DE102020111444A1 - Generator system and method for operating a generator system - Google Patents
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Abstract
Ein Generatorsystem (100C) und ein Verfahren (300) zum Betreiben eines Generatorsystems werden offenbart, wobei das Generatorsystem (100C) aufweist: einen Generator (102), der einen Rotor (104) und einen Stator (106) aufweist und der eingerichtet ist, um mechanische Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln; einen Netzanschlusspunkt (108); eine erste Leitungsverbindung (110), die zwischen den Rotor (104) des Generators (102) und den Netzanschlusspunkt (108) geschaltet ist, aufweisend:
einen ersten Umrichter (112), der eingerichtet ist, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln und um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Netzanschlusspunkt (108) bereitzustellen, und einen zweiten Umrichter (114), der eingerichtet ist, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln und um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Rotor
(104) bereitzustellen, wobei die bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung eine Frequenz größer als 1 kHz aufweist; und eine zweite Leitungsverbindung (116), die zwischen den Stator (106) und die erste Leitungsverbindung (110) geschaltet ist, wobei die zweite Leitungsverbindung (116) einen dritten Umrichter (118) aufweist, der eingerichtet ist, um von dem Generator (102) bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung umzuwandeln.
A generator system (100C) and a method (300) for operating a generator system are disclosed, the generator system (100C) comprising: a generator (102) which has a rotor (104) and a stator (106) and which is configured to to convert mechanical energy into electrical energy with alternating voltage; a network connection point (108); a first line connection (110) which is connected between the rotor (104) of the generator (102) and the grid connection point (108), comprising:
a first converter (112) which is configured to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage and to provide the electrical energy with alternating voltage at the grid connection point (108), and a second converter (114) which is configured to to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage and to convert the electrical energy with alternating voltage to the rotor
(104) to provide, wherein the provided electrical energy with alternating voltage has a frequency greater than 1 kHz; and a second line connection (116) which is connected between the stator (106) and the first line connection (110), the second line connection (116) having a third converter (118) which is set up to convert from the generator (102 ) to convert provided electrical energy with alternating voltage into electrical energy with direct voltage.
Description
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein Generatorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems.Various exemplary embodiments relate to a generator system and a method for operating a generator system.
Elektrische Generatoren werden in Generatorsystemen beispielsweise bei der Stromerzeugung verwendet. Beispiele hierfür ist die regenerative Stromerzeugung mittels Windkraftgeneratoren oder mittels Wasserkraftgeneratoren. Gemäß dem Stand der Technik erzeugen hierbei die Generatoren einen Drehstrom mit einer Frequenz zwischen 50 Hz und 60 Hz, um diesen in ein Drehstrom-Hochspannungs-Netz einzuspeisen. Um diese Netzfrequenz zu gewährleisten, ist es notwendig, dass ein mechanisch langsam drehender Generator als System ferner ein Getriebe aufweist oder dass der Stator des Generators eine große Polpaaranzahl aufweist und ferner, dass der magnetische Kern des Generators große Dimensionen aufweist. Dies führt dazu, dass das Generatorsystem große Dimensionen und eine große Masse aufweist, d.h. groß und schwer ist und hohe Fertigungskosten aufweist. Das führt beispielsweise zu Nachteilen bei der Installation eines Windkraftgenerators auf einem Windradturm oder zu Nachteilen bei der Installation eines Wasserkraftgenerators in einer Kaverne. Daher kann es erforderlich sein, ein Generatorsystem bereitzustellen, das bei vergleichbarer Leistung kleinere Dimensionen und/oder ein niedrigeres Gewicht aufweist. Das heißt, es kann erforderlich sein, ein Generatorsystem mit einer erhöhten Leistungsdichte bereitzustellen. Ferner können bei den beschriebenen Generatoren Ozon und Stickoxide entstehen aufgrund von Teilentladungen in der Luft. Aufgrund des dadurch entstehenden Risikos für die Gesundheit von Personen führt dies beispielsweise zu Einschränkungen im Betrieb oder bei der Wartung des Generatorsystems. Ferner führen die entstehenden Gase zu einer verstärkten Korrosion des Generatorsystems und damit einer kürzen Lebensdauer und zu erhöhten Kosten im Betrieb. Daher kann es ferner erforderlich sein, ein Generatorsystem mit einer verringerten Ozonbildung und/oder Stickoxidbildung bereitzustellen.Electric generators are used in generator systems, for example to generate electricity. Examples of this are regenerative electricity generation using wind power generators or hydropower generators. According to the prior art, the generators generate a three-phase current with a frequency between 50 Hz and 60 Hz in order to feed this into a three-phase high-voltage network. In order to ensure this network frequency, it is necessary that a mechanically slowly rotating generator also has a transmission as a system or that the stator of the generator has a large number of pole pairs and also that the magnetic core of the generator has large dimensions. As a result, the generator system is large in size and mass, that is, large and heavy and has a high manufacturing cost. This leads, for example, to disadvantages when installing a wind power generator on a wind turbine tower or to disadvantages when installing a hydropower generator in a cavern. It may therefore be necessary to provide a generator system that has smaller dimensions and / or a lower weight with comparable performance. That is, it may be necessary to provide a generator system with an increased power density. Furthermore, ozone and nitrogen oxides can arise in the generators described due to partial discharges in the air. Due to the resulting risk to the health of people, this leads, for example, to restrictions in the operation or maintenance of the generator system. Furthermore, the gases produced lead to increased corrosion of the generator system and thus a shorter service life and increased costs in operation. It may therefore also be necessary to provide a generator system with reduced ozone formation and / or nitrogen oxide formation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein Generatorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems mit einer erhöhten Leistungsdichte bereitgestellt. Ferner werden gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Generatorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems mit verringerten Ozonbildung und/oder Stickoxidbildung bereitgestellt.According to various embodiments, a generator system and a method for operating a generator system with an increased power density are provided. Furthermore, according to various embodiments, a generator system and a method for operating a generator system with reduced ozone formation and / or nitrogen oxide formation are provided.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist ein Generatorsystem auf: einen Generator, der einen Rotor und einen Stator aufweist und der eingerichtet ist, um mechanische Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln; einen Netzanschlusspunkt; eine erste Leitungsverbindung, die zwischen dem Rotor des Generators und den Netzanschlusspunkt geschaltet ist, wobei die erste Leitungsverbindung aufweist: einen ersten Umrichter, der eingerichtet ist, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln und um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Netzanschlusspunkt bereitzustellen, einen zweiten Umrichter, der eingerichtet ist, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln und um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Rotor des Generators bereitzustellen, wobei die bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung eine Frequenz größer als 1 kHz aufweist; und eine zweite Leitungsverbindung, die zwischen den Stator des Generators und die erste Leitungsverbindung geschaltet ist, wobei die zweite Leitungsverbindung einen dritten Umrichter aufweist, der eingerichtet ist, um von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung umzuwandeln.According to various embodiments, a generator system has: a generator which has a rotor and a stator and which is designed to convert mechanical energy into electrical energy with alternating voltage; a network connection point; a first line connection which is connected between the rotor of the generator and the grid connection point, wherein the first line connection comprises: a first converter which is set up to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage and to convert the electrical energy with alternating voltage to the Provide grid connection point, a second converter which is set up to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage and to provide the electrical energy with alternating voltage to the rotor of the generator, wherein the electrical energy provided with alternating voltage has a frequency greater than 1 kHz ; and a second line connection which is connected between the stator of the generator and the first line connection, the second line connection having a third converter which is set up to convert electrical energy with AC voltage provided by the generator into electrical energy with DC voltage.
Das Generatorsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bildet ein erstes Beispiel.The generator system with the features of independent claim 1 forms a first example.
Das Einspeisen einer elektrischen Energie mit Wechselspannung (beispielsweise eines elektrischen Drehfeldes), die eine Frequenz größer als 1 kHz aufweist, in den Rotor des Generators und das Gleichrichten der von dem Stator des Generators bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung führen zu einer starken Entkopplung von dem mechanischen Aspekt und dem Umlauf des magnetischen Feldes (beispielsweise Drehfeldes) des Generators. Dies hat den Effekt, dass die Wicklung des Rotors und die Wicklung des Stators mit reduzierten Dimensionen ausgelegt werden können. Der Zusammenhang zwischen der Frequenz (f) und der Anzahl an Windungen (N) ist beispielsweise in Gleichung (1) beschrieben:
Der Generator kann eine Asynchronmaschine sein. Die Asynchronmaschine kann eine doppelt-gespeiste Asynchronmaschine sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel bilden ein zweites BeispielThe generator can be an asynchronous machine. The asynchronous machine can be a double-fed asynchronous machine. The features described in this paragraph in combination with the first example form a second example
Der Netzanschlusspunkt kann ein Anschlusspunkt zu einem Wechselstromnetz sein. Das Wechselstromnetz kann ein dreiphasiges Drehstromnetz sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel oder dem zweiten Beispiel bilden ein drittes Beispiel.The network connection point can be a connection point to an alternating current network. The alternating current network can be a three-phase three-phase network. The features described in this paragraph in combination with the first example or the second example form a third example.
Der Netzanschlusspunkt kann ein Anschlusspunkt zu einem Drehstromnetz mit einer vordefinierten Netzfrequenz sein. Der erste Umrichter kann eingerichtet sein, um elektrische Energie mit Wechselspannung, die die vordefinierte Netzfrequenz aufweist, an dem Netzanschlusspunkt bereitzustellen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem dritten Beispiel bilden ein viertes Beispiel.The network connection point can be a connection point to a three-phase network with a predefined network frequency. The first converter can be set up to provide electrical energy with alternating voltage, which has the predefined network frequency, at the network connection point. The features described in this paragraph in combination with the third example form a fourth example.
Der erste Umrichter kann ein Wechselrichter sein. Der zweite Umrichter kann ein Wechselrichter sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem vierten Beispiel bilden ein fünftes Beispiel.The first converter can be an inverter. The second converter can be an inverter. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the fourth example form a fifth example.
Die von dem zweiten Umrichter an dem Rotor des Generators bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung kann eine Frequenz in dem Bereich von 1 kHz bis 20 kHz aufweisen. Das in diesem Absatz beschriebene Merkmal in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem fünften Beispiel bildet ein sechstes Beispiel.The electrical energy with alternating voltage provided by the second converter on the rotor of the generator can have a frequency in the range from 1 kHz to 20 kHz. The feature described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the fifth example forms a sixth example.
Der dritte Umrichter kann ein Gleichrichter sein. Der Gleichrichter kann eine Diode oder ein Thyristor sein. Der Gleichrichter kann eine vier-Puls-Brückenschaltung oder eine mehr-als-vier-Puls-Brückenschaltung aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechsten Beispiel bilden ein siebtes Beispiel.The third converter can be a rectifier. The rectifier can be a diode or a thyristor. The rectifier can have a four-pulse bridge circuit or a more-than-four-pulse bridge circuit. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the sixth example form a seventh example.
Das Generatorsystem kann ferner einen Zwischenkreisaufweisen. Der Zwischenkreis kann mit der ersten Leitungsverbindung elektrisch verbunden sein. Der Zwischenkreis kann einen Kondensator (zum Beispiel Zwischenkreiskondensator) aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem siebten Beispiel bilden ein achtes Beispiel.The generator system can also have an intermediate circuit. The intermediate circuit can be electrically connected to the first line connection. The intermediate circuit can have a capacitor (for example intermediate circuit capacitor). The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the seventh example form an eighth example.
Das Generatorsystem kann eine Steuervorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um Komponenten des Generatorsystems zu steuern. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um den ersten Umrichter, den zweiten Umrichter und/oder den dritten Umrichter zu steuern. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem achten Beispiel bilden ein neuntes Beispiel.The generator system can have a control device. The control device can be set up to control components of the generator system. The control device can be set up to control the first converter, the second converter and / or the third converter. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the eighth example form a ninth example.
Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um das Generatorsystem in Abhängigkeit eines Leerlauf-Betriebsmodus oder eines Generator-Betriebsmodus zu steuern. Beispielsweise kann das Generatorsystem eine mit dem Rotor verbundene Welle aufweisen und in dem Leerlauf-Betriebsmodus kann sich die Welle nicht oder unterhalb eines Schwellenwertes drehen (zum Beispiel rotieren) und/oder in dem Generator-Betriebsmodus kann sich die Welle drehen bzw. oberhalb eines Schwellenwertes drehen.The control device can be set up to control the generator system as a function of an idling operating mode or a generator operating mode. For example, the generator system can have a shaft connected to the rotor and in the idle operating mode the shaft cannot rotate or below a threshold value (for example rotate) and / or in the generator operating mode the shaft can rotate or above a threshold value turn.
Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem neunten Beispiel bilden ein zehntes Beispiel.The features described in this paragraph in combination with the ninth example form a tenth example.
Der Generator kann ferner ein Gehäuse aufweisen. Der Rotor und der Stator können in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann ein Kühlmaterial aufweisen. Das Kühlmaterial kann ein elektrisch isolierendes Material aufweisen (beispielsweise kann das Kühlmaterial die Eigenschaft besitzen, ein elektrisch isolierendes Material zu sein). Das Kühlmaterial kann ein flüssiges Material (zum Beispiel dünnflüssiges Material), wie beispielsweise Öl sein. Eine Ölkühlung hat den Effekt, dass im Vergleich zu einer Luftkühlung der Wärmeübergang und die Spannungsfestigkeit erhöht werden. Dies hat den Effekt, dass die Größe des Wickelkopfes des Stators und die Größe des Wickelkopfes des Rotors verringert werden können. Eine Ölkühlung hat ferner den Effekt, dass im Vergleich zu einer Luftkühlung die Entstehung von Ozon und/oder Stickoxiden verringert (zum Beispiel verhindert) wird. Die entstehenden Gase bei einer Luftkühlung, wie beispielsweise Ozon und/oder Stickoxide führen zu einer verstärkten Korrosion des Generatorsystems. Das heißt, eine Ölkühlung hat ferner den Effekt, dass die Lebensdauer des Generatorsystems verlängert wird und damit die Kosten verringert werden. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem zehnten Beispiel bilden ein elftes Beispiel.The generator can also have a housing. The rotor and the stator can be arranged in the housing. The housing can have a cooling material. The cooling material can comprise an electrically insulating material (for example the cooling material can have the property of being an electrically insulating material). The cooling material can be a liquid material (for example low viscosity material), such as for example oil. Oil cooling has the effect that, compared to air cooling, the heat transfer and the dielectric strength are increased. This has the effect that the size of the winding head of the stator and the size of the winding head of the rotor can be reduced. Oil cooling also has the effect that, compared to air cooling, the formation of ozone and / or nitrogen oxides is reduced (for example prevented). The gases that are produced during air cooling, such as ozone and / or nitrogen oxides, lead to increased corrosion of the generator system. That is, oil cooling also has the effect of extending the life of the generator system and thus reducing costs. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the tenth example form an eleventh example.
Das Generatorsystem kann ein Windkraft-Generatorsystem, ein Wasserkraft-Generatorsystem oder ein Generatorsystem für Traktionssysteme sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem elften Beispiel bilden ein zwölftes Beispiel.The generator system can be a wind power generator system, a hydropower generator system or a generator system for traction systems. The features described in this paragraph in combination with one or more of the first example to the eleventh example form a twelfth example.
Ein Generatorsystem kann einen Generator aufweisen, der einen Rotor und einen Stator aufweisen kann. Ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems kann das Bereitstellen von elektrischer Energie mit Wechselspannung, die eine Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, an dem Rotor des Generators aufweisen. Das Verfahren kann ferner das Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung mittels des Generators unter Verwendung der bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung, die die Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, aufweisen. Das Verfahren kann das Bereitstellen der umgewandelten elektrischen Energie mit Wechselspannung durch den Stator des Generators aufweisen. Das Verfahren kann das Umwandeln der von dem Stator bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung aufweisen. Das Verfahren kann ferner das Umwandeln der elektrischen Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung, die eine vordefinierte Frequenz aufweisen kann, aufweisen. Das Verfahren kann das Bereitstellen der elektrischen Energie mit Wechselspannung, die die vordefinierte Frequenz aufweisen kann, an ein Wechselstromnetz aufweisen. Das Wechselstromnetz kann ein Drehstromnetz sein. Das Verfahren mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein dreizehntes Beispiel.A generator system can include a generator, which can include a rotor and a stator. A method for operating a generator system can include providing electrical energy with alternating voltage, which can have a frequency greater than 1 kHz, on the rotor of the generator. The method can furthermore comprise converting mechanical energy into electrical energy with alternating voltage by means of the generator using the electrical energy provided with alternating voltage, which the frequency can be greater than 1 kHz. The method can include providing the converted electrical energy with alternating voltage by the stator of the generator. The method can include converting the electrical energy provided by the stator with alternating voltage into electrical energy with direct voltage. The method can furthermore comprise converting the electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage, which can have a predefined frequency. The method may include providing the electrical energy with alternating voltage, which may have the predefined frequency, to an alternating current network. The alternating current network can be a three-phase network. The procedure with the features described in this paragraph constitutes a thirteenth example.
Ein Generatorsystem kann einen Generator, der einen Rotor und einen Stator aufweisen kann, aufweisen. Der Generator kann eingerichtet sein, um mechanische Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln. Das Generatorsystem kann ferner einen Netzanschlusspunkt aufweisen. Das Generatorsystem kann eine erste Leitungsverbindung aufweisen. Die erste Leitungsverbindung kann zwischen den Rotor des Generators und den Netzanschlusspunkt geschaltet sein. Die erste Leitungsverbindung kann einen Wechselrichter aufweisen. Der Wechselrichter kann eingerichtet sein, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln, und kann ferner eingerichtet sein, um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Rotor des Generators bereitzustellen. Die bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung kann eine Frequenz größer als 1 kHz aufweisen. Die erste Leitungsverbindung kann ferner einen Schalter aufweisen. Der Schalter kann zwischen dem Wechselrichter und dem Netzanschlusspunkt angeordnet sein. Das Generatorsystem kann eine zweite Leitungsverbindung aufweisen. Die zweite Leitungsverbindung kann zwischen den Stator des Generators und die erste Leitungsverbindung geschaltet sein. Die zweite Leitungsverbindung kann einen Gleichrichter aufweisen. Der Gleichrichter kann eingerichtet sein, um von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung umzuwandeln und um die elektrische Energie mit Gleichspannung unter Verwendung des Schalters an dem Netzanschlusspunkt bereitzustellen. Das Generatorsystem mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmale bildet ein vierzehntes Beispiel.A generator system can include a generator, which can include a rotor and a stator. The generator can be designed to convert mechanical energy into electrical energy with alternating voltage. The generator system can also have a network connection point. The generator system can have a first line connection. The first line connection can be connected between the rotor of the generator and the network connection point. The first line connection can have an inverter. The inverter can be configured to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage, and can furthermore be configured to provide the electrical energy with alternating voltage to the rotor of the generator. The electrical energy provided with alternating voltage can have a frequency greater than 1 kHz. The first line connection can also have a switch. The switch can be arranged between the inverter and the grid connection point. The generator system can have a second line connection. The second line connection can be connected between the stator of the generator and the first line connection. The second line connection can have a rectifier. The rectifier can be configured to convert electrical energy with AC voltage provided by the generator into electrical energy with DC voltage and to provide the electrical energy with DC voltage using the switch at the grid connection point. The generator system with the features described in this paragraph constitutes a fourteenth example.
Der Schalter kann ein mechanischer Schalter oder ein leistungselektronischer Schalter sein. Der leistungselektronische Schalter kann ein bidirektionaler leistungselektronischer Schalter sein. Der leistungselektronische Schalter kann ein Thyristor-Schalter, ein Triac-Schalter, ein IGBT-Schalter oder ein Mosfet-Schalter oder eine Kaskadierung aus mehreren dieser Bauelemente sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem vierzehnten Beispiel bilden ein fünfzehntes Beispiel.The switch can be a mechanical switch or a power electronic switch. The power electronic switch can be a bidirectional power electronic switch. The electronic power switch can be a thyristor switch, a triac switch, an IGBT switch or a MOSFET switch or a cascading of several of these components. The features described in this paragraph in combination with the fourteenth example form a fifteenth example.
Der Generator kann eine Asynchronmaschine sein. Die Asynchronmaschine kann eine doppelt-gespeiste Asynchronmaschine sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem vierzehnten Beispiel oder dem fünfzehnten Beispiel bilden ein sechzehntes Beispiel.The generator can be an asynchronous machine. The asynchronous machine can be a double-fed asynchronous machine. The features described in this paragraph in combination with the fourteenth example or the fifteenth example form a sixteenth example.
Der Netzanschlusspunkt kann ein Anschlusspunkt zu einem Gleichstromnetz sein. Das Gleichstromnetz kann ein Mittelspannungs-Gleichstromnetz oder ein Niederspannungs-Gleichstromnetz sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem sechzehnten Beispiel bilden ein siebzehntes Beispiel.The network connection point can be a connection point to a direct current network. The direct current network can be a medium-voltage direct current network or a low-voltage direct current network. The features described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth example through the sixteenth example form a seventeenth example.
Die von dem Wechselrichter an dem Rotor des Generators bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung kann eine Frequenz in dem Bereich von 1 kHz bis 20 kHz aufweisen. Das in diesem Absatz beschriebene Merkmal in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem siebzehnten Beispiel bildet ein achtzehntes Beispiel.The electrical energy with alternating voltage provided by the inverter on the rotor of the generator can have a frequency in the range from 1 kHz to 20 kHz. The feature described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth examples through the seventeenth example forms an eighteenth example.
Der Gleichrichter kann eine Diode, ein Thyristor oder ein anderes leistungselektronisches Bauteil sein. Der Gleichrichter kann eine vier-Puls-Brückenschaltung oder eine mehr-als-vier-Puls-Brückenschaltung aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem achtzehnten Beispiel bilden ein neunzehntes Beispiel.The rectifier can be a diode, a thyristor or another power electronic component. The rectifier can have a four-pulse bridge circuit or a more-than-four-pulse bridge circuit. The features described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth examples to the eighteenth example make up a nineteenth example.
Das Generatorsystem kann ferner einen Zwischenkreis aufweisen. Der Zwischenkreis kann mit der ersten Leitungsverbindung elektrisch verbunden sein. Der Zwischenkreis kann einen Kondensator (zum Beispiel Zwischenkreiskondensator) aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem neunzehnten Beispiel bilden ein zwanzigstes Beispiel.The generator system can also have an intermediate circuit. The intermediate circuit can be electrically connected to the first line connection. The intermediate circuit can have a capacitor (for example intermediate circuit capacitor). The features described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth examples through the nineteenth example form a twentieth example.
Das Generatorsystem kann eine Steuervorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um Komponenten des Generatorsystems zu steuern. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um den zweiten Umrichter und/oder den dritten Umrichter zu steuern. Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um den Schalter zu steuern. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem zwanzigsten Beispiel bilden ein einundzwanzigstes Beispiel.The generator system can have a control device. The control device can be set up to control components of the generator system. The control device can be set up to control the second converter and / or the third converter. The control device can be configured to control the switch. The features described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth examples through the twentieth examples form a twenty-first example.
Die Steuervorrichtung kann eingerichtet sein, um das Generatorsystem in Abhängigkeit eines Leerlauf-Betriebsmodus oder eines Generator-Betriebsmodus zu steuern. Beispielsweise kann das Generatorsystem eine mit dem Rotor verbundene Welle aufweisen und in dem Leerlauf-Betriebsmodus kann sich die Welle nicht oder unterhalb eines Schwellenwertes drehen (zum Beispiel rotieren) und/oder in dem Generator-Betriebsmodus kann sich die Welle drehen bzw. oberhalb eines Schwellenwertes drehen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem einundzwanzigsten Beispiel bilden ein zweiundzwanzigstes Beispiel.The control device can be set up to control the generator system as a function of an idling operating mode or a generator operating mode. For example, the generator system can have a shaft connected to the rotor and in the idle operating mode the shaft cannot rotate or below a threshold value (for example rotate) and / or in the generator operating mode the shaft can rotate or above a threshold value turn. The features described in this paragraph in combination with the twenty-first example form a twenty-second example.
Der Generator kann ferner ein Gehäuse aufweisen. Der Rotor und der Stator können in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann ein Kühlmaterial aufweisen. Kühlmaterial ein elektrisch isolierendes Material aufweist. Das Kühlmaterial kann ein flüssiges Material, wie beispielsweise Öl sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem zweiundzwanzigsten Beispiel bilden ein dreiundzwanzigstes Beispiel.The generator can also have a housing. The rotor and the stator can be arranged in the housing. The housing can have a cooling material. Cooling material has an electrically insulating material. The cooling material can be a liquid material such as oil. The features described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth examples through the twenty-second examples form a twenty-third example.
Das Generatorsystem kann ein Gezeitenkraftwerk-Generatorsystem, ein thermisches Aufwind-Kraftwerk-Generatorsystem, ein Wasserkraft-Generatorsystem oder ein Generatorsystem für Traktionssysteme sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des vierzehnten Beispiels bis dem dreiundzwanzigsten Beispiel bilden ein vierundzwanzigstes Beispiel.The generator system can be a tidal power plant generator system, a thermal updraft power plant generator system, a hydropower generator system or a generator system for traction systems. The features described in this paragraph in combination with one or more of the fourteenth examples through the twenty-third examples form a twenty-fourth example.
Ein Generatorsystem kann einen Generator aufweisen, der einen Rotor und einen Stator aufweisen kann. Ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems kann das Bereitstellen von elektrischer Energie mit Wechselspannung, die eine Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, an dem Rotor des Generators aufweisen. Das Verfahren kann ferner das Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung mittels des Generators unter Verwendung der bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung, die die Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, aufweisen. Das Verfahren kann das Bereitstellen der umgewandelten elektrischen Energie mit Wechselspannung durch den Stator des Generators aufweisen. Das Verfahren kann das Umwandeln der von dem Stator bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung aufweisen. Das Verfahren kann das Bereitstellen der elektrischen Energie mit Gleichspannung an ein Gleichstromnetz aufweisen. Das Gleichstromnetz kann ein Mittelspannungs-Gleichstromnetz sein. Das Verfahren mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein fünfundzwanzigstes Beispiel.A generator system can include a generator, which can include a rotor and a stator. A method for operating a generator system can include providing electrical energy with alternating voltage, which can have a frequency greater than 1 kHz, on the rotor of the generator. The method can furthermore comprise converting mechanical energy into electrical energy with alternating voltage by means of the generator using the electrical energy provided with alternating voltage, which the frequency can be greater than 1 kHz. The method can include providing the converted electrical energy with alternating voltage by the stator of the generator. The method can include converting the electrical energy provided by the stator with alternating voltage into electrical energy with direct voltage. The method can include providing the electrical energy with direct voltage to a direct current network. The direct current network can be a medium-voltage direct current network. The procedure with the features described in this paragraph forms a twenty-fifth example.
Es zeigen
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1A ein Generatorsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
1B ein Generatorsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
1C ein Generatorsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
2 ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
3A ein Generatorsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
3B ein Generatorsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
4 ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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1A a generator system according to various embodiments; -
1B a generator system according to various embodiments; -
1C a generator system according to various embodiments; -
2 a method for operating a generator system according to various embodiments; -
3A a generator system according to various embodiments; -
3B a generator system according to various embodiments; -
4th a method for operating a generator system according to various embodiments.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which there is shown, for purposes of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced.
Der Begriff „Prozessor“ kann als jede Art von Entität verstanden werden, die die Verarbeitung von Daten oder Signalen erlaubt. Die Daten oder Signale können beispielsweise gemäß zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) spezifischen Funktion behandelt werden, die vom Prozessor ausgeführt wird. Ein Prozessor kann eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, einen Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine programmierbare Gatter-Anordnung (FPGA), eine integrierte Schaltung oder eine beliebige Kombination davon aufweisen oder daraus gebildet sein. Jede andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, kann auch als Prozessor oder Logikschaltung verstanden werden. Es versteht sich, dass einer oder mehrere der hierin detailliert beschriebenen Verfahrensschritte von einem Prozessor ausgeführt (z.B. realisiert) werden können, durch eine oder mehrere spezifische Funktionen, die von dem Prozessor ausgeführt werden. Der Prozessor kann daher eingerichtet sein, eines der hierin beschriebenen Verfahren oder dessen Komponenten zur Informationsverarbeitung durchzuführen.The term “processor” can be understood as any type of entity that allows the processing of data or signals. For example, the data or signals can be treated according to at least one (ie one or more than one) specific function performed by the processor is performed. A processor can be an analog circuit, a digital circuit, a mixed signal circuit, a logic circuit, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a digital signal processor (DSP), a programmable gate arrangement (FPGA), a have integrated circuit or any combination thereof or be formed therefrom. Any other type of implementation of the respective functions, which are described in more detail below, can also be understood as a processor or logic circuit. It goes without saying that one or more of the method steps described in detail herein can be carried out (eg implemented) by a processor by means of one or more specific functions which are carried out by the processor. The processor can therefore be set up to carry out one of the methods described herein or its components for information processing.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Generatorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsystems. Beispielsweise bei der Installation eines Windkraftgenerators auf einem Windradturm oder eines Wasserkraftgenerators in einer Kaverne sind große Dimensionen und ein hohes Gewicht des Generatorsystems von Nachteil. Anschaulich wird ein Generatorsystem mit einer erhöhten Leistungsdichte bereitgestellt. Aufgrund der Luftkühlung eines Generators können Ozon und Stickoxide entstehen, was zu einer Gefährdung von Personen während des Betriebs oder während der Wartung des Generatorsystems und zu einer erhöhten Korrosion der Bauteile des Generatorsystems führt. Anschaulich wird ein Generatorsystem mit einer verringerten Ozonbildung und/oder verringerten Stickoxidbildung bereitgestellt.Various embodiments relate to a generator system and a method for operating a generator system. For example, when installing a wind power generator on a wind turbine tower or a hydropower generator in a cavern, large dimensions and a high weight of the generator system are disadvantageous. A generator system with an increased power density is clearly provided. Due to the air cooling of a generator, ozone and nitrogen oxides can arise, which leads to a risk to persons during operation or maintenance of the generator system and to increased corrosion of the components of the generator system. A generator system with reduced ozone formation and / or reduced nitrogen oxide formation is clearly provided.
Das Generatorsystem
Das Generatorsystem
Das Generatorsystem
Das Einspeisen einer elektrischen Energie mit einer Wechselspannung und einer hohen Frequenz (d.h., einer Frequenz größer als 1 kHz) in den Rotor
Das Generatorsystem
Das Generatorsystem
Der Generator
Die Steuervorrichtung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Betriebsspannung des Generatorsystems
Die Steuervorrichtung
In dem Leerlauf-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor
In dem Generator-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor
Das Generatorsystem
Das Generatorsystem
Die Steuervorrichtung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Betriebsspannung des Generatorsystems
Die Steuervorrichtung
In dem Leerlauf-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor
In dem Generator-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor
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