DE102014226252A1 - Power combination device for connecting wind farm systems to medium and high voltage grids - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anschluss (I) zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren (1), insbesondere Windgeneratoren, an ein elektrisches Übertragungsnetz (3), wobei – jede einen elektrischen Generator (1) aufweisende Generatorstufe (Li) mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters (5) zur Transformation der Generatorspannung(en) an – einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9), und dieser an – einen gemeinsamen Konverter (10) zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz (3) elektrisch angeschlossen ist.The invention relates to a connection (I) for electrically connecting a number of electrical generators (1), in particular wind generators, to an electrical transmission network (3), wherein - each generator stage (Li) having an electrical generator (1) is connected by means of a respective associated AC / DC converter (5) for transforming the generator voltage (s) to - a first common intermediate circuit (9), and this to - a common converter (10) for connection to the electrical transmission network (3) is electrically connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anschluss zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren an ein Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetz (HGÜ). The invention relates to a connection for the electrical connection of a number of electrical generators to a high-voltage direct current transmission network (HVDC).

Eine herkömmliche Anbindung von Generatoren, insbesondere von Offshore-Windparks, erfolgt mittels herkömmlicher Komponenten, wie es beispielsweise AC/DC Konverter, Transformatoren und HGÜ-Stationen zur Anbindung an Stromnetze sind. Mittels diesen genannten Komponenten wird die von mehreren Generatoren, insbesondere Windgeneratoren, erzeugte elektrische Energie gebündelt und auf eine Gleichspannungsebene von beispielsweise 320kV transformiert, um diese verlustarm über Kabelverbindungen, die länger als 70 km sein können, zu übertragen. A conventional connection of generators, in particular of offshore wind farms, by means of conventional components, such as AC / DC converters, transformers and HVDC stations for connection to power grids are. By means of these mentioned components, the electrical energy generated by a plurality of generators, in particular wind generators, is bundled and transformed to a DC voltage level of, for example, 320 kV in order to transmit them with low loss via cable connections that can be longer than 70 km.

Es ist Aufgabe der Erfindung Kraftwerke oder Kraftanlagen, insbesondere Windkraftanlagen, an ein Hochspannungs-Übertragungsnetz anzuschließen, wobei ein Platzbedarf und/oder Kosten und/oder eine Komplexität im Vergleich zu herkömmlichen Technologien verringert sein soll(en). Ein entsprechender Anschluss soll insbesondere für Offshore-Anlagen vorteilhaft sein. It is an object of the invention to connect power plants or power plants, in particular wind turbines, to a high-voltage transmission network, wherein a space requirement and / or costs and / or complexity compared to conventional technologies to be reduced (s). An appropriate connection should be particularly advantageous for offshore installations.

Die Aufgabe wird durch einen Anschluss gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. The object is achieved by a connection according to the features of the main claim and a method according to the features of the independent claim.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Anschluss zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren, insbesondere Windgeneratoren, an ein elektrisches Übertragungsnetz vorgeschlagen, wobei jede einen elektrischen Generator aufweisende Generatorstufe mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters zur Transformation der Generatorspannung (EN) an einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis, und dieser an einen gemeinsamen Konverter zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz elektrisch angeschlossen ist. According to a first aspect, a connection for the electrical connection of a number of electric generators, in particular wind generators, proposed to an electrical transmission network, each having an electric generator generator stage by means of a respective associated AC / DC converter for transforming the generator voltage (EN) to a first common intermediate circuit, and this is electrically connected to a common converter for connection to the electrical transmission network.

Mittels Parallelschaltung sämtlicher Windgeneratoren an einen elektrischen Zwischenkreisspeicher wird eine Leistungskombinationsvorrichtung, die ebenso als Power Combiner bezeichnet werden kann, zur Anbindung von Windpark Anlagen an Mittel- und Hochspannungsnetze geschaffen. By means of parallel connection of all wind generators to an electric intermediate circuit memory, a power combination device, which can also be referred to as a power combiner, is created for the connection of wind farm systems to medium and high voltage networks.

Ein Zwischenkreis ist insbesondere eine elektrische Einrichtung, die als Energiespeicher mehrere elektrische Netze auf einer zwischengeschalteten Strom- oder Spannungsebene über Umrichter elektrisch koppelt. An intermediate circuit is in particular an electrical device which, as an energy store, electrically couples a plurality of electrical grids to an intermediate current or voltage level via converters.

AC steht für Wechselstrom. DC steht für Gleichstrom. HV steht für Hochspannung. AC stands for alternating current. DC stands for direct current. HV stands for high voltage.

IGBT steht für Insulated Gate Bipolar Transistor, bipolarer Transistor mit isoliertem Gate. IGBT stands for Insulated Gate Bipolar Transistor, Insulated Gate Bipolar Transistor.

Die Idee der vorliegenden Erfindung beruht auf einer neuartigen Topologie für die Anbindung einzelner Windgeneratoren bis zur Hochspannungsebene. Dabei erweist diese sich als kompakter und kostengünstiger als herkömmliche Technik. Bedingt durch diese vorgeschlagene Technologie werden die Komplexität und damit der Platzbedarf einer Anlage, insbesondere für den Offshore-Bereich, wirksam reduziert. Dies stellt in diesem Bereich eine zwingende Voraussetzung dar. The idea of the present invention is based on a novel topology for the connection of individual wind generators up to the high voltage level. This proves to be more compact and less expensive than conventional technology. Due to this proposed technology, the complexity and thus the space requirement of a plant, especially for the offshore sector, effectively reduced. This is a mandatory requirement in this area.

Dabei geschieht die Anbindung von Generatoren über einen AC/DC-Konverter, einen gemeinsamen Zwischenkreis-Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Zwischenkreiskondensators, den alle Generatoren, insbesondere Windgeneratoren, speisen und anschließend einen gemeinsamen Konverter. Bedingt durch hohe Taktfrequenzen im KHz-Bereich im Konverter kann die Bauform äußerst kompakt ausgeführt werden. Bedingt durch die hohe Taktfrequenz müssen die einzelnen Komponenten räumlich kompakt integriert werden, um elektromagnetische Kopplungen und Abstrahlungen zu unterbinden. Eine minimale Bauform der Generator-Anbindung wird herkömmlicherweise über die Verluste im Transformator und von Halbleiterschaltern bestimmt. In this case, the connection of generators via an AC / DC converter, a common DC link energy storage, for example in the form of a DC link capacitor, all the generators, in particular wind generators, feed and then a common converter. Due to high clock frequencies in the KHz range in the converter, the design can be extremely compact. Due to the high clock frequency, the individual components must be spatially compact integrated to prevent electromagnetic couplings and emissions. A minimal design of the generator connection is conventionally determined by the losses in the transformer and of semiconductor switches.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einer neuartigen Topologie für die Anbindung insbesondere von Windgeneratoren in Form eines gemeinsamen DC-Zwischenkreises bis zur Spannungsebene des elektrischen Übertragungsnetzes. Eine kompakte Bauform lässt sich mittels der Verwendung einer gemeinsamen Zwischenkreiskapazität (als Beispiel für einen gemeinsamen Zwischenkreis) und eines gemeinsamen Konverters nutzen, wobei die Baugröße gegenüber dem Stand der Technik wirksam verringert werden kann. Mittels der Nutzung der erfindungsgemäßen Leistungskombinationsvorrichtung in Form eines gemeinsamen Zwischenkreisspeichers können kostengünstige Lösungen bereitgestellt werden. Mittels einer gegenüber dem Stand der Technik ausgeführten Erhöhung der Taktfrequenz der verwendeten Konverter lässt sich das Volumen der einzelnen Komponenten wirksam verkleinern. The present invention is based on a novel topology for the connection in particular of wind generators in the form of a common DC intermediate circuit to the voltage level of the electrical transmission network. A compact design can be used by using a common DC link capacity (as an example of a common DC link) and a common converter, the size can be effectively reduced compared to the prior art. By means of the use of the power combination device according to the invention in the form of a common intermediate circuit memory, cost-effective solutions can be provided. The volume of the individual components can be effectively reduced by means of an increase in the clock frequency of the converters used compared with the prior art.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Anschlusses zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren, insbesondere Windgeneratoren, an ein elektrisches Übertragungsnetz anwenden, wobei jede einen elektrischen Generator aufweisende Generatorstufe mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters zur Transformation der Generatorspannung (en) an einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis, und dieser an einem gemeinsamen Konverter zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz elektrisch angeschlossen ist, wobei bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Generatorstufen alle AC/DC-Konverter zueinander elektrisch parallel angeschlossen und zur Ausgabe einer gleichen gemeinsamen Ausgangsspannung für alle Generatorstufen mittels einer Regelungseinrichtung geregelt werden. According to a second aspect, a method for operating a terminal for electrically connecting a number of electrical generators, in particular wind generators, to an electrical transmission network, wherein each generator stage having an electrical generator by means of a respective associated AC / DC converter for transforming the generator voltage (s) to a first common DC link, and this is electrically connected to a common converter for connection to the electrical transmission network, wherein providing a plurality of generator stages all AC / DC converter to each other electrically parallel connected and regulated to output a same common output voltage for all generator stages by means of a control device.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Generatorstufen alle AC/DC-Konverter zueinander elektrisch parallel angeschlossen und zur Ausgabe einer gleichen gemeinsamen Ausgangsspannung für alle Generatorstufen mittels einer Regelungseinrichtung geregelt werden. According to an advantageous embodiment, when a plurality of generator stages are provided, all the AC / DC converters can be electrically connected in parallel to one another and regulated to output a same common output voltage for all generator stages by means of a regulating device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann jede Generatorstufe mit dem dazugehörigen elektrischen Generator und den dazugehörigen AC/DC-Konverter mittels der Regelungseinrichtung und mittels eines jeweiligen Leistungsschalters je nach einem Leistungsbedarf an den ersten gemeinsamen Zwischenkreis geschaltet oder von diesem getrennt werden. According to a further advantageous embodiment, each generator stage can be connected to the associated electric generator and the associated AC / DC converter by means of the control device and by means of a respective circuit breaker depending on a power requirement to the first common intermediate circuit or separated from it.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann jeder AC/DC-Konverter in räumlicher Nähe, insbesondere näher als 10 m zu dem dazugehörigen elektrischen Generator positioniert sein. According to a further advantageous embodiment, each AC / DC converter can be positioned in spatial proximity, in particular closer than 10 m to the associated electrical generator.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste gemeinsame Zwischenkreis mindestens ein kapazitives elektrisches Bauelement, insbesondere einen Kondensator und/oder elektrochemische Speicherelemente, insbesondere Lithium-Ionen-Akkus, aufweisen. According to a further advantageous embodiment, the first common intermediate circuit may have at least one capacitive electrical component, in particular a capacitor and / or electrochemical storage elements, in particular lithium-ion batteries.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gemeinsame Konverter Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, mit Sperrspannungen bis zu 10 kV aufweisen, die mittels einer elektrischen Serienschaltung und mittels Sicherheitsschaltungen für Betriebsspannungen bis zu 400 kV verschaltet werden. According to a further advantageous embodiment, the common converter semiconductor switches, in particular IGBTs having blocking voltages up to 10 kV, which are interconnected by means of an electrical series circuit and by means of safety circuits for operating voltages up to 400 kV.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Halbleiterschalter mit Anstiegs- und Abfallzeiten im Mikrosekundenbereich und darunter sowie Impulsdauern typischerweise im Millisekundenbereich mittels einer Ansteuereinrichtung mit Schaltfrequenzen im kHz- oder MHz-Bereich geschaltet werden. According to a further advantageous embodiment, the semiconductor switches can be switched with rise and fall times in the microsecond range and below and pulse durations typically in the millisecond range by means of a drive device with switching frequencies in the kHz or MHz range.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Halbleiterschalter oder die Ansteuereinrichtung induktiv mit Induktivitäten im Milli- oder Mikro-Henry-Bereich gekoppelt sein. According to a further advantageous embodiment, the semiconductor switches or the drive means may be inductively coupled with inductances in the milli-or micro-Henry range.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gemeinsame Konverter ein DC/DC-Konverter zur Anpassung der Gleichspannung des ersten gemeinsamen Zwischenkreises und der Mittel- oder Hochspannungen eines elektrischen DC-Übertragungsnetzes aneinander sein. According to a further advantageous embodiment, the common converter can be a DC / DC converter for adapting the DC voltage of the first common DC link and the medium or high voltages of an electrical DC transmission network to each other.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der DC/DC-Konverter mit Leistungsflussrichtung in das elektrische DC-Übertragungsnetz als Hochsetzsteller und mit Leistungsflussrichtung aus dem elektrischen DC-Übertragungsnetz als Tiefsetzsteller ausgebildet sein. According to a further advantageous embodiment, the DC / DC converter with power flow direction in the electrical DC transmission network can be configured as a boost converter and with power flow direction from the electrical DC transmission network as a buck converter.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gemeinsame Konverter ein DC/AC-Konverter mit einem Transformator zur Anpassung der Gleichspannung am ersten gemeinsamen Zwischenkreis und von Mittel- oder Hochspannungen eines elektrischen AC-Übertragungsnetzes aneinander sein. According to a further advantageous embodiment, the common converter can be a DC / AC converter with a transformer for adapting the DC voltage to the first common DC link and of medium or high voltages of an AC electrical transmission network to each other.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der DC/AC-Konverter elektrisch in Serie geschalteter Halbleiterschalterpaare, insbesondere IGBT-Halb- oder Vollbrücken, aufweisen, die elektrisch parallel zu einem zweiten gemeinsamen Zwischenkreis, insbesondere einem elektrischen Kondensator, geschaltet sind. According to a further advantageous embodiment, the DC / AC converter may have electrically connected in series semiconductor switch pairs, in particular IGBT half or full bridges, which are electrically connected in parallel to a second common intermediate circuit, in particular an electrical capacitor.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann jede Generatorstufe mit dem dazugehörigen elektrischen Generator und dem dazugehörigen AC/DC-Konverter mittels der Regelungseinrichtung und mittels eines jeweiligen Leistungsschalters je nach einem Leistungsbedarf an den oder von dem ersten gemeinsamen Zwischenkreis geschaltet werden. According to a further advantageous embodiment, each generator stage can be connected to the associated electric generator and the associated AC / DC converter by means of the control device and by means of a respective circuit breaker depending on a power requirement to or from the first common intermediate circuit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gemeinsame Konverter mittels einer Ansteuereinrichtung den elektrischen Leistungsfluss mit Leistungsflussrichtung in das elektrische Übertragungsnetz oder mit Leistungsflussrichtung aus dem elektrischen Übertragungsnetz steuern. According to a further advantageous embodiment, the common converter can control the electric power flow with power flow direction in the electrical transmission network or with power flow direction from the electrical transmission network by means of a control device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gemeinsame Konverter Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, aufweisen, die mit Anstiegs- und Abfallzeiten im sub-Mikrosekundenbereich und Impulsdauern im Millisekunden- oder Mikrosekunden-Bereich mittels einer Ansteuereinrichtung mit Schaltfrequenzen im KHz- bis MHz-Bereich geschaltet werden. According to a further advantageous embodiment, the common converter may comprise semiconductor switches, in particular IGBTs, which are switched with rise and fall times in the sub-microsecond range and pulse durations in the millisecond or microsecond range by means of a control device with switching frequencies in the KHz to MHz range.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der gemeinsame Konverter ein DC/AC-Konverter sein und die Halbleiterschalter können mittels der Ansteuereinrichtung mit einer Schaltfrequenz zur Zeugung einer Ausgangsfrequenz geschaltet werden. According to a further advantageous embodiment, the common converter can be a DC / AC converter and the semiconductor switches can be switched by means of the drive means with a switching frequency for generating an output frequency.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described in more detail by means of exemplary embodiments in conjunction with the figures. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Anschlusses; 1 an embodiment of a conventional terminal;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anschlusses; 2 a first embodiment of a connector according to the invention;

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anschlusses; 3 A second embodiment of a connector according to the invention;

4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen DC/AC Konverters; 4 an embodiment of a DC / AC converter according to the invention;

5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 an embodiment of a method according to the invention.

1 zeigt einen herkömmlichen elektrischen Anschluss einer Windpark-Anlage an ein Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetz 3. Die Windpark-Anlage weist hier eine Mehrzahl von einzelnen Generatoren 1 auf. Die Spannungen der einzelnen Windgeneratoren 1 werden mittels eines Wandlers 31 gewandelt und mittels Transformatoren 33 und 35 auf einen Hochspannungspegel transformiert. Untermodule 37 werden in Serie geschaltet und an die AC Spannungen angeschlossen. Die Verschaltung der Untermodule 37 erfolgt entsprechend an die unterschiedlichen Phasen der Sekundärspannung des Transformators 35. Ein Untermodul 37 kann eine Halb- oder Vollbrücke und eine Kapazität aufweisen. 1 zeigt eine herkömmliche Verbindung einer Windpark-Einrichtung an ein Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem. Es zeigt Wandler 31 und Transformatoren 33 und 35, deren Betriebsfrequenzen auf 50 Hertz eingerichtet sind und ein Hochspannungs-Gleichstrom-Übertagungsnetzwerk 3, das herkömmlicherweise bei Arbeitsfrequenzen von einigen hundert Hertz arbeitet. 1 shows a conventional electrical connection of a wind farm to a high voltage DC transmission network 3 , The wind farm has here a plurality of individual generators 1 on. The voltages of the individual wind generators 1 be using a transducer 31 converted and by means of transformers 33 and 35 transformed to a high voltage level. sub-modules 37 are connected in series and connected to the AC voltages. The interconnection of submodules 37 takes place according to the different phases of the secondary voltage of the transformer 35 , A submodule 37 can have a half or full bridge and a capacity. 1 shows a conventional connection of a wind farm device to a high voltage DC transmission system. It shows converter 31 and transformers 33 and 35 , their operating frequencies on 50 Hertz and a high-voltage direct current transmission network 3 which conventionally operates at operating frequencies of a few hundred hertz.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anschlusses I. Ziel der Erfindung ist es, die Anbindung von Generatoren, insbesondere Windgeneratoren, an ein Hochspannungsnetz, das beispielsweise auf der 320 KV-Ebene liegt, so kompakt und kostengünstig wie möglich zu gestalten. 2 zeigt eine Anbindung von Generatoren über einen Zwischenkreis 9, der hier als eine Zwischenkreiskapazität ausgeführt ist, und einen DC/DC-Konverter als ein Ausführungsbeispiel für einen gemeinsamen Konverter 10 an ein Hochspannungs-Gleichstromübertragungsnetz als Beispiel für ein elektrisches Übertragungsnetz 3. Der erfindungsgemäße Anschluss I zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren 1 an das elektrische Übertragungsnetz 3 zeigt, dass jede einen elektrischen Generator 1 aufweisende Generatorstufe Li mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters 5 zur Transformation der Generatorspannung (en) an einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9, und dieser an einen gemeinsamen Konverter 10 zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz 3 elektrisch angeschlossen ist. Eine Ausgabe einer gleichen gemeinsamen Ausgangsspannung für alle Generatorstufen L1...Ln wird mittels einer Regelungseinrichtung 13 geregelt. Zusammen mit jeweiligen Leistungsschaltern 7 kann je nach einem Leistungsbedarf eine Generatorstufe Li an den und von dem ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9 geschaltet werden. Der gemeinsame Konverter 10 gemäß 2 ist ein DC/DC-Konverter zur Anpassung der Gleichspannung am ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9 und von Mittel- oder Hochspannungen eines elektrischen DC-Übertragungsnetzes aneinander. 2 zeigt die Anbindung von mehreren Windgeneratoren als Generatoren 1 über eine Zwischenkreiskapazität als Zwischenkreis 9 an den DC/DC-Konverter als Beispiel für einen gemeinsamen Konverter 10. Dabei können je nach Auslegung des gemeinsamen Konverters 10 Mittel- und Hochspannungen erzeugt werden. Die Zwischenkreiskapazität kann auch elektrochemische Speicherelemente wie beispielsweise Lithium-Ionen-Akkus oder vergleichbare Technologien enthalten, um eine benötigte Energie im ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9 zu speichern. Insbesondere sind Kombinationen aus Kondensatoren und elektrochemischen Energiespeichern attraktiv, da diese sowohl in der Lage sind, bei großem Energieinhalt kompakt und kostengünstig zu sein, und zwar aufgrund der hohen Speicherdichte der elektrochemischen Speicher, als auch die Möglichkeit eröffnen, die bei hohen Schaltfrequenzen benötigten hohen Ströme mit Anstiegszeiten und Impulsdauern im Submillisekunden-Bereich zu liefern und somit insbesondere die erforderlichen Schaltflanken zu versorgen. Über die gemeinsame Zwischenkreiskapazität werden sämtliche Windgeneratoren parallel verschaltet. Die daraus resultierende Topologie wird als Leistungskombinationsvorrichtung oder Power Combiner bezeichnet. Die AC/DC-Konverter 5 sind direkt hinter den Generatoren 1 positioniert und erzeugen in jedem Zweig Li der Anordnung, die gleiche Ausgangsspannung. Somit können keine Kreisströme zwischen den Generatoren 1 fließen und es liegt an der gemeinsamen Zwischenkreiskapazität dieselbe Spannung an, die Ströme der Generatoren 1 werden entsprechend summiert. Die einzelnen Zweige beziehungsweise Generatorstufen Li können je nach Leistungsbedarf über Leistungsschalter 7 von der gemeinsamen Zwischenkreiskapazität zu- oder abgeschaltet werden. Das Volumen der einzelnen Komponenten 5, 7, 9 und 10 kann wirksam mittels Vergrößerung einer Schaltfrequenz verkleinert werden. Dabei können jeweils Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs mit besonders hohen Anstiegs- und Abfallzeiten verwendet werden. Neben der Technologie des Halbleiterschalters sind ebenso schnelle Ansteuerschaltungen 14 sowie ein niederinduktives Design für schnelle Schaltzeiten erforderlich. Für den DC/DC-Konverter sind Halbleiterschalter mit ausreichend hohen Sperrspannungen erforderlich. Nach dem heutigen Stand der Technik gibt es Halbleiterschalter mit Sperrspannungen bis zu 10 KV, die durch eine Serienschaltung mit zugehörigen Sicherheitsschaltungen, die als "Snubber"-Netzwerke bezeichnet werden, bis zu 400 KV verschaltet werden können. Insbesondere ist der DC/DC-Konverter als Hochsetzsteller ausgebildet, um ohne Einsatz aufwändiger Hochspannungstransformatoren die geforderte hohe Spannung der Hochspannungsgleichstromübertragungs-Ebene zu erreichen. Für umgekehrten Leistungsfluss, das heißt zur Erzielung einer Black-Start-Fähigkeit, arbeitet der DC/DC-Steller in umgekehrter Richtung als Tiefsetzsteller, um Leistung auf die Seite der Generatoren 1 einzuspeisen und die Generatoren 1, die insbesondere Windgeneratoren sind, während der Anlaufphase zu synchronisieren. Die Halbleiterschalter im DC/DC-Konverter stellen in Bezug auf die zu übertragende Leistung und hinsichtlich des Stromes und der Spannung das limitierende Element dar. 2 shows a first embodiment of a connector according to the invention I , The aim of the invention is to make the connection of generators, in particular wind generators, to a high-voltage network, which is for example on the 320 kV level, as compact and inexpensive as possible. 2 shows a connection of generators via an intermediate circuit 9 which is embodied here as a DC link capacity, and a DC / DC converter as an embodiment for a common converter 10 to a high voltage DC transmission network as an example of an electrical transmission network 3 , The inventive connection I for the electrical connection of a number of electrical generators 1 to the electrical transmission network 3 shows that each has an electric generator 1 having generator stage Li by means of a respective associated AC / DC converter 5 for transforming the generator voltage (s) to a first common intermediate circuit 9 , and this to a common converter 10 for connection to the electrical transmission network 3 electrically connected. An output of a same common output voltage for all generator stages L1 ... Ln is by means of a control device 13 regulated. Together with respective circuit breakers 7 can depending on a power requirement, a generator stage Li to and from the first common intermediate circuit 9 be switched. The common converter 10 according to 2 is a DC / DC converter for adjusting the DC voltage at the first common DC link 9 and of medium or high voltages of a DC electrical transmission network to each other. 2 shows the connection of several wind generators as generators 1 via a DC link capacitance as a DC link 9 to the DC / DC converter as an example of a common converter 10 , Depending on the design of the common converter 10 Medium and high voltages are generated. The DC link capacitance may also include electrochemical storage elements such as lithium-ion batteries or similar technologies to provide needed energy in the first common DC link 9 save. In particular, combinations of capacitors and electrochemical energy storage devices are attractive because they are both capable of being compact and inexpensive with high energy content, due to the high storage density of the electrochemical storage devices, as well as providing the opportunity for the high currents required at high switching frequencies to provide with rise times and pulse durations in the sub-millisecond range and thus in particular to supply the required switching edges. All wind generators are connected in parallel via the common DC link capacity. The resulting topology is referred to as a power combiner or power combiner. The AC / DC converter 5 are right behind the generators 1 positioned and generate in each branch Li of the arrangement, the same output voltage. Thus, no circulating currents between the generators 1 flow and it is due to the common DC link capacitance to the same voltage, the currents of the generators 1 are summed up accordingly. The individual branches or generator stages Li can, depending on the power requirement via circuit breaker 7 be switched on or off from the common DC link capacity. The volume of the individual components 5 . 7 . 9 and 10 can be effectively reduced by increasing a switching frequency. In each case, semiconductor switches, in particular IGBTs with particularly high rise and fall times can be used. In addition to the technology of the semiconductor switch are also fast drive circuits 14 and a low-inductance design for fast switching times required. Semiconductor switches with sufficiently high reverse voltages are required for the DC / DC converter. According to the current state of the art, there are semiconductor switches with reverse voltages up to 10 KV, which can be connected by a series circuit with associated safety circuits, which are referred to as "snubber" networks, up to 400 KV. In particular, the DC / DC converter is designed as a step-up converter in order to achieve the required high voltage of the high-voltage DC transmission level without the use of complex high-voltage transformers. For reverse power flow, that is, to achieve black start capability, the DC / DC controller operates in the reverse direction as a buck converter to provide power to the side of the generators 1 feed and the generators 1 that are particular wind generators, during the start-up phase to synchronize. The semiconductor switches in the DC / DC converter are the limiting element in terms of the power to be transmitted and the current and voltage.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anschlusses I. 3 zeigt die Anbindung von Generatoren 1 über einen gemeinsamen Zwischenkreis 9, der hier ebenso als eine Zwischenkreiskapazität ausgebildet ist, und einen DC/AC-Konverter als einen gemeinsamen Konverter 10 an das dreiphasige Wechselstromnetz. In dieser zu 2 analogen Anordnung kann für die Ausgangsstufe nun ein DC/AC-Konverter verwendet werden, wenn die Ausgangsleistung des Windparks direkt in ein 50/60Hz-Wechselspannungsnetz eingespeist werden kann. 3 zeigt dieselbe Topologie wie 2, mit Ausnahme der letzten beiden Komponenten 10 und 15, die zur Generierung einer dreiphasigen Wechselspannung erforderlich sind. Dafür werden der DC/AC-Konverter und ein Transformator 15 zur Generierung einer Mittel- oder Hochspannung benötigt. Da primärseitig am Transformator 15 die Niederspannungsebene anliegt, müssen Halbleiterschalter im DC/AC-Konverter im Vergleich zu 2 geringere Sperrspannungen Stand halten. 3 shows a second embodiment of a connector according to the invention I , 3 shows the connection of generators 1 via a common DC link 9 which is also formed here as a DC link capacity, and a DC / AC converter as a common converter 10 to the three-phase AC mains. In this too 2 Analog arrangement can now be used for the output stage, a DC / AC converter, if the output of the wind farm can be fed directly into a 50 / 60Hz AC grid. 3 shows the same topology as 2 , except the last two components 10 and 15 , which are required to generate a three-phase AC voltage. This will be the DC / AC converter and a transformer 15 needed to generate a medium or high voltage. On the primary side on the transformer 15 When the low voltage level is applied, semiconductor switches in the DC / AC converter must be compared to 2 withstand lower blocking voltages.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen DC/AC-Konverters. 4 zeigt die Topologie dieses DC/AC-Konverters schematisch, der an ein dreiphasiges Wechselstromnetz anschließbar ist. Dieser DC/AC-Konverter als Beispiel für einen gemeinsamen Konverter 10 weist elektrisch in Serie geschaltete Halbleiterschalterpaare, insbesondere IGBT-Paare, auf, die elektrisch parallel zu einem zweiten gemeinsamen Zwischenkreis 11 geschaltet sind, das hier als ein elektrischer Kondensator ausgebildet ist. Mittels der Ansteuereinrichtung 14 werden die Halbleiterschalterpaare geschaltet. Auf diese Weise wird die am ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9 anliegende Spannung als dreiphasige Wechselspannung ausgegeben. Mittels der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter kann das Volumen des zweiten gemeinsamen Zwischenkreises 11, der hier als Zwischenkreiskapazität ausgeführt wird, im DC/AC-Konverter und ebenso die zu generierende Ausgangsfrequenz vorgegeben werden. 4 shows an embodiment of a DC / AC converter according to the invention. 4 schematically shows the topology of this DC / AC converter, which is connectable to a three-phase AC mains. This DC / AC converter as an example of a common converter 10 has electrically series-connected semiconductor switch pairs, in particular IGBT pairs, which are electrically parallel to a second common intermediate circuit 11 are connected, which is designed here as an electrical capacitor. By means of the drive device 14 the semiconductor switch pairs are switched. In this way, the first common DC link becomes 9 applied voltage output as a three-phase AC voltage. By means of the switching frequency of the semiconductor switches, the volume of the second common intermediate circuit 11 , which is executed here as a DC link capacity, in the DC / AC converter and also the output frequency to be generated can be specified.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Anschlusses I zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren 1, insbesondere Windgeneratoren, an ein elektrisches Übertragungsnetz 3, wobei jede einen elektrischen Generator 1 aufweisende Generatorstufe Li mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters 5 zur Transformation der Generatorspannung(en) an einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9, und dieser an einen gemeinsamen Konverter 10 zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz 3 elektrisch angeschlossen ist, wobei bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Generatorstufen (L1...Ln) alle AC/DC-Konverter 5 zueinander elektrisch parallel angeschlossen und zur Ausgabe einer gleichen gemeinsamen Ausgangsspannung für alle Generatorstufen (L1...Ln) mittels einer Regelungseinrichtung 13 in einem Schritt S1 geregelt werden. Jede Generatorstufe Li wird in einem Schritt S2 mit dem dazugehörigen elektrischen Generator 1 und dem dazugehörigen AC/DC-Konverter 5 mittels der Regelungseinrichtung 13 und mittels eines jeweiligen Leistungsschalters 7 je nach einem Leistungsbedarf an den und von dem ersten gemeinsamen Zwischenkreis 9 geschaltet. Der gemeinsame Konverter 10 wird mittels einer Ansteuereinrichtung 14 den elektrischen Leistungsfluss mit Leistungsflussrichtung in das elektrische Übertragungsnetz oder mit Leistungsflussrichtung aus dem elektrischen Übertragungsnetz in einem Schritt S3 gesteuert. 5 shows an embodiment of a method according to the invention for operating a terminal I for the electrical connection of a number of electric generators 1 , in particular wind generators, to an electrical transmission network 3 Each one is an electrical generator 1 having generator stage Li by means of a respective associated AC / DC converter 5 for transforming the generator voltage (s) to a first common intermediate circuit 9 , and this to a common converter 10 for connection to the electrical transmission network 3 is electrically connected, wherein upon provision of a plurality of generator stages (L1 ... Ln) all AC / DC converter 5 connected to each other electrically in parallel and to output a same common output voltage for all generator stages (L1 ... Ln) by means of a control device 13 be regulated in a step S1. Each generator stage Li is in a step S2 with the associated electric generator 1 and the associated AC / DC converter 5 by means of the control device 13 and by means of a respective circuit breaker 7 depending on a power requirement to and from the first common DC link 9 connected. The common converter 10 is by means of a drive device 14 controls the electric power flow with power flow direction in the electrical transmission network or with power flow direction from the electrical transmission network in a step S3.

Claims (17)

Anschluss (I) zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren (1), insbesondere Windgeneratoren, an ein elektrisches Übertragungsnetz (3), wobei – jede einen elektrischen Generator (1) aufweisende Generatorstufe (Li) mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters (5) zur Transformation der Generatorspannung(en) an – einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9), und dieser an – einen gemeinsamen Konverter (10) zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz (3) elektrisch angeschlossen ist. Connection ( I ) for the electrical connection of a number of electric generators ( 1 ), in particular wind generators, to an electrical transmission network ( 3 ), each of which is an electric generator ( 1 ) generator stage (Li) by means of a respective associated AC / DC converter ( 5 ) for transforming the generator voltage (s) to - a first common intermediate circuit ( 9 ), and this one A common converter ( 10 ) for connection to the electrical transmission network ( 3 ) is electrically connected. Anschluss (I) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Generatorstufen (L1...Ln) alle AC/DC-Konverter (5) zueinander elektrisch parallel angeschlossen und zur Ausgabe einer gleichen gemeinsamen Ausgangsspannung für alle Generatorstufen (L1...Ln) mittels einer Regelungseinrichtung (13) regelbar sind. Connection ( I ) according to claim 1, characterized in that when providing a plurality of generator stages (L1 ... Ln) all AC / DC converters ( 5 ) connected to each other electrically in parallel and to output a same common output voltage for all generator stages (L1 ... Ln) by means of a control device ( 13 ) are controllable. Anschluss (I) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Generatorstufe (Li) mit dem dazugehörigen elektrischen Generator (1) und dem dazugehörigen AC/DC-Konverter (5) mittels der Regelungseinrichtung (13) und mittels eines jeweiligen Leistungsschalters (7) je nach einem Leistungsbedarf an den und von dem ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9) schaltbar ist. Connection ( I ) according to claim 2, characterized in that each generator stage (Li) with the associated electrical generator ( 1 ) and the associated AC / DC converter ( 5 ) by means of the control device ( 13 ) and by means of a respective circuit breaker ( 7 ) depending on a power requirement to and from the first common DC link ( 9 ) is switchable. Anschluss (I) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder AC/DC-Konverter (5) in räumlicher Nähe, insbesondere näher als 10 Meter, zu dem dazugehörigen elektrischen Generator (1) positioniert ist. Connection ( I ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that each AC / DC converter ( 5 ) in close proximity, in particular closer than 10 meters, to the associated electrical generator ( 1 ) is positioned. Anschluss (I) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste gemeinsame Zwischenkreis (9) mindestens ein kapazitives elektrisches Bauelemente, insbesondere einen Kondensator, und/oder elektrochemische Speicherelemente, insbesondere Lithium-Ionen-Akkus, aufweist. Connection ( I ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first common intermediate circuit ( 9 ) at least one capacitive electrical components, in particular a capacitor, and / or electrochemical storage elements, in particular lithium-ion batteries having. Anschluss (I) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Konverter (10) Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, mit Sperrspannungen bis zu 10 Kilovolt aufweist, die mittels einer elektrischen Serienschaltung und mittels Sicherheitsschaltungen für Sperrspannungen bis zu 400 Kilovolt verschaltbar sind. Connection ( I ) according to one of the preceding claims, characterized in that the common converter ( 10 ) Semiconductor switches, in particular IGBTs, with reverse voltages up to 10 kilovolts, which can be interconnected by means of an electrical series circuit and safety circuits for reverse voltages up to 400 kilovolts. Anschluss (I) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter mit Anstiegs- und Abfallzeiten im Sub-Mikrosekundenbereich und Impuls-Dauern im Millisekunden-Bereich mittels einer Ansteuereinrichtung (14) mit Schalt-Frequenzen im Kilohertz-Bereich geschaltet werden. Connection ( I ) according to claim 6, characterized in that the semiconductor switches with rise and fall times in the sub-microsecond range and pulse durations in the millisecond range by means of a drive device ( 14 ) are switched with switching frequencies in the kilohertz range. Anschluss (I) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter und/oder die Ansteuereinrichtung (14) induktiv im Nanohenry-Bereich ausgebildet sind. Connection ( I ) according to claim 7, characterized in that the semiconductor switches and / or the drive device ( 14 ) are formed inductively in the nanohenry region. Anschluss (I) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Konverter (10) ein DC/DC-Konverter zur Anpassung der Gleichspannung am ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9) und von Mittel- oder Hochspannungen eines elektrischen DC-Übertragungsnetzes aneinander ist. Connection ( I ) according to one of the preceding claims, characterized in that the common converter ( 10 ) a DC / DC converter for adapting the DC voltage at the first common intermediate circuit ( 9 ) and of medium or high voltages of a DC electrical transmission network to each other. Anschluss (I) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Konverter mit Leistungsflussrichtung in das elektrische DC-Übertragungsnetz als Hochsetzsteller und mit Leistungsflussrichtung aus dem elektrischen DC-Übertragungsnetz als Tiefsetzsteller ausgebildet ist. Connection ( I ) according to claim 9, characterized in that the DC / DC converter is formed with power flow direction in the electrical DC transmission network as a boost converter and with power flow direction from the electrical DC transmission network as a buck converter. Anschluss (I) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Konverter (10) ein DC/AC-Konverter mit einem Transformator (15) zur Anpassung der Gleichspannung am ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9) und von Mittel- oder Hochspannungen eines elektrischen AC-Übertragungsnetzes aneinander ist. Connection ( I ) according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the common converter ( 10 ) a DC / AC converter with a transformer ( 15 ) for adjusting the DC voltage at the first common intermediate circuit ( 9 ) and of medium or high voltages of an AC electrical transmission network to each other. Anschluss (I) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/AC-Konverter elektrisch in Serie geschaltete Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, in Form von Halb- oder Vollbrücken aufweist, die elektrisch parallel zu einem zweiten gemeinsamen Zwischenkreis (11), insbesondere einem elektrischen Kondensator, geschaltet sind. Connection ( I ) according to claim 11, characterized in that the DC / AC converter comprises electrically series-connected semiconductor switches, in particular IGBTs, in the form of half or full bridges which are electrically parallel to a second common intermediate circuit ( 11 ), in particular an electrical capacitor, are connected. Verfahren zum Betrieb eines Anschlusses (I) zur elektrischen Anbindung einer Anzahl von elektrischen Generatoren (1), insbesondere Windgeneratoren, an ein elektrisches Übertragungsnetz (3), wobei – jede einen elektrischen Generator (1) aufweisende Generatorstufe (Li) mittels eines jeweiligen dazugehörigen AC/DC-Konverters (5) zur Transformation der Generatorspannung(en) an – einen ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9), und dieser an – einen gemeinsamen Konverter (10) zur Anbindung an das elektrische Übertragungsnetz (3) elektrisch angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Generatorstufen (L1...Ln) alle AC/DC-Konverter (5) zueinander elektrisch parallel angeschlossen und zur Ausgabe einer gleichen gemeinsamen Ausgangsspannung für alle Generatorstufen (L1...Ln) mittels einer Regelungseinrichtung (13) geregelt (S1) werden. Method for operating a connection ( I ) for the electrical connection of a number of electric generators ( 1 ), in particular wind generators, to an electrical transmission network ( 3 ), each of which is an electric generator ( 1 ) generator stage (Li) by means of a respective associated AC / DC converter ( 5 ) for transforming the generator voltage (s) to - a first common intermediate circuit ( 9 ), and this - a common converter ( 10 ) for connection to the electrical transmission network ( 3 ) is electrically connected, characterized in that when providing a plurality of generator stages (L1 ... Ln) all AC / DC converter ( 5 ) connected to each other electrically in parallel and to output a same common output voltage for all generator stages (L1 ... Ln) by means of a control device ( 13 ) (S1). Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Generatorstufe (Li) mit dem dazugehörigen elektrischen Generator (1) und dem dazugehörigen AC/DC-Konverter (5) mittels der Regelungseinrichtung (13) und mittels eines jeweiligen Leistungsschalters (7) je nach einem Leistungsbedarf an den und von dem ersten gemeinsamen Zwischenkreis (9) geschaltet (S2) wird. Method according to claim 13, characterized in that each generator stage (Li) is connected to the associated electrical generator (Li). 1 ) and the associated AC / DC converter ( 5 ) by means of the control device ( 13 ) and by means of a respective circuit breaker ( 7 ) depending on a power requirement to and from the first common DC link ( 9 ) is switched (S2). Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Konverter (10) mittels einer Ansteuereinrichtung (14) den elektrischen Leistungsfluss mit Leistungsflussrichtung in das elektrische Übertragungsnetz oder mit Leistungsflussrichtung aus dem elektrischen Übertragungsnetz steuert (S3). A method according to claim 13 or 14, characterized in that the common Converter ( 10 ) by means of a drive device ( 14 ) controls the electric power flow with power flow direction in the electrical transmission network or with power flow direction from the electrical transmission network (S3). Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Konverter (10) Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, aufweist, die mit Anstiegs- und Abfallzeiten im Sub-Mikrosekundenbereich und Impuls-Dauern im Millisekunden-Bereich mittels einer Ansteuereinrichtung (14) mit Schalt-Frequenzen im Kilohertz-Bereich geschaltet werden. Method according to claim 15, characterized in that the common converter ( 10 ) Semiconductor switches, in particular IGBTs, with the rise and fall times in the sub-microsecond range and pulse durations in the millisecond range by means of a drive device ( 14 ) are switched with switching frequencies in the kilohertz range. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Konverter (10) ein DC/AC-Konverter ist und die Halbleiterschalter mittels der Ansteuereinrichtung (14) mit einer Schaltfrequenz zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz geschaltet werden. Method according to claim 16, characterized in that the common converter ( 10 ) is a DC / AC converter and the semiconductor switches by means of the drive device ( 14 ) are switched with a switching frequency for generating an output frequency.
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