-
Gegenstand der Erfindung ist eine Windenergieanlage mit einem Turm, einem drehbar gelagerten Rotor, einem in einem oberen Bereich des Turms angeordneten Generator zur Umwandlung von Rotationsenergie des Rotors in elektrische Energie, einer im Bereich eines Turmfußes angeordneten Leistungselektronik und einer Stromschienenanordnung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Generator und der Leistungselektronik. Die Stromschienenanordnung weist eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Turmes benachbarten und miteinander lösbar verbundenen Stromschienensegmenten auf.
-
Während in einer Windenergieanlage der Generator üblicherweise in einer Gondel im Bereich der Turmspitze angeordnet ist, kann die Umwandlung der vom Generator erzeugten elektrischen Energie entfernt von der Turmspitze, beispielsweise in einer im Bereich des Turmfußes angeordneten Leistungselektronik erfolgen. Die Leistungselektronik kann dazu insbesondere einen Frequenzumrichter und einen Transformator aufweisen und dazu ausgebildet sein, die elektrische Energie des Generators in eine Form umzuwandeln, welche zur Einspeisung in ein Energieübertragungsnetz geeignet ist.
-
Zur Übertragung der elektrischen Energie vom Generator zur Leistungselektronik ist es bekannt, eine Stromschienenanordnung zu verwenden, welche aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Turmes benachbarten, miteinander verbundenen Stromschienensegmenten besteht. Die Verwendung von segmentierten Stromschienenanordnungen hat sich in Windenergieanlagen gegenüber der Verwendung von Kabeln bewährt, da Stromschienen gegenüber Kabeln einfacher zu verlegen und miteinander zu verbinden sind. Aufgrund üblicherweise vorhandener definierter Schnittstellen an den Enden der Stromschienensegmente können die Stromschienen über passende Verbindungselemente auf einfache Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Klemmelemente oder sonstige passende Befestigungselemente. Das aufwändige Verlegen von Kabeln im Inneren des Turms kann auf diese Weise entfallen.
-
Ein Problem bei bekannten Windenergieanlagen ist es, dass innerhalb der Leistungselektronik und insbesondere durch den Umrichter rechteckförmige Spannungspulse mit hohen Flankensteilheiten erzeugt werden, welche zwischen dem Generator und der Leistungselektronik unerwünschte Resonanzen und Überspannungen bewirken können. Um diesem Problem zu begegnen ist es bekannt, Filterelemente beispielsweise unmittelbar in den Umrichter zu integrieren oder auch außerhalb des Umrichters benachbart zur Stromschienenanordnung in die stromführenden Leitungen einzufügen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass insbesondere bei in Reihe zu schaltenden Filterelementen die stromführenden Leitungen der jeweiligen Kabelverbindungen aufgetrennt und mit dem Filterelement verbunden werden müssen. Die elektrische Verbindung besteht üblicherweise aus sehr vielen einzelnen Leitungen. Beispielsweise können jeweils 10 Leitungen pro Phase vorgesehen sein, welche jeweils einen Innenleiter und eine äußere Abschirmung aufweisen, so dass zum Einfügen der Filter insgesamt 60 Kontaktstellen getrennt und wieder hergestellt werden müssen. Das bekannte Verfahren ist daher sehr zeit- und damit kostenintensiv.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windenergieanlage, ein Stromschienensegment für eine Windenergieanlage sowie eine Stromschienenanordnung bereitzustellen, bei der bzw. bei dem die genannten Nachteile zumindest teilweise vermieden werden. Erfindungsgemäß ist in eines der Stromschienensegmente zumindest ein Filterelement integriert.
-
Zunächst werden einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert. Die Stromschienenanordnung dient zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Generator und der Leistungselektronik. Üblicherweise umfasst diese elektrische Verbindung eine Mehrzahl von voneinander getrennten Leitungen, welche im elektrischen Sinne parallel zueinander verlaufen.
-
Weiterhin ist die Stromschienenanordnung segmentiert, d. h. aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Turmes benachbarten und lösbar miteinander verbundenen Stromschienensegmenten ausgebildet. Jedes Stromschienensegment kann eine Mehrzahl von Leitungsabschnitten aufweisen, wobei die Leitungsabschnitte beim Zusammensetzen der Stromschienensegmente jeweils eine durchgängige Leitung zur Verbindung des Generators mit der Leistungselektronik bilden. Innerhalb eines Stromschienensegments ist ein solcher Leitungsabschnitt üblicherweise durch stromleitende insbesondere metallische Platten ausgebildet, welche üblicherweise innerhalb eines Gehäuses parallel zueinander fixiert sind.
-
Ein Stromschienensegment, in das ein Filterelement integriert ist, erfüllt ebenso wie ein gewöhnliches Stromschienensegment die Aufgabe der Stromweiterleitung und kann auf gewöhnliche Weise anhand einheitlicher Schnittstellen mit einem weiteren Stromschienensegment oder gegebenenfalls mit einem am Rand der Stromschienenanordnung befindlichen Stromschienenanschlusskasten verbunden werden. Die erfindungsgemäße Integration des Filterelements in das Stromschienensegment erfordert nicht, dass das Filterelement sich innerhalb eines Gehäuses der Stromschienenanordnung befindet.
-
Üblicherweise ist im Rahmen der Erfindung eine Mehrzahl von Filterelementen in das erfindungsgemäße Stromschienensegment integriert. Zur Vereinfachung wird die Erfindung nachfolgend - sofern nichts anderes angegeben ist - lediglich anhand eines einzelnen Filterelements genauer erläutert. Ein Stromschienensegment, in das ein oder mehrere Filterelemente integriert sind, wird nachfolgend auch als „Filtersegment“ bezeichnet.
-
Durch die erfindungsgemäße Integration des Filterelements in ein Stromschienensegment wird die Filterung von unerwünschten Spannungspulsen deutlich vereinfacht. Während aus dem Stand der Technik bekannte Stromschienenanordnungen lediglich zum Zwecke der Weiterleitung des Stroms verwendet wurden, wird es durch die vorliegende Erfindung möglich, die Stromschienenanordnung für die Aufgabe der Filterung zu verwenden. Das in das Stromschienensegment integrierte Filterelement kann dabei gezielt auf den vorgesehenen Einsatzzweck abgestimmt und für eine optimale Filterung ausgebildet sein. Eine zeit- und kostenaufwändige Auftrennung einer Kabelverbindung zur Einfügung von Filtern ist aufgrund der Erfindung nicht mehr notwendig.
-
Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen beispielsweise bei der Errichtung einer neuen Windenergieanlage zum Tragen, bei der beispielsweise für Elemente der Leistungselektronik sowie der Stromschienenanordnung auf Standardkomponenten zurückgegriffen wird. Diese Komponenten sind bezüglich der Spannungspulsfilterung häufig nicht optimal auf den konkreten Einsatzfall abgestimmt, so dass beim Zusammensetzen der Komponenten eine (zusätzliche) Filterung erforderlich wird. Indem eines der gewöhnlichen Stromschienensegmente durch ein Filtersegment ersetzt wird, kann diese zusätzliche Filterung auf besonders einfache Weise erreicht werden.
-
Zudem ermöglicht es die Erfindung, bei einer bereits bestehenden Windenergieanlage ein gewöhnliches Stromschienensegment durch ein erfindungsgemäßes Filtersegment zu ersetzen, um die Filterung zwischen dem Generator und der Leistungselektronik zu verändern, beispielsweise zu optimieren oder an geänderte Gegebenheiten oder Rahmenbedingungen anzupassen. Da die Stromschienensegmente - ebenso wie das Filtersegment - durch standardisierte lösbare Schnittstellen auf einfache Weise voneinander gelöst und miteinander verbunden werden können (etwa durch das Lösen/Festsetzen von Verbindungselementen wie beispielsweise Klemmen oder Schrauben), ist der Austausch deutlich einfacher als das Auftrennen von Kabelverbindungen zum Einfügen von Filterelementen.
-
Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die Stromschienenanordnung eine Mehrzahl von Filtersegmenten aufweist oder dass alle Stromschienensegmente der Stromschienenanordnung durch Filtersegmente gebildet werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Stromschienensegmente jeweils eine Mehrzahl von Leitungsabschnitten auf, wobei die Leitungsabschnitte benachbarter Stromschienensegmente zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem Generator und der Leistungselektronik miteinander verbunden sind, wobei das Filterelement einem Leitungsabschnitt oder einer Mehrzahl von Leitungsabschnitten des Stromschienensegments zugeordnet ist. Das Filterelement kann einem einzelnen Leitungsabschnitt zugeordnet sein, indem es zu diesem beispielsweise in Reihe geschaltet ist. Eine Zuordnung zu mehreren Leitungsabschnitten kann dadurch realisiert werden, dass das Filterelement parallel zu einem Leitungsabschnitt geschaltet ist, um diesen mit einem anderen Leitungsabschnitt wie etwa einem Neutralleiter oder einem Schutzleiter zu verbinden. Möglich ist auch, dass das Filterelement einen Leitungsabschnitt mit einem außerhalb der Stromschiene befindlichen Leiter verbindet.
-
Zudem kann vorgesehen sein, dass das Filterelement eine Mehrzahl von Teilelementen aufweist, wobei zumindest eines der Teilelemente zum jeweiligen Leitungsabschnitt in Reihe geschaltet ist und wobei zumindest ein anderes der Teilelemente zum jeweiligen Leitungsabschnitt parallel geschaltet ist. Beispielsweise kann das Filterelement als LC-Glied ausgebildet sein, wobei die Induktivität des LC-Gliedes zum Leitungsabschnitt in Reihe geschaltet ist und wobei der Kondensator des LC-Gliedes parallel zum Leitungsabschnitt angeordnet ist und beispielsweise mit einem anderen als Neutralleiter ausgebildeten Leitungsabschnitt verbunden ist. Wenn für die Filtermaßnahme zumindest ein Teilelement des Filterelements in Reihenschaltung zum Leitungsabschnitt geschaltet werden muss, kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders zum Vorschein, da insbesondere in diesem Fall im Stand der Technik eine Auftrennung der Kabelverbindungen notwendig war, welcher im Rahmen der Erfindung nun vermieden werden kann.
-
Vorzugsweise ist das zumindest eine Stromschienensegment, in das das Filterelement integriert ist, an einer Randposition der Stromschienenanordnung angeordnet. An einer solchen Randposition ist das Stromschienensegment lediglich einseitig mit einem weiteren Stromschienensegment verbunden und kann auf der anderen Seite mit einem Stromschienenanschlusskasten verbunden sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die randseitigen Stromschienensegmente besser zugänglich sind und daher einfacher ausgetauscht werden können.
-
Das Filterelement ist bevorzugt als du/dt-Filter ausgebildet und kann beispielsweise als L-C-R-Filter ausgebildet sein, bei dem beispielsweise die Induktivität zu dem Leitungsabschnitt in Reihe geschaltet ist, wobei der Leitungsabschnitt über ein RC-Glied mit einem anderen Leitungsabschnitt verbunden ist. Das Filterelement kann auch als L//R-C-R Filter ausgebildet sein, bei dem beispielsweise die Induktivität zu einem Leitungsabschnitt in Reihe geschaltet ist, der Leitungsabschnitt über ein RC-Glied mit einem anderen Leitungsabschnitt verbunden ist und zusätzlich ein Widerstand parallel zur Induktivität geschaltet ist.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Stromschienensegment für eine Windenergieanlage, ausgebildet zur Herstellung einer lösbaren Verbindung mit zumindest einem weiteren Stromschienensegment, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Generator der Windenergieanlage und einer Leistungselektronik der Windenergieanlage herzustellen. Erfindungsgemäß ist ein Filterelement in das Stromschienensegment integriert.
-
Gegenstand der Erfindung ist schließlich eine Stromschienenanordnung zur elektrischen Verbindung eines Generators einer Windenergieanlage mit einer Leistungselektronik einer Windenergieanlage, umfassend eine Mehrzahl von miteinander verbindbaren Stromschienensegmenten, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest eines der Stromschienensegmente ein Filterelement integriert ist.
-
Das erfindungsgemäße Stromschienensegment sowie die erfindungsgemäße Stromschienenanordnung können durch weitere Merkmale, welche bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Windenergieanlage beschrieben wurden, fortgebildet werden.
-
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage;
- 2: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung;
- 3: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stromschienensegments; und
- 4: eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromschienensegments.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage. Die Windenergieanlage umfasst einen Turm 13, mit einer im Bereich der Turmspitze drehbar gelagerten Maschinengondel 14. An der Maschinengondel 14 ist ein Rotor 15 um eine horizontale Achse drehbar gelagert und über eine Welle mit einem innerhalb der Maschinengondel 14 angeordneten Getriebe 16 verbunden. Der Ausgang des Getriebes 16 ist mit dem Eingang eines Generators 17 verbunden. Eine durch den Wind erzeugte Drehbewegung des Rotors 15 wird vom Getriebe 16 unter Erhöhung der Drehzahl an den Generator 17 weitergeleitet, welcher die Drehbewegung in elektrische Energie umwandelt.
-
Die elektrische Energie wird über ein Kabel 21 zu einer innerhalb des Turms 13 angeordneten Stromschienenanordnung 18 und von dort aus über ein weiteres Kabel 22 zu einer am Fuße des Turms 13 angeordneten Leistungselektronik 19 geleitet. Die Leistungselektronik 19 umfasst einen Umrichter 191 und einen Transformator 192. Durch die Leistungselektronik 19 wird die vom Generator 17 erzeugte elektrische Energie in eine Form umgewandelt, welche zur Weiterleitung an ein öffentliches Stromnetz 20 geeignet ist.
-
Die Stromschienenanordnung 18 umfasst einen oberen Anschlusskasten 181 und einen unteren Anschlusskasten 182. Der obere Anschlusskasten 181 ist über das Kabel 21 mit dem Generator 17 verbunden und der untere Anschlusskasten 182 ist über das Kabel 22 mit dem Umrichter 191 verbunden. Zwischen den Anschlusskästen 181, 182 ist eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Stromschienensegmenten 183, 184 angeordnet. In das Stromschienensegment 184 ist eine in 1 nicht gezeigte Mehrzahl von Filterelementen integriert. Auf diese Weise werden von der Leistungselektronik 19 und insbesondere vom Umrichter 191 erzeugte Spannungspulse gefiltert und so vom Generator 17 ferngehalten.
-
2 zeigt eine schematische Ansicht der Stromschienenanordnung 18. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass die Kabel 21, 22 jeweils eine Mehrzahl von Leitungen 211 bzw. 221 aufweisen, welche mit dem jeweiligen Schaltkasten 181 bzw. 182 verbunden sind.
-
Jede einzelne Leitung 211 ist über den Schaltkasten 181 mit einem korrespondieren Leitungsabschnitt (in 2 nicht gezeigt) des Stromschienensegments 184 verbunden. Zur Fixierung des Stromschienensegments 184 am Schaltkasten 181 dient ein Verbindungselement 185. Das Stromschienensegment 184 ist über ein weiteres Verbindungselement 185 am benachbarten Stromschienensegment 183 befestigt, wobei die jeweiligen korrespondierenden Leitungsabschnitte der Stromschienensegmente 184, 183 miteinander verbunden sind. Auf analoge Weise schließen sich weitere Stromschienensegmente 183 an, wobei das untere (bzw. in 2 links befindliche) Stromschienensegment 183 an den Schaltkasten 182 angeschlossen ist.
-
Die Leitungsabschnitte der Stromschienensegmente
183 sind durch starre plattenförmige Metallschienen gebildet, welche parallel und voneinander beabstandet in einem Stromschienengehäuse fixiert sind. Die Stromschienensegmente
183 können in bekannter Bauart ausgeführt sein, wie beispielsweise in der
WO 2016/045950 beschrieben. Das Stromschienensegment
184 unterscheidet sich von den gewöhnlichen Stromschienensegmenten
183 dadurch, dass mehrere Filterelemente, beispielsweise durch Reihenschaltung, in das Stromschienensegment
184 integriert sind. Hervorzuheben ist, dass die Schnittstellen des Stromschienensegments
184 zur Verbindung des Segments mit den benachbarten Stromschienensegmenten
183 bzw. mit dem Schaltkasten
181 mit denjenigen eines gewöhnlichen Stromschienensegments
183 übereinstimmen. Dadurch ist gewährleistet, dass das erfindungsgemäße Stromschienensegment
184 einfach in die Stromschienenanordnung
18 eingefügt werden kann, um die gewünschte Filterung zu erreichen.
-
3 zeigt eine schematische vergrößerte Ansicht des erfindungsgemäßen Stromschienensegments 184, wobei beispielhaft ein einzelnes Filterelement 30 gezeigt ist. Das Stromschienensegment 184 weist eine Schnittstelle 186 zur Verbindung mit dem Schaltkasten 181 sowie eine Schnittstelle 187 zur Verbindung mit einem weiteren Stromschienensegment 183 auf. Die Schnittstellen 186, 187 stimmen mit entsprechenden Schnittstellen der gewöhnlichen Stromschienensegmente 183 überein. Die Verbindungselemente 185, das benachbarte Stromschienensegment 183 und der Schaltkasten 181 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt.
-
Das Filterelement 30 ist hier einem beispielhaft gezeigten Leitungsabschnitt 188 zugeordnet. Es handelt sich beim Leitungsabschnitt 188 um einen L1-Leiter. Das Filterelement 30 ist ein L-C-R-Filter, welches eine Induktivität 31 aufweist, die zum Leitungsabschnitt 188 in Reihe geschaltet ist. Über ein RC-Glied 32 ist der Leitungsabschnitt 188 mit einem weiteren Leitungsabschnitt 189 verbunden, welcher als Neutralleiter ausgebildet ist. Neben dem Leitungsabschnitt 188 ist eine Mehrzahl von weiteren Leitungsabschnitten vorhanden, wobei jedem Leitungsabschnitt ein Filterelement zugeordnet ist. Dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
-
4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromschienensegments 184. In der Ausführungsform der 4 ist das Filterelement ein L//R-C-R-Filter, bei dem zur Induktivität 31 ein zusätzlicher Widerstand 33 parallelgeschaltet ist. Die Ausführungsform der 4 unterscheidet sich außerdem von derjenigen der 3 dadurch, dass das RC-Glied 32 nicht innerhalb des Stromschienensegments angeordnet und mit dem Neutralleiter 189 verbunden ist, sondern dass es innerhalb eines am Stromschienensegment 184 befestigen Erweiterungsstücks 24 angeordnet ist und mit einem im Erweiterungsstück 24 befindlichen Schutzleiter 23 verbunden ist. Die Befestigung des Erweiterungsstücks 24 ist durch die gestrichelte Linie zwischen den Elementen 24, 184 angedeutet. Trotz des Erweiterungsstücks 24 kann das Stromschienensegment 184 auf gewöhnliche Weise über die Schnittstellen 186, 187 mit einem Anschlusskasten 181 bzw. einem benachbarten Stromschienensegment 183 verbunden werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
