung und/oder zumindest eine Motorumrichtervorrichtung durch eine Überbrückungs-Schalteinrichtung überbrückbar sein. Durch eine Überbrückungs-Schalteinrichtung lässt sich beispielsweise die Ladeumrichtervorrichtung aus der Pitchmotor-Ansteuerschaltung herausschalten oder eine Motorumrichtervorrichtung überbrücken. Dies kann insbesondere im Fehlerfall vorteilhaft sein, da beispielsweise bei Ausfall einer Motorumrichtervorrichtung die Ladeumrichtervorrichtung deren Funktion übernehmen und den Pitchmotor steuern kann. Ebenfalls können bei einer Beschädigung der Ladeumrichtervorrichtung die Motorumrichtervorrichtungen direkt mit dem Versorgungsnetz verbunden sein, so dass eine redundante Auslegung und damit eine erhöhte Robustheit der Ansteuerschaltung gegen Fehler und Ausfall erreicht werden kann. In an advantageous development, the at least one charging converter device and / or at least one motor converter device can be bridged by a bridging switching device. By means of a bridging switching device, for example, the charging converter device can be switched out of the pitch motor drive circuit or a motor converter device can be bridged. This can be advantageous, in particular in the event of a fault, since, for example, if a motor converter device fails, the charging converter device can take over its function and control the pitch motor. Likewise, if the charging converter device is damaged, the motor converter devices can be connected directly to the supply network, so that a redundant design and thus an increased robustness of the drive circuit against errors and breakdown can be achieved.

Vorteilhafterweise können zumindest zwei Ladeumrichtervorrichtungen umfasst sein, wobei mittels einer Schaltmatrix, die eine Mehrzahl von Kupplungsschalteinrichtungen umfasst, zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung mit jeder Motorumrichtervorrichtung verbindbar sein kann. Durch das Vorhandensein von zwei oder mehreren Ladeumrichtervorrichtungen, die einer oder einer Gruppe von Motorumrichtervorrichtungen zugeordnet sind, und einer Schaltmatrix, die ermöglicht, die Ladeumrichtervorrichtungen parallel oder unabhängig voneinander mit verschiedenen Motorumrichtervorrichtungen zu verbinden, kann die Redundanz erhöht, und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Ansteuerschaltung weiterhin gesenkt werden, um einen robusten und langlebigen Betrieb der Ansteuerschaltung zu erreichen. Advantageously, at least two charging converter devices can be included, wherein by means of a switching matrix which comprises a plurality of clutch switching devices, at least one charging converter device can be connectable to each motor converter device. The presence of two or more power converter devices associated with one or a group of motor drive devices and a switching matrix that enables the power converter devices to be connected in parallel or independently to different motor drive devices increases redundancy and further reduces the probability of failure of the drive circuit in order to achieve a robust and long-lasting operation of the drive circuit.

Das gebildete Lokalnetz zwischen Ladeumrichtervorrichtung und Motorumrichtervorrichtung kann geerdet oder auch erdfrei betrieben sein. Wird es erdfrei als sogenanntes IT-Netz betrieben, kann vorteilhafterweise das Lokalnetz durch eine Isolationsüberwachungsvorrichtung auf Isolationsfehler überwacht werden, die bevorzugt in oder nachgeschaltet zur Ladeumrichtervorrichtung angeordnet ist. Das IT-Netz hat gute EMV-Eigenschaften, außerdem führt in diesem Netz ein einfacher Erdschluss nicht zur sofortigen Abschaltung des Netzes. Insbesondere bei Einsatz eines sekundärseitigen Transformators im Lokalnetz kann die Sekundärseite durch eine Isolationsüberwachungsvorrichtung überwacht werden. Ein IT-Netz ist einfehlersicher, so dass bei einem einzelnen Erdschluss kein Ausfall der Ansteuerschaltung auftritt. Somit kann in einem Isolationsfehlerfall zunächst ein weiterer Betrieb gewährleistet werden. Die Isolationsüberwachungsvorrichtung ermöglicht, Erdschlüsse im Lokalnetz frühzeitig zu erkennen und Isolationsfehler anzuzeigen, bevor ein Ausfall der Ansteuerschaltung erfolgt. Das IT-Netz hat eine wesentlich höhere Ausfallsicherheit als andere TN- oder TT-Netze. IT-Systeme bieten hinsichtlich der Versorgungssicherheit die meisten Vorteile aller Netzformen.The formed local area network between the charging converter device and the motor converter device can be grounded or groundless. If it is operated without earth as a so-called IT network, the local area network can advantageously be monitored by an insulation monitoring device for insulation faults, which is preferably arranged in or downstream of the charging converter device. The IT network has good EMC characteristics and, in addition, a simple ground fault does not result in immediate disconnection of the network in this network. In particular, when using a secondary-side transformer in the local area network, the secondary side can be monitored by an insulation monitoring device. An IT network is fail-safe, so that no failure of the drive circuit occurs in a single ground fault. Thus, a further operation can be guaranteed in an insulation fault first. The insulation monitoring device makes it possible to detect earth faults in the local network early and to indicate insulation faults before a failure of the control circuit takes place. The IT network has much higher reliability than other TN or TT networks. In terms of security of supply, IT systems offer the most advantages of all network forms.

In einem nebengeordneten Aspekt schlägt die Erfindung ein Betriebsverfahren für die Pitchmotor-Ansteuerschaltung vor, wobei in Abhängigkeit des Ladestroms und/oder des Ladezustands zumindest eines in einer Notbetriebsversorgungseinrichtung umfassten Energiespeichers eine Amplitudenhöhe, Spannungsverlaufsform und/oder Frequenz des Lokalnetzes der Ladeumrichtervorrichtung insbesondere zur Glättung von Oberwellen eingestellt wird. Somit wird die Ladeumrichtervorrichtung derart gesteuert, dass sie eine Spannung im Lokalnetz abgibt, deren Amplitudenhöhe, deren Spannungsverlauf und/oder Frequenz von einem aktiven Pitchbetrieb oder einem Ladebetrieb der Notbetriebsversorgungseinrichtung in der Motorumrichtervorrichtung abhängt. So kann bei tief entladenen Notbetriebsversorgungseinrichtungen eine höhere Amplitude und eventuell ein hoher Oberwellenanteil im Lokalnetz bereitgestellt werden, während bei einer vollgeladenen oder hochgeladenen Notbetriebsversorgungseinrichtung geringe Oberwellen und eine niedrige Lokalnetzspannung angelegt werden können. Somit kann optimiert auf den Ladezustand die Lokalnetzspannung der Ladeumrichtervorrichtung eingestellt werden.In a sidelined aspect, the invention proposes an operating method for the pitch motor drive circuit, wherein, depending on the charging current and / or the state of charge of at least one energy store included in an emergency operating device, an amplitude level, voltage waveform and / or frequency of the local network of the charging converter device, in particular for smoothing harmonics is set. Thus, the charging converter device is controlled such that it outputs a voltage in the local area network whose amplitude level, whose voltage profile and / or frequency depends on an active pitch operation or a charging operation of the emergency operating device in the motor converter device. Thus, in deep-discharged emergency operation facilities, a higher amplitude and possibly a high harmonic content in the local area network can be provided, while low harmonics and a low local network voltage can be applied to a fully charged or uploaded emergency operation facility. Thus, optimized for the state of charge, the local network voltage of the charger device can be adjusted.

Beispielsweise kann im Fall eines abnehmenden Ladezustands vorteilhaft ein trapezförmiger Amplitudenverlauf der Ladespannung gewählt werden, so dass ein vorgegebener maximal zulässiger Ladestrom nicht überschritten wird. Entsprechend kann die Maximalamplitude der Ladeumrichtervorrichtung für das Lokalnetz im Falle eines niedrigen Ladezustands bei 100 % der Maximalamplitude gewählt werden, während bei erhöhtem Ladezustand lediglich 70 % der Maximalamplitude im Lokalnetz eingespeist werden. Hierdurch wird abhängig vom Ladezustand der Notbetriebsversorgungseinrichtung eine andere Spannungsverlaufsform, Frequenz und Spannungshöhe für das Lokalnetz eingesetzt, um eine optimierte Ladegeschwindigkeit und Energieeffizienz zu erreichen. For example, in the case of a decreasing state of charge, advantageously a trapezoidal amplitude characteristic of the charging voltage can be selected, so that a predetermined maximum permissible Charging current is not exceeded. Accordingly, the maximum amplitude of the charger for the local area network can be selected at 100% of the maximum amplitude in the case of a low state of charge, while only 70% of the maximum amplitude in the local area network is input when the state of charge is increased. As a result, depending on the state of charge of the emergency power supply device, a different voltage waveform, frequency and voltage level is used for the local area network in order to achieve an optimized charging speed and energy efficiency.

Insbesondere ist es Aufgabe des Betriebsverfahrens, den Ladestrom so einzustellen, dass Oberwellen geglättet werden können, um einen optimierten Ladestrom einstellen zu können. Durch den Einsatz einer Phasenanschnittsteuerung oder eines IGBT-Wechselrichters zur Gleichrichtung, d.h. einer aktiven Gleichrichtereinrichtung, können insbesondere Überspannungen des Netzes kompensiert werden, so dass ein HVRT-/LVRT-Betrieb der Pitch-Ansteuerschaltung ermöglicht wird. In particular, it is the task of the operating method to set the charging current so that harmonics can be smoothed in order to be able to set an optimized charging current. By using a phase control or IGBT inverter for rectification, i. an active rectifier device, in particular overvoltages of the network can be compensated so that a HVRT / LVRT operation of the pitch drive circuit is made possible.

Die Ladeumrichtervorrichtung kann als Active Front End ausgelegt sein und kann bei einer zentralen Anordnung alle Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen gemeinsam in einem optimalen Lokalnetz mit Versorgungsspannung versorgen, so dass sowohl im aktiven Pitchbetrieb als auch im Ladebetrieb eine für die Anwendungsfälle optimierte Spannungsversorgung gewährleistet werden kann.The charging converter device can be designed as an active front end and, in a central arrangement, can supply all pitch motor converter devices together with supply voltage in an optimal local network, so that a voltage supply optimized for the applications can be ensured both in active pitch mode and in charging mode.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the present description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:Show it:

1 eine Windkraftanlage mit pitchgeregelten Rotorblättern; 1 a wind turbine with pitch-controlled rotor blades;

2 eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung des Stands der Technik; 2 a pitch motor drive circuit of the prior art;

3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, 3 A first embodiment of a drive circuit according to the invention,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung; 4 a further embodiment of a drive circuit according to the invention;

5 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung; 5 another example of a drive circuit according to the invention;

6 zwei Beispiele erfindungsgemäßer Ansteuerschaltungen; 6 two examples of drive circuits according to the invention;

7 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung; 7 another example of a drive circuit according to the invention;

8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung; 8th a further embodiment of a drive circuit according to the invention;

9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung. 9 a further embodiment of a drive circuit according to the invention.

10 eine Kombination aus Transformator und Gleichrichtereinrichtung zur optimierten Bereitstellung einer Gleichspannung für eine Ausführungsform der Erfindung; 10 a combination of transformer and rectifier means for optimally providing a DC voltage for an embodiment of the invention;

11 eine Ausführungsform einer Umrichtereinrichtung mit aktiver Gleichrichtereinrichtung zum Einsatz in einer Ausführungsform der Erfindung; 11 an embodiment of an inverter device with active rectifier device for use in an embodiment of the invention;

12 eine Amplitudenverlaufsform für eine Lokalnetzspannung bei niedrigem Ladezustand für eine Ausführungsform der Erfindung. 12 an amplitude waveform for a local power voltage at low state of charge for an embodiment of the invention.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals.

Die 1 zeigt eine Windkraftanlage 100, bei der eine Gondel 104 auf einem Mast 102 ruht. In der Gondel 104 ist eine Rotornabe 106 eingebracht, auf der drei Rotorblätter 108 angeordnet sind. Zum Einstellen eines Anstellwinkels der Rotorblätter 108 gegenüber dem Wind sind Pitchstellvorrichtungen 110 vorgesehen, die am Übergang zwischen Rotornabe 106 und Rotorblatt 108 angebracht sind, und die einen Pitchwinkel 116 einstellen können. Insbesondere bei schwerem Wetter wie Sturm, Gewitter, Schneefall oder Hagel ist die Windkraftanlage rauen Umweltbedingungen ausgesetzt, wobei heftige Windwechsel stattfinden können. In der Regel treten durch das erhöhte Aufkommen von regenerativen Energien starke Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz auf, so dass zum Antrieb der Pitchstellvorrichtungen 110 eine robuste Ansteuerschaltung vorzusehen ist.The 1 shows a wind turbine 100 in which a gondola 104 on a mast 102 rests. In the gondola 104 is a rotor hub 106 introduced, on the three rotor blades 108 are arranged. For adjusting an angle of attack of the rotor blades 108 opposite to the wind are pitch adjusters 110 provided at the transition between rotor hub 106 and rotor blade 108 attached, and a pitch angle 116 can adjust. Especially in heavy weather such as storms, thunderstorms, snowfall or hail the wind turbine is exposed to harsh environmental conditions, with violent wind changes can take place. As a rule, the increased incidence of regenerative energies causes strong voltage fluctuations in the supply network, so that the pitch actuators are driven 110 a robust drive circuit is provided.

In der 2 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Pitchmotor-Ansteuerschaltung 10 dargestellt. An einem dreiphasigen Versorgungsnetz PG 12 ist eine Umrichtereinrichtung 14 angeschlossen, die einen dreiphasigen Pitchmotor 28 mit elektrischer Energie versorgt. Der Pitchmotor 28 treibt über eine Pitchantriebswelle 114 und ein Pitchgetriebe 112 eine Pitchstellvorrichtung 110 an, die ein Rotorblatt 106 in ihrem Pitchwinkel 116 gegenüber dem anströmenden Wind verstellt. Hierdurch lässt sich die Drehzahl und Leistung der Windkraftanlage 100 an unterschiedliche Windbedingungen anpassen. Zur elektrischen Versorgung der drei Motorstränge 30 des Pitchmotors 28 werden die drei Phasen des Versorgungsnetzes 12 über eine Gleichrichtereinrichtung 16 in einen DC-Zwischenkreis 34 gleichgerichtet. Die Gleichrichtereinrichtung 16 umfasst sechs Gleichrichterdioden 22, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Im DC-Zwischenkreis 34 ist eine DC-Glättungseinrichtung 20 in Form eines Kondensators eingesetzt, wobei dieser bei entsprechend hoher Kapazität auch eine Notbetriebsversorgungseinrichtung ausbilden kann, und beispielsweise bei Stromausfall eine kurzfristige Aufrechterhaltung der Zwischenkreisspannung ermöglicht, so dass der Pitchwinkel 116 derart eingestellt werden kann, dass eine sichere Fahneneinstellung des Rotorblatts 108 erreicht wird, um somit die Windkraftanlage 100 außer Betrieb zu setzen. Die Gleichspannung des DC-Zwischenkreises 34 wird in einer Wechselrichtereinrichtung 18 mittels einer Brückenschaltung von sechs IGBT-Wechselrichterschaltelementen 24 in eine Drehspannung variabler Frequenz und Amplitude umgewandelt. Jedem IGBT 24 ist eine Freilaufdiode 26 parallel geschaltet, die einen gerichteten Stromfluss durch die Wechselrichter-Halbbrücke ermöglicht. Durch eine nicht dargestellte Steuervorrichtung kann die Schaltfrequenz der Wechselrichtereinrichtung 18 derart verändert werden, um eine variable Frequenz und Spannungshöhe der Versorgungsspannung für die Versorgungsphasen 32 des Pitchmotors 28 einzustellen, um somit verschiedene Drehzahlen und Drehmomente des Pitchmotors 28 bereitstellen zu können. In the 2 is a pitch motor drive circuit known in the art 10 shown. On a three-phase supply network PG 12 is a converter device 14 connected to a three-phase pitch motor 28 supplied with electrical energy. The pitch motor 28 drives over a pitch drive shaft 114 and a pitch gear 112 a pitch adjustment device 110 on, which is a rotor blade 106 in their pitch angle 116 adjusted against the incoming wind. This allows the speed and power of the wind turbine 100 adapt to different wind conditions. For electrical supply of the three motor strings 30 of pitch motor 28 become the three phases of the supply network 12 via a rectifier device 16 in a DC link 34 rectified. The rectifier device 16 includes six rectifier diodes 22 which are arranged in a bridge circuit. In the DC link 34 is a DC smoothing device 20 used in the form of a capacitor, which can also form an emergency operation supply device with a correspondingly high capacity, and, for example, a short-term maintenance of the intermediate circuit voltage allows in case of power failure, so that the pitch angle 116 can be adjusted so that a safe flag setting of the rotor blade 108 is reached, thus the wind turbine 100 to put out of service. The DC voltage of the DC link 34 is in an inverter device 18 by means of a bridge circuit of six IGBT inverter switching elements 24 converted into a three-phase voltage of variable frequency and amplitude. Every IGBT 24 is a freewheeling diode 26 connected in parallel, which allows a directed current flow through the inverter half-bridge. By a control device, not shown, the switching frequency of the inverter device 18 be changed to a variable frequency and voltage level of the supply voltage for the supply phases 32 of the pitch motor 28 To set, thus different speeds and torques of the pitch motor 28 to be able to provide.

In der dargestellten Ansteuerschaltung 10 des Stands der Technik ergibt sich der Nachteil, dass variable Versorgungsspannungen des Netzes PG 12 einen unmittelbaren Einfluss auf die Höhe der DC-Zwischenkreisspannung haben, und ein gerichteter Ladestrom für die Notbetriebsversorgungseinrichtung 20 nicht gewährleistet werden kann. Insbesondere lassen sich hochkapazitive Kondensatoranordnungen oder Supercaps in einer derartigen Ansteuerschaltung 10 nicht integrieren, da eine notwendige Laderegelung einen hohen schaltungstechnischen Aufwand und dementsprechend hohe Kosten verursacht.In the illustrated drive circuit 10 The prior art has the disadvantage that variable supply voltages of the network PG 12 have a direct influence on the level of DC link voltage, and a directed charging current for the emergency power supply 20 can not be guaranteed. In particular, high-capacitance capacitor arrangements or supercaps can be used in such a drive circuit 10 do not integrate, since a necessary charge control causes a high circuit complexity and therefore high costs.

In der 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung 40 dargestellt. Eine Ladeumrichtervorrichtung 50 ist dreiphasig mit einem Versorgungsnetz PG 12 verbunden. Die Ladeumrichtervorrichtung 50 umfast eine Gleichrichtereinrichtung 16, die einen Brückengleichrichter mit passiven Dioden 22 umfasst. Die Gleichrichtereinrichtung 16 stellt einen DC-Zwischenkreis 34 zur Verfügung, der zur Glättung eine DC-Glättungseinrichtung 20 aufweist. Am DC-Zwischenkreis 34 ist eine Wechselrichtereinrichtung 16 mit drei Wechselrichterbrücken angeschlossen, in denen jeweils IGBT-Schaltelemente 24 mit Freilaufdioden 26 ein dreiphasiges Lokalnetz 54 versorgen. Die Ladeumrichtereinrichtung 50 dient dazu, das spannungs- und frequenzvariable Lokalnetz 54 mit Energie zu versorgen, an das drei Motorumrichtereinrichtungen 52 zum regelbaren Betrieb dreier Pitchmotoren 28 angeordnet sind. Jede Motorumrichtereinrichtung 52 umfasst wiederum einen DC-Zwischenkreis, der über einen nicht dargestellten Laderegler mit einer hochkapazitiven Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 verbunden ist. Im Fall eines Ausfalls der Ladeumrichtereinrichtung 50 oder einem Ausfall des Versorgungsnetzes 12 kann die Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 zumindest kurzfristig die Motorumrichtervorrichtung 52 mit Energie versorgen, um den jeweiligen Pitchantrieb 28 in eine Fahnenstellung zu verfahren. Die zur Aufladung der Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 benötigte elektrische Energie wird über das Lokalnetz 54 bereitgestellt, wobei die Ladeumrichtervorrichtung 50 für einen aktiven Pitchbetrieb und für einen Ladebetrieb unterschiedliche Spannungen und Frequenzen im Lokalnetz 54 zur Verfügung stellen kann. In the 3 is a first embodiment of a drive circuit 40 shown. A charging converter device 50 is three-phase with a supply network PG 12 connected. The charging converter device 50 includes a rectifier device 16 using a bridge rectifier with passive diodes 22 includes. The rectifier device 16 provides a DC link 34 available for smoothing a DC smoothing device 20 having. At the DC link 34 is an inverter device 16 connected with three inverter bridges, each containing IGBT switching elements 24 with freewheeling diodes 26 a three-phase local network 54 supply. The charging converter device 50 serves to the voltage and frequency variable local network 54 to power to the three motor inverter devices 52 for controllable operation of three pitch motors 28 are arranged. Each motor inverter device 52 in turn comprises a DC intermediate circuit, which via a charge controller, not shown, with a high-capacity emergency power supply device 56 connected is. In case of failure of the charging converter device 50 or a failure of the supply network 12 can the emergency power supply 56 at least in the short term the motor converter device 52 provide energy to the respective pitch drive 28 to move into a flag position. The for charging the emergency operation device 56 required electrical energy is transmitted through the local area network 54 provided, wherein the Ladeumrichtervorrichtung 50 for active pitch operation and for charging operation different voltages and frequencies in the local area network 54 can provide.

In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 42 einer Ansteuerschaltung dargestellt. Als Weiterentwicklung zu der in 3 dargestellten Ausführungsform 40 weist die Ladeumrichtervorrichtung 50 eine angeschlossene Ladeumrichter-Steuervorrichtung 60 auf. Die Steuervorrichtung 60 kann Spannungsverlaufsform, Frequenz und Maximalamplitude der in das Lokalnetz 54 eingespeisten Energie der Ladeumrichtervorrichtung 50 beeinflussen. Die Ladeumrichter-Steuervorrichtung 60 ist mit Ladestrom-Sensoreinrichtungen 58 verbunden, die einen Ladezustand bzw. Ladestrom zwischen den Motorumrichtervorrichtungen 52 und den Notbetriebsversorgungseinrichtungen 56 messen können. Je nach Ladestrom kann die Spannung im Lokalnetz 54 gesteuert werden. Zur Reduzierung von Oberwellen und von schaltfrequenten Signalanteilen ist eine Filtervorrichtung 70 der Ladeumrichtervorrichtung 50 nachgeschaltet, die Oberwellen dämpfen und einen sinusförmigen Verlauf des Lokalnetzes 54 bereitstellt. Zur Spannungsanpassung kann ein Transformator 76 im Lokalnetz 54 eingeschaltet sein, um die Spannung im Lokalnetz 54 an eine Sollspannung der Motorumrichtervorrichtungen 52 anzupassen. In the 4 is another embodiment 42 a drive circuit shown. As a progression to the in 3 illustrated embodiment 40 indicates the charger converter device 50 a connected charging converter control device 60 on. The control device 60 can voltage waveform, frequency and maximum amplitude of the local network 54 fed energy of the charger converter device 50 influence. The charge converter control device 60 is with charging current sensor devices 58 connected to a state of charge or charging current between the Motorumrichtervorrichtungen 52 and the emergency service facilities 56 can measure. Depending on the charging current, the voltage in the local network 54 to be controlled. To reduce harmonics and switching frequency signal components is a filter device 70 the load converter device 50 downstream, dampen the harmonics and a sinusoidal course of the local network 54 provides. For voltage adjustment, a transformer 76 in the local network 54 be on to the voltage in the local area network 54 to a target voltage of the motor converter devices 52 adapt.

Eine Weiterentwicklung der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung 42 ist als Ansteuerschaltung 44 in 5 dargestellt. Hierbei ist die Ladeumrichtervorrichtung 50, die Filtervorrichtung 70 mit Filterdrossel 72 und Filterkapazität 74 sowie eine Transformatorvorrichtung 76 in einer Gondel 104 einer Windkraftanlage 100, d.h. in einem ruhenden Teil der Energieanlage angeordnet. Über eine Schleifring-Kontaktvorrichtung 62 wird elektrische Energie über drei Phasen des Lokalnetzes 54 in den rotierenden Teil, d.h. in die Rotornabe 106 überführt, um elektrische Energie für die Motorumrichtervorrichtungen 52 bereitzustellen. Zur Steuerung von Frequenz, Amplitudenverlaufsform und -phase im Lokalnetz 54 sind Ladestrom-Steuereinrichtungen 58, die beispielsweise Strom- und Spannungsmessvorrichtungen sein können, oder die indirekt durch das Steuerverhalten der Motorumrichtervorrichtungen 52 den Ladestrom und die Ladekapazität der Niederbetriebsversorgungseinrichtung 56 bestimmen können, über eine Informationsübertragungsvorrichtung 64 mit den Schleifring-Kontaktvorrichtungen 62 verbunden. Die Informationsübertragungsvorrichtung 64 kann eine Powerline-Verbindung sein, die ein Informationsfrequenzsignal über die Schleifring-Kontaktvorrichtung 62 in den ruhenden Teil der Energieanlage 100 überträgt. Im ruhenden Teil befindet sich eine Powerline-Kopplungseinrichtung 68, durch die Informationssignale aus der Pitchantrieb-Stromzuführung des Lokalnetzes 54 extrahiert und der Steuervorrichtung 60 zugeführt werden. Somit können ohne zusätzlichen Verkabelungsaufwand mithilfe einer Trägerfrequenzinformationsübertragung über eine Schleifeinrichtung 62 Steuerinformationen der Ladeumrichtervorrichtung 50 der Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 mono- oder bidirektional übertragen werden, um das Lokalnetz 54 je nach Betriebszustand anpassen zu können, und um die Wechselrichter anzusteuern und/oder zu überwachen.An advancement of in 4 shown drive circuit 42 is as a drive circuit 44 in 5 shown. Here is the charger converter 50 , the filter device 70 with filter choke 72 and filter capacity 74 and a transformer device 76 in a gondola 104 a wind turbine 100 , ie arranged in a stationary part of the energy system. Via a slip ring contact device 62 Electricity is transmitted through three phases of the local network 54 in the rotating part, ie in the rotor hub 106 transferred to electrical energy for the motor inverter devices 52 provide. To control frequency, amplitude shape and phase in local area network 54 are charging current control devices 58 , which may be, for example, current and voltage measuring devices or indirectly by the control behavior of the motor converter devices 52 the charging current and the charging capacity of the low-power supply device 56 determine via an information transfer device 64 with the slip ring contact devices 62 connected. The information transmission device 64 may be a powerline connection that provides an information frequency signal via the slip ring contactor 62 in the dormant part of the power plant 100 transfers. In the dormant part is a powerline coupling device 68 , by the information signals from the pitch drive power supply of the local area network 54 extracted and the control device 60 be supplied. Thus, with no additional cabling overhead, carrier information can be transmitted via a grinder 62 Control information of the load converter device 50 the emergency power supply 56 monorized or bidirectionally transmitted to the local area network 54 depending on the operating state, and to control the inverters and / or to monitor.

In den Ausführungsformen der 6a und 6b von erfindungsgemäßen Ansteuerschaltungen 46 sind zwischen Ladeumrichtervorrichtung 50 und Versorgungsnetz PG 12 eine Spannungsanpassungsvorrichtung in Form einer Transformatorvorrichtung 76 in 6a und in Form einer Phasenanschnittsteuereinrichtung 36 in 6b dargestellt. Die Transformatorvorrichtung 76 ermöglicht eine feste Anpassung der Spannungshöhe des Versorgungsnetzes 12 an den Eingang der Ladeumrichtervorrichtung 50. Eine adaptive Spannungsanpassung kann durch eine Phasenanschnittsteuereinrichtung 36 ermöglicht werden, um insbesondere einen Low/High-Voltage-Ride-Through-Betrieb zu ermöglichen. So kann im Falle von Überspannung die Phasenanschnittsteuereinrichtung 36 ein Herabsetzen des Spannungsniveaus ermöglichen, um die Ladeumrichtervorrichtung 50 vor Überspannung zu schützen.In the embodiments of the 6a and 6b of drive circuits according to the invention 46 are between loader device 50 and supply network PG 12 a voltage adjustment device in the form of a transformer device 76 in 6a and in the form of a phase control device 36 in 6b shown. The transformer device 76 allows a fixed adjustment of the voltage level of the supply network 12 to the input of the charger converter device 50 , An adaptive voltage adjustment can be achieved by a phase angle control device 36 in particular to enable a low / high voltage ride-through operation. Thus, in the case of overvoltage, the phase control device 36 allow the voltage level to be lowered to the load converter device 50 to protect against overvoltage.

In einer weiteren Ausführungsform in 7, die der Ausführungsform in 3 ähnelt, sind zum adaptiven Abschalten der Ladeumrichtervorrichtung 50 oder der Motorumrichtervorrichtungen 52 parallel geschaltete Schaltelemente 78 als Überbrückungs-Schalteinrichtungen vorgesehen, durch die beispielsweise ein Wegschalten bei Ausfall einer Umrichtervorrichtung 50, 52 durchgeführt werden kann, um eine hohe Redundanz und eine Notfallbetriebssicherheit der Ansteuerschaltung 46 zu gewährleisten. So kann bei Ausfall der zentralen Ladeumrichtervorrichtung 50 diese überbrückt werden, und eine in 2 dargestellte Ansteuerschaltung 10 nach dem Stand der Technik ausbilden. Beim Ausfall einer einzelnen Motorumrichtervorrichtung 52 kann ein selektiver Betrieb des betroffenen Pitchmotors 28 durch die Ladeumrichtervorrichtung 50 bereitgestellt werden. In a further embodiment in 7 that of the embodiment in 3 are for adaptive shutdown of the load converter device 50 or the motor inverter devices 52 parallel switching elements 78 provided as a bridging switching devices, by the example, a switching off in case of failure of a converter device 50 . 52 can be performed to high redundancy and emergency operation safety of the drive circuit 46 to ensure. Thus, in case of failure of the central converter device 50 these are bridged, and one in 2 shown drive circuit 10 form the state of the art. In case of failure of a single motor inverter device 52 can be a selective operation of the affected pitch motor 28 through the charge converter device 50 to be provided.

Das Lokalnetz 54 kann als IT-Netz ohne Erdung ausgebildet sein, wobei eine Isolationsüberwachungsvorrichtung 118 die Isolationsverhältnisse der Phasen gegenüber leitfähigen Teilen überwachen kann, wobei beim Schluss einer einzigen Phase zunächst ein weiterer Betrieb ermöglicht ist. Erst wenn zwei Phasen einen Erdschluss aufweisen, würde es zu einem Ausfall der Ansteuerschaltung kommen. Hierdurch werden eine Absenkung der Fehleranfälligkeit und eine höhere Robustheit der Ansteuerschaltung 46 gewährleistet. The local area network 54 can be designed as an IT network without grounding, with an insulation monitoring device 118 monitor the insulation conditions of the phases with respect to conductive parts, with the conclusion of a single phase, first, a further operation is possible. Only when two phases have a ground fault, there would be a failure of the drive circuit. As a result, a reduction in the susceptibility to errors and a higher robustness of the drive circuit 46 guaranteed.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel 48 in 8 ist jeder Motorumrichtervorrichtung 52 eine eigene Ladeumrichtervorrichtung 50 vorgeschaltet. Durch eine Schaltmatrix, bestehend aus Kopplungs-Schalteinrichtungen K312, K313 und K323 80 kann praktisch jede Ladeumrichtervorrichtung 50 mit jeder Motorumrichtervorrichtung 52 beliebig verbunden werden, so dass bei Ausfall einer oder zweier Ladeumrichtervorrichtungen 50 ein weiterer Betrieb einer Motorumrichtervorrichtung 52 gewährleistet werden kann. Des Weiteren sind jeder Umrichtervorrichtung 50, 52 eine Überbrückungs-Schalteinrichtung 78 parallel geschaltet, so dass eine Motorumrichtervorrichtung 52 und/oder eine Ladeumrichtervorrichtung 52 überbrückt werden kann und somit ein weiterer Betrieb des Pitchmotors 28 durch die jeweils weiterhin vorgeschaltete Ladeumrichter-/Motorumrichtervorrichtung 50, 52 gewährleisten kann. Somit wird eine höchstmögliche Redundanz und Wahlfreiheit beim Betrieb der Ansteuerschaltung gegeben, so dass eine hohe Robustheit und Langlebigkeit erreicht werden kann. Vorteilhafterweise sind Motor- und Ladeumrichtervorrichtung 50, 52 identisch aufgebaut, so dass viele Gleichbaugruppen eingesetzt werden können. In a further embodiment 48 in 8th is every engine converter device 52 a separate charger converter device 50 upstream. Through a switching matrix, consisting of coupling switching devices K312, K313 and K323 80 can be virtually any charger device 50 with every motor converter device 52 be connected at will, so that in case of failure of one or two Ladeumrichtervorrichtungen 50 another operation of a motor converter device 52 can be guaranteed. Furthermore, each converter device 50 . 52 a lock-up switching device 78 connected in parallel, so that a motor converter device 52 and / or a load converter device 52 can be bridged and thus another operation of the pitch motor 28 through the respectively further upstream charger converter / motor converter device 50 . 52 can guarantee. Thus, the highest possible redundancy and freedom of choice in the operation of the drive circuit is given, so that a high degree of robustness and longevity can be achieved. Advantageously, the motor and charger converter device 50 . 52 constructed identically, so that many Gleichbaugruppen can be used.

In der 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 98 einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung dargestellt. Diese kann in einem Normalbetrieb nach dem Stand der Technik die jeweiligen Pitchmotoren 28 durch Motorumrichtervorrichtungen 52 ansteuern. In einem Lademodus, in dem kein Antrieb der Pitchmotoren 28 erfolgt, kann durch eine Schaltmatrix umfassend Rückkopplungs-Schalteinrichtungen 94 jede Motorumrichtervorrichtung 52 als Ladeumrichtervorrichtung 50 für eine andere Motorumrichtervorrichtung 52 dienen, und so eine kontrollierte Aufladung einer in der Motorumrichtervorrichtung 52 integrierten Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 bereitstellen. Somit können zumindest zwei von drei Notbetriebsversorgungseinrichtungen 56 gleichzeitig durch einen rückwärtsgerichteten Betrieb einer Motorumrichtervorrichtung 52 aufgeladen werden. Hierdurch werden mit nur drei Umrichtervorrichtungen 52 die erfinderischen Vorteile erreicht, wobei in der Regel kein gleichzeitiger Pitch- und Ladebetrieb erfolgen kann. Zur Freischaltung gegenüber dem Versorgungsnetz 12 sind Netz-Freischalteinrichtungen 96 zum Abkoppeln der jeweils aufzuladenden Motorumrichtervorrichtungen 52 vorgesehen. Des Weiteren sind im Ladebetrieb die jeweiligen Pitchmotoren 28 der als Ladeumrichtervorrichtung 50 dienenden Motorumrichtervorrichtung 52 von der Umrichtervorrichtung 52 abgekoppelt, was mittels Motorentkopplungs-Schalteinrichtung 92 erreicht wird.In the 9 is another embodiment 98 a drive circuit according to the invention shown. This can in normal operation according to the prior art, the respective pitch motors 28 by motor inverter devices 52 drive. In a charging mode in which no drive of the pitch motors 28 can be performed by a switching matrix comprising feedback switching devices 94 every motor converter device 52 as a load converter device 50 for another motor inverter device 52 serve, and so a controlled charging of a in the motor converter device 52 integrated emergency power supply device 56 provide. Thus, at least two out of three emergency power supply facilities 56 simultaneously by a reverse operation of a motor converter device 52 to be charged. This will be done with only three inverter devices 52 achieved the inventive advantages, usually no simultaneous pitching and loading operation can take place. For activation against the supply network 12 are network disconnection devices 96 for uncoupling the respective motor converter devices to be charged 52 intended. Furthermore, the respective pitch motors are in charge mode 28 as the loader device 50 serving engine converter device 52 from the inverter device 52 uncoupled, which means by means of motor decoupling switching device 92 is reached.

Es ist durchaus denkbar, einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele von Ansteuerschaltungen der 3 bis 9 zu kombinieren, um vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung zu erreichen. It is quite conceivable, individual features of the embodiments of drive circuits of 3 to 9 to combine to achieve advantageous developments of the invention.

In der 10 ist ein B12-Gleichrichter 88 dargestellt, der einen Y Transformator 88 umfasst, der mit sechs Phasen eine 12p-Gleichrichtereinrichtung 90 speist. Der YΔ-Transformator 88 umfasst zwei Sätze von Transformatorspulen, wobei eine in Dreieck- und eine in Sternschaltung geschaltet ist. Die 12p Gleichrichtereinrichtung 90 umfasst zwei Brückengleichrichterschaltungen, wobei eine Brückengleichrichterschaltung die Phasen der Sterntransformatorschaltung und eine Brückengleichrichterschaltung die Phasen des Dreieckstransformatorspulen gleichrichtet. Mit dieser kann ein Drehstrom in eine qualitativ hochwertige Gleichspannung mit geringen Oberwellen umgewandelt werden, um hieraus eine Ladespannung für eine hochkapazitive Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 bereitstellen zu können. Ein B12-Gleichrichter 88 kann vorteilhaft in einer Ausführungsform der Erfindung zur Bereitstellung einer Zwischenkreis- und Ladespannung eingesetzt werden. In the 10 is a B12 rectifier 88 shown a Y transformer 88 includes the six-phase 12p rectifier device 90 fed. The YΔ transformer 88 includes two sets of transformer coils, one connected in delta and one star. The 12p rectifier device 90 includes two bridge rectifier circuits, wherein a bridge rectifier circuit rectifies the phases of the star transformer circuit and a bridge rectifier circuit rectifies the phases of the triangular transformer coils. With this, a three-phase current can be converted into a high-quality DC voltage with low harmonics in order to obtain a charging voltage for a high-capacitance emergency power supply 56 to be able to provide. A B12 rectifier 88 can be used advantageously in an embodiment of the invention for providing a DC link and charging voltage.

In der 11 ist eine AFE-Umrichtervorrichtung 82 dargestellt (active front end), die eine aktive Gleichrichtereinrichtung 84, einen Zwischenkreis 34 und eine Wechselrichtereinrichtung 16 umfasst. Die Gleichrichtereinrichtung 84 ist identisch zu einer Wechselrichtereinrichtung 16 aufgebaut. Die AFE-Umrichtervorrichtung 82 kann sowohl als Ladeumrichtervorrichtung 50 als auch als Motorumrichtervorrichtung 52 eingesetzt werden. Die aktive Gleichrichtervorrichtung 84 kann alternativ eine Phasenanschnittsteuereinrichtung umfassen, um eine variable Höhe der Zwischenkreisspannung einstellen zu können. In the 11 is an AFE inverter device 82 shown (active front end), which is an active rectifier device 84 , a DC link 34 and an inverter device 16 includes. The rectifier device 84 is identical to an inverter device 16 built up. The AFE inverter device 82 Can be used both as a charger converter 50 as well as a motor converter device 52 be used. The active rectifier device 84 Alternatively, it may comprise a phase control device in order to be able to set a variable level of the intermediate circuit voltage.

Schließlich zeigt 12 einen trapezförmigen Spannungsverlauf eines dreiphasigen Lokalnetzes 54, wobei die jeweils um 120° versetzten Phasen U, V, W einen trapezförmigen Verlauf und somit eine durchgehende Maximalspannung bereitstellen können. Hierdurch wird eine maximale Energiezulieferung in ein Lokalnetz 54 ermöglicht, um einen hohen Ladestrom, insbesondere bei niedrigem Ladezustand, der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung 56 bereitstellen zu können. Finally shows 12 a trapezoidal voltage waveform of a three-phase local network 54 , Wherein each offset by 120 ° phases U, V, W can provide a trapezoidal shape and thus a continuous maximum voltage. This will provide a maximum power delivery to a local area network 54 allows a high charging current, especially at low state of charge, the emergency operation power supply device 56 to be able to provide.

Die einzelnen Schalteinrichtungen 80, 92, 94 in den 7, 8 und 9 sind individuell schaltbar und lassen sich in die verschiedensten Schaltpositionen unabhängig voneinander verschalten. Sie können als mechanische Schaltrelais, aber auch als elektronische Leistungsschaltelemente ausgeführt sein, und sind in der Regel dreiphasig ausgebildet. The individual switching devices 80 . 92 . 94 in the 7 . 8th and 9 are individually switchable and can be interconnected independently of each other in a wide variety of switching positions. They can be designed as mechanical switching relays, but also as electronic power switching elements, and are generally formed in three phases.

Ist die Ladeumrichtervorrichtung zentral in einer Gondel oder im stehenden Teil einer Energieerzeugungsanlage angeordnet, so werden die Umgebungsbedingungen wie thermische Belastung oder mechanischer Stress der Ladeumrichtervorrichtung reduziert. Eine Informationsübertragung, beispielsweise des Ladezustands, kann über die Schleifring-Kontaktvorrichtung 62 beispielsweise durch eine Trägerfrequenzübertragung ermöglicht werden. Eine Phasenanschnittsteuereinrichtung oder eine Transformatorvorrichtung vor der Ladeumrichtervorrichtung kann eine Anpassung an eine variierende Versorgungsnetzspannung erreichen. Wird eine Transformatorvorrichtung oder eine Phasenanschnittsteuerung zwischen der Ladeumrichtervorrichtung im Lokalnetz und vor den Motorumrichtervorrichtungen vorgesehen, so kann im Ladebetrieb die Lokalnetzspannung auf eine geeignete Ladespannung der Notbetriebsversorgungseinrichtung eingestellt werden, und die Ladeumrichtervorrichtung kann mit geringen Strömen und reduzierten elektrischen Verlusten eine effiziente und schonende Aufladung erreichen. Durch den Einsatz einer erhöhten Frequenz im Lokalnetz kann ein Transformator baulich klein ausgeführt werden. Wird eine Transformatorvorrichtung vor der Ladeumrichtervorrichtung eingesetzt, so bieten sich ein B12-Transformator und eine 6p-Gleichrichtereinrichtung an, um eine Netzrückwirkung zu minimieren. Eine Isolationsüberwachungsvorrichtung kann vorteilhafterweise in der Ladeumrichtervorrichtung integriert sein, um ein erdfreies Lokalnetz überwachen zu können. Für eine Trägerfrequenzinformationsübertragung kann ein Trägerfrequenzstandard mit relativ niedriger Datenrate verwendet werden, wobei beispielsweise die Informationsübertragung eines Ladezustands einer einzelnen Motorumrichtervorrichtung über eine Phase des Lokalnetzes übertragen werden kann. Durch den Einsatz einer Drosselspule kann die Aufladung einer Notbetriebsversorgungseinrichtung weiterhin verbessert werden, da der Wechselstromanteil reduziert werden kann. Die Ladeumrichtervorrichtung kann als blockkommentiertes rückspeisefähiges Active-Front-End ausgeführt sein, um den Energieaustausch zwischen den Umrichtervorrichtungen zu ermöglichen. Alternativ zu einer variablen Spannung im Lokalnetz kann die Spannung im Lokalnetz auch fix eingestellt sein und der Ladestrom kann über eine gesteuerte Eingangsgleichrichtereinrichtung in der Motorumrichtervorrichtung eingestellt werden. If the charging converter device is arranged centrally in a nacelle or in the stationary part of a power generation plant, the environmental conditions such as thermal stress or mechanical stress of the charging converter device are reduced. An information transfer, for example, the state of charge, via the slip ring contact device 62 be made possible for example by a carrier frequency transmission. A phase gating controller or transformer device in front of the load converter device may achieve adaptation to a varying supply network voltage. If a transformer device or a phase control is provided between the charger in the local area network and in front of the motor converter devices, the local mains voltage can be set to a suitable charging voltage of the emergency operating device in the charging mode, and the charging device can achieve efficient and gentle charging with low currents and reduced electrical losses. By using an increased frequency in the local area network, a transformer can be made structurally small. When a transformer device is used in front of the load converter device, a B12 transformer and a 6p rectifier device are available to minimize network feedback. An insulation monitoring device can advantageously be integrated in the charging converter device in order to be able to monitor a floating local network. For a carrier frequency information transmission, a carrier frequency standard of relatively low data rate may be used, for example, the information transmission of a state of charge of a single motor conversion device may be transmitted through one phase of the local area network. By using a choke coil, the charging of an emergency operating device can be further improved because the AC component can be reduced. The load converter device may be implemented as a block-commented regenerative active front-end to enable the energy exchange between the inverter devices. As an alternative to a variable voltage in the local area network, the voltage in the local area network can also be fixed and the charging current can be set via a controlled input rectifier device in the motor converter device.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Pitchmotor-Ansteuerschaltung des Stands der Technik Pitch motor drive circuit of the prior art
1212
Versorgungsnetz supply network
1414
Pitchmotor-Umrichtervorrichtung Pitch motor-inverter
1616
Gleichrichtereinrichtung Rectifier means
1818
Wechselrichtereinrichtung Inverter means
2020
DC-Glättungseinrichtung/Notbetriebsversorgungseinrichtung DC smoother / Notbetriebsversorgungseinrichtung
2222
Gleichrichterdiode Rectifier diode
2424
Wechselrichter-IGBT Inverter IGBT
2626
Freilaufdiode Freewheeling diode
2828
Pitchmotor pitch engine
3030
Motorstrang motor phase
3232
Motor-Versorgungsphase Engine supply phase
3434
DC-Zwischenkreis DC link
3636
Phasenanschnittsteuereinrichtung Phase angle control device
3838
4040
Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
4242
Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
4444
Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
4646
Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
4848
Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
5050
Ladeumrichtervorrichtung Ladeumrichtervorrichtung
5252
Motorumrichtervorrichtung Motorumrichtervorrichtung
5454
Lokalnetz local area network
5656
Hochkapazitive Notbetriebsversorgungseinrichtung High capacity emergency power supply
5858
Ladestrom-Sensoreinrichtung Charging current sensor device
6060
Ladeumrichter-Steuervorrichtung Ladeumrichter controller
6262
Schleifring-Kontaktvorrichtung Slip ring contact device
6464
Informationsübertragungsvorrichtung Information transmission apparatus
6666
Powerline-Koppeleinrichtung-Rotationsseite Powerline coupling device rotation side
6868
Powerline-Koppeleinrichtung-Stationärseite Powerline coupling device-stationary side
7070
Filtervorrichtung filter means
7272
Filterdrossel filter inductor
7474
Filterkapazität filter capacity
7676
Transformatorvorrichtung transformer device
7878
Überbrückungs-Schalteinrichtung Bypass switch means
8080
Kopplungs-Schalteinrichtung Coupling switching device
8282
AFE-Umrichtervorrichtung AFE inverter
8484
Aktive Gleichrichtereinrichtung Active rectifier device
8686
B12-Transformator und Gleichrichtereinrichtung B12 transformer and rectifier device
8888
YΔ-Transformator YΔ transformer
9090
6p-Gleichrichtereinrichtung 6p-rectifier device
9292
Motorentkopplungs-Schalteinrichtung Motor decoupling switching device
9494
Rückkopplungs-Schalteinrichtung Feedback switching device
9696
Netz-Freischalteinrichtung Network disconnection device
9898
Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
100100
Windkraftanlage Wind turbine
102102
Mast mast
104104
Gondel gondola
106106
Rotornabe rotor hub
108108
Rotorblatt rotor blade
110110
Pitchstellvorrichtung Pitch actuator
112112
Pitchgetriebe pitch gear
114114
Pitchgetriebe-Antriebswelle Pitch gearbox input shaft
116116
Pitchwinkel pitch angle
118118
Isolationsüberwachungsvorrichtung Insulation monitoring device

Claims (13)

Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) für eine Wind- oder Wasserkraftanlage (100) umfassend zumindest eine, einem Pitchmotor (28) zugeordnete Motorumrichtervorrichtung (52), die eine Gleichrichtereinrichtung (16), eine Wechselrichtereinrichtung (18) und eine im DC-Zwischenkreis (34) zwischengeschaltete aufladbare Notbetriebsversorgungseinrichtung (56) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest einen Motorumrichtervorrichtung (52) zumindest eine mit einem Versorgungsnetz PG (12) verbundenen Ladeumrichtervorrichtung (50) vorgeschaltet ist, wobei die Ladeumrichtervorrichtung (50) eingerichtet ist, die Motorumrichtervorrichtung (52) mit einem Lokalnetz (54) zu versorgen. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) for a wind or hydroelectric power plant ( 100 ) comprising at least one, a pitch motor ( 28 ) associated motor converter device ( 52 ) comprising a rectifier device ( 16 ), an inverter device ( 18 ) and one in the DC link ( 34 ) intermediate rechargeable emergency power supply ( 56 ), characterized in that the at least one motor converter device ( 52 ) at least one with a supply network PG ( 12 ) connected load converter device ( 50 ), wherein the charging converter device ( 50 ), the motor converter device ( 52 ) with a local area network ( 54 ) to supply. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladeumrichtervorrichtung (50) das Lokalnetz (54) für alle Motorumrichtervorrichtungen (52) der Wind- oder Wasserkraftanlage (100) bereitstellt. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a charging converter device ( 50 ) the local area network ( 54 ) for all motor inverter devices ( 52 ) of the wind or hydroelectric power plant ( 100 ). Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeumrichtervorrichtung (50) eingerichtet ist, das Lokalnetz (54) mit einer Frequenz größer als die Netzfrequenz des Versorgungsnetzes PG (12), insbesondere mit 400Hz oder höher zu betreiben. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging converter device ( 50 ), the local area network ( 54 ) having a frequency greater than the network frequency of the supply network PG ( 12 ), in particular to operate at 400Hz or higher. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (60) der zumindest einen Ladeumrichtervorrichtung (50) eingerichtet ist, Ladestrom-Steuerinformationen der Notbetriebsversorgungseinrichtung (56) zu empfangen, insbesondere Ladestrom und/oder Ladezustand eines in der Notbetriebsversorgungseinrichtung (56) umfassten Energiespeichers, insbesondere eines integrierten Doppelschichtkondensator- oder Supercap-Energiespeichers, und weiterhin eingerichtet ist, diese Steuerinformation zur Steuerung von Amplitudenhöhe, Amplitudenform und/oder Frequenz des Lokalnetzes (54) einzusetzen. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a control device ( 60 ) of the at least one charging converter device ( 50 ), charging current control information of the emergency operating device ( 56 ), in particular charging current and / or state of charge of an emergency power supply device ( 56 ) Energy storage, in particular an integrated double-layer capacitor or supercap energy storage, and is further configured, this control information for controlling the amplitude height, amplitude shape and / or frequency of the local area network ( 54 ). Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung (50) im stationären Teil der Wind- oder Wasserkraftanlage (100), insbesondere in einer Gondel (104) einer Windkraftanlage (100) angeordnet ist und die Motorumrichtervorrichtungen (52) im rotierenden Teil, insbesondere in einer Rotornabe (106) angeordnet ist, wobei bevorzugt Steuerinformationen von einer Motorumrichtervorrichtung (52) zur Ladeumrichtervorrichtung (50) und umgekehrt über eine Informationsübertragungsvorrichtung (64), insbesondere über eine Schleifring-Kontaktvorrichtung (62) übertragbar sind. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one charging converter device ( 50 ) in the stationary part of the wind or hydroelectric power plant ( 100 ), especially in a gondola ( 104 ) of a wind turbine ( 100 ) and the motor inverter devices ( 52 ) in the rotating part, in particular in a rotor hub ( 106 ), wherein preferably control information from a motor converter device ( 52 ) to the charging converter device ( 50 ) and vice versa via an information transmission device ( 64 ), in particular via a slip ring contact device ( 62 ) are transferable. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ladeumrichtervorrichtung (50) und Motorumrichtervorrichtung (52) eine Filtervorrichtung (70) angeordnet ist. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the charging converter device ( 50 ) and motor converter device ( 52 ) a filter device ( 70 ) is arranged. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ladeumrichtervorrichtung (50) und Motorumrichtervorrichtung (52) und/oder zwischen Versorgungsnetz PG (12) und Ladeumrichtervorrichtung (50) eine Spannungsanpassungsvorrichtung, insbesondere eine Transformatorvorrichtung (76) oder eine Phasenanschnittsteuervorrichtung (36) angeordnet ist. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the charging converter device ( 50 ) and motor converter device ( 52 ) and / or between supply network PG ( 12 ) and load converter device ( 50 ) a voltage adjustment device, in particular a transformer device ( 76 ) or a phase control device ( 36 ) is arranged. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Motorumrichtervorrichtungen (52) und/oder die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung (50) eine aktive Gleichrichtereinrichtung (84) oder eine Phasenanschnittsteuervorrichtung (36) umfasst. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the motor converter devices ( 52 ) and / or the at least one charging converter device ( 50 ) an active rectifier device ( 84 ) or a phase control device ( 36 ). Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung (50) und/oder zumindest eine Motorumrichtervorrichtung (52) durch eine Überbrückungs-Schalteinrichtung (78) überbrückbar ist. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one charging converter device ( 50 ) and / or at least one motor converter device ( 52 ) by a bridging switching device ( 78 ) is bridgeable. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Ladeumrichtervorrichtungen (50) umfasst sind, wobei mittels einer Schaltmatrix umfassend eine Mehrzahl von Kopplungs-Schalteinrichtungen (80, 94) zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung (50) mit jeder Motorumrichtervorrichtung (52) verbindbar ist. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two charge converter devices ( 50 ), wherein a plurality of coupling switching devices ( 80 . 94 ) at least one charging converter device ( 50 ) with each motor converter device ( 52 ) is connectable. Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolationsüberwachungsvorrichtung (118) im Lokalnetz (54) umfasst ist, die bevorzugt in oder benachbart zur Ladeumrichtervorrichtung (50) angeordnet ist und das Lokalnetz (54) auf Isolationsfehler überwacht. Pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an insulation monitoring device ( 118 ) in the local area network ( 54 ), which are preferably located in or adjacent to the charging converter device ( 50 ) and the local area network ( 54 ) is monitored for insulation faults. Verfahren zum Betrieb einer Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Ladestroms und/oder des Ladezustands zumindest eines in einer Notbetriebsversorgungseinrichtung (20) umfassten Energiespeichers eine Amplitudenhöhe, Spannungsverlaufsform und/oder Frequenz des Lokalnetzes (54) der Ladeumrichtervorrichtung (50) insbesondere zur Glättung von Oberwellen eingestellt wird. Method for operating a pitch motor drive circuit ( 40 . 42 . 44 . 46 . 48 . 98 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that depending on the charging current and / or the state of charge at least one in an emergency operating device ( 20 ) Energy storage included an amplitude level, voltage waveform and / or frequency of the local area network ( 54 ) of the charging converter device ( 50 ) is adjusted in particular for smoothing harmonics. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines abnehmenden Ladezustands ein trapezförmiger Amplitudenverlauf der Ladespannung gewählt wird, sodass ein vorgegebener maximal zulässiger Ladestrom nicht überschritten wird. A method according to claim 12, characterized in that in the case of a decreasing state of charge, a trapezoidal amplitude curve of the charging voltage is selected so that a predetermined maximum allowable charging current is not exceeded.
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