DE102020111444A1

DE102020111444A1 - Generator system and method for operating a generator system

Info

Publication number: DE102020111444A1
Application number: DE102020111444.3A
Authority: DE
Inventors: Karsten Backhaus
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-10-28

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: $Φ = \frac{U}{j ω N} = \frac{U}{j * 2 π f * N}$

wobei Φ der magnetische Fluss ist, U die Spannung ist, und ω die Kreisfrequenz ist. Eine Auslegung der Wicklung des Rotors und der Wicklung des Stators mit reduzierten Dimensionen führt zu einer Reduktion des Gewichtes und/oder der Größe des Generatorsystems, zum Beispiel zu einer Reduktion des Gewichtes und/oder der Größe des Generatorsystems auf ungefähr 30 % im Vergleich zu einem Generatorsystem gemäß dem Stand der Technik. Das heißt, dies hat den Effekt, dass die Leistungsdichte des Generators um ungefähr 300 % erhöht werden kann. Die Leistungsdichte kann zum Beispiel auf 10 kW pro 1 kg im Aktivteil erhöht werden. Das Gleichrichten der von dem Stator des Generators bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung hat ferner den Effekt, dass keine Regelung der Frequenz erforderlich ist, d.h. dies hat den Effekt, dass nur eine Regelgröße (zum Beispiel die Amplitude) geregelt werden muss.The feeding of electrical energy with alternating voltage (for example an electrical rotating field), which has a frequency greater than 1 kHz, into the rotor of the generator and the rectification of the electrical energy provided by the stator of the generator with alternating voltage lead to a strong decoupling from the mechanical Aspect and the circulation of the magnetic field (for example rotating field) of the generator. This has the effect that the winding of the rotor and the winding of the stator can be designed with reduced dimensions. The relationship between the frequency (f) and the number of turns (N) is described, for example, in equation (1):

Φ = \frac{U}{j ω N} = \frac{U}{j * 2 π f * N}

where Φ is the magnetic flux, U is the voltage, and ω is the angular frequency. A design of the winding of the rotor and the winding of the stator with reduced dimensions leads to a reduction in the weight and / or the size of the generator system, for example to a reduction in the weight and / or the size of the generator system to approximately 30% compared to a State-of-the-art generator system. That is, it has the effect that the power density of the generator can be increased by about 300%. The power density can for example be 10 kW per 1 kg be increased in the active part. The rectification of the electrical energy provided by the stator of the generator with alternating voltage also has the effect that no regulation of the frequency is required, ie this has the effect that only one controlled variable (for example the amplitude) has to be regulated.

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

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.

Show it

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.

1A stellt ein Generatorsystem 100A gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Das Generatorsystem 100A kann ein Windkraft-Generatorsystem, ein Wasserkraft-Generatorsystem oder ein Generatorsystem für Traktionssystem (zum Beispiel für Traktionssysteme mit einer Verbrennungsmaschine-Generator-Kopplung) sein. Das Generatorsystem 100A kann einen Generator 102 (zum Beispiel einen elektrischen Generator) aufweisen. Der Generator 102 kann eingerichtet sein, um mechanische Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln. Die mechanische Energie kann zum Beispiel kinetische Energie sein. Der Generator 102 kann eine Asynchronmaschine, wie beispielsweise eine doppelt-gespeiste Asynchronmaschine, sein. Der Generator 102 kann einen Rotor 104 und einen Stator 106 aufweisen. Der Stator 106 kann mindestens eine Wicklung aufweisen (zum Beispiel genau eine Wicklung, zum Beispiel mehr als eine Wicklung). Der Stator 106 kann mindestens eine Ausleitung aufweisen (zum Beispiel zwei Ausleitungen, zum Beispiel mehr als zwei Ausleitungen). Der Stator 106 kann beispielsweise zwei Ausleitungen aufweisen, wobei jede Ausleitung der zwei Ausleitungen jeweils eine Phase der elektrischen Energie mit Wechselspannung (d.h., zweiphasiger Wechselstrom) aufweist. 1A provides a generator system 100A according to various embodiments. The generator system 100A can be a wind power generator system, a hydropower generator system or a generator system for traction systems (for example for traction systems with an internal combustion engine-generator coupling). The generator system 100A can be a generator 102 (for example an electric generator). The generator 102 can be set up to convert mechanical energy into electrical energy with alternating voltage. The mechanical energy can be kinetic energy, for example. The generator 102 can be an asynchronous machine, such as a double-fed asynchronous machine. The generator 102 can have a rotor 104 and a stator 106 exhibit. The stator 106 can have at least one winding (for example exactly one winding, for example more than one winding). The stator 106 may have at least one exit (e.g. two exit, e.g. more than two exit). The stator 106 can for example have two outlets, each outlet of the two outlets each having a phase of electrical energy with alternating voltage (ie, two-phase alternating current).

Das Generatorsystem 100A kann ferner einen Netzanschlusspunkt 108 aufweisen. Gemäß der in 1A dargestellten Ausführungsform ist der Netzanschlusspunkt 108 ein Anschlusspunkt zu einem Wechselstromnetz, zum Beispiel einem (dreiphasigen) Drehstromnetz.The generator system 100A can also have a network connection point 108 exhibit. According to the in 1A illustrated embodiment is the network connection point 108 a connection point to an alternating current network, for example a (three-phase) three-phase network.

Das Generatorsystem 100A kann eine erste Leitungsverbindung 110 aufweisen. Die erste Leitungsverbindung 110 kann zwischen den Rotor 104 des Generators 102 und den Netzanschlusspunkt 108 geschaltet sein. Das heißt, die erste Leitungsverbindung 110 kann mit dem Rotor 104 und dem Netzanschlusspunkt 108 verbunden, zum Beispiel elektrisch verbunden, sein. Das heißt ferner, dass der Rotor 104 mit dem Netzanschlusspunkt 108 mittels der ersten Leitungsverbindung 110 elektrisch verbunden sein kann. Die erste Leitungsverbindung 110 kann einen ersten Umrichter 112 aufweisen. Der erste Umrichter 112 kann eingerichtet sein, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln. Der erste Umrichter 112 kann ferner eingerichtet sein, um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Netzanschlusspunkt 108 bereitzustellen. Der erste Umrichter 112 kann ein Wechselrichter sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der Netzanschlusspunkt 108 ein Anschlusspunkt zu einem Drehstromnetz, wobei das Drehstromnetz eine vordefinierte Netzfrequenz aufweisen kann, und wobei der erste Umrichter 112 eingerichtet sein kann, um elektrische Energie mit Wechselspannung, die die vordefinierte Netzfrequenz aufweist, an dem Netzanschlusspunkt 108 bereitzustellen. Die erste Leitungsverbindung 110 kann einen zweiten Umrichter 114 aufweisen. Der zweite Umrichter 114 kann eingerichtet sein, um elektrische Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung umzuwandeln. Der zweite Umrichter 114 kann ferner eingerichtet sein, um die elektrische Energie mit Wechselspannung an dem Rotor 104 des Generators 102 bereitzustellen. Die elektrische Energie mit Wechselspannung kann mittels eines Schleifrings oder induktiv an dem Rotor 104 des Generators 102 bereitgestellt werden. Die bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung kann eine Frequenz größer als 1 kHz (zum Beispiel in einem Bereich von ungefähr 1 kHz bis ungefähr 20 kHz) aufweisen. Der zweite Umrichter 114 kann ein Wechselrichter sein.The generator system 100A can be a first line connection 110 exhibit. The first line connection 110 can between the rotor 104 of the generator 102 and the grid connection point 108 be switched. That is, the first line connection 110 can with the rotor 104 and the grid connection point 108 connected, for example electrically connected. This also means that the rotor 104 with the grid connection point 108 by means of the first line connection 110 can be electrically connected. The first line connection 110 can have a first converter 112 exhibit. The first converter 112 can be set up to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage. The first converter 112 can also be set up to supply the electrical energy with alternating voltage at the network connection point 108 provide. The first converter 112 can be an inverter. According to one embodiment, the network connection point is 108 a connection point to a three-phase network, wherein the three-phase network can have a predefined network frequency, and wherein the first converter 112 can be set up to supply electrical energy with alternating voltage, which has the predefined network frequency, at the network connection point 108 provide. The first line connection 110 can use a second inverter 114 exhibit. The second converter 114 can be set up to convert electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage. The second converter 114 can also be set up to supply the electrical energy with AC voltage to the rotor 104 of the generator 102 provide. The electrical energy with alternating voltage can be applied to the rotor by means of a slip ring or inductively 104 of the generator 102 to be provided. The provided electrical energy with alternating voltage can have a frequency greater than 1 kHz (for example in a range from approximately 1 kHz to approximately 20 kHz). The second converter 114 can be an inverter.

Das Generatorsystem 100A kann eine zweite Leitungsverbindung 116 aufweisen. Die zweite Leitungsverbindung 116 kann zwischen den Stator 106 des Generators 102 und die erste Leitungsverbindung 110 geschaltet sein. Das heißt, die zweite Leitungsverbindung 116 kann mit dem Stator 106 und der ersten Leitungsverbindung 116 verbunden, zum Beispiel elektrisch verbunden, sein. Das heißt ferner, dass der Stator 106 mit der ersten Leitungsverbindung 110 mittels der zweiten Leitungsverbindung 116 elektrisch verbunden sein kann. Die zweite Leitungsverbindung 116 kann einen dritten Umrichter 118 aufweisen. Der dritte Umrichter 118 kann eingerichtet sein, um von dem Generator 102 bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung umzuwandeln. Der dritte Umrichter 118 kann ein Gleichrichter sein. Der Gleichrichter kann eine Vier-Puls-Brückenschaltung oder eine mehr-als-vier-Puls-Brückenschaltung aufweisen. Anders ausgedrückt, kann der dritte Umrichter 118 die von dem Stator 106 bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung gleichrichten. Der dritte Umrichter 118 kann eine Diode, ein Thyristor oder ein anderes leistungselektronisches Bauelement sein. Ein Generatorsystem 100B gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in dem der dritte Umrichter 118 als Diode ausgeführt ist, ist in 1B dargestellt.The generator system 100A can have a second line connection 116 exhibit. The second line connection 116 can between the stator 106 of the generator 102 and the first line connection 110 be switched. That is, the second line connection 116 can with the stator 106 and the first line connection 116 connected, for example electrically connected. This also means that the stator 106 with the first line connection 110 by means of the second line connection 116 can be electrically connected. The second line connection 116 can use a third inverter 118 exhibit. The third converter 118 can be set up to by the generator 102 to convert provided electrical energy with alternating voltage into electrical energy with direct voltage. The third converter 118 can be a rectifier. The rectifier can have a four-pulse bridge circuit or a more-than-four-pulse bridge circuit. In other words, the third converter can 118 those from the stator 106 Rectify provided electrical energy with alternating voltage. The third converter 118 can be a diode, a thyristor or another power electronic component. A generator system 100B according to various embodiments in which the third converter 118 is designed as a diode is in 1B shown.

Das Einspeisen einer elektrischen Energie mit einer Wechselspannung und einer hohen Frequenz (d.h., einer Frequenz größer als 1 kHz) in den Rotor 104 des Generators 102 hat den Effekt, dass die von dem Stator 106 bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung eine hohe Frequenz aufweist und dass die von dem dritten Umrichter 118 bereitgestellte elektrische Energie mit Gleichspannung einen gleichmäßigeren Spannungsverlauf hat. Anders ausgedrückt, weist die Spannung der gleichgerichteten elektrischen Energie geringere Abweichungen von einer mittleren Spannung auf im Vergleich zu einer gleichgerichteten elektrischen Energie, die durch Gleichrichten einer elektrischen Energie mit Wechselspannung und einer niedrigen Frequenz (d.h., weniger als 1 kHz) erzeugt wurde.The feeding of electrical energy with an alternating voltage and a high frequency (ie, a frequency greater than 1 kHz) into the rotor 104 of the generator 102 has the effect that that of the stator 106 provided electrical energy with AC voltage has a high frequency and that of the third converter 118 provided electrical energy with direct voltage has a more uniform voltage curve. In other words, the voltage of the rectified electrical energy has smaller deviations from an average voltage compared to a rectified electrical energy generated by rectifying an electrical energy with AC voltage and a low frequency (ie, less than 1 kHz).

Das Generatorsystem 100A kann ferner einen Zwischenkreis 120 aufweisen. Der Zwischenkreis 120 kann mit der ersten Leitungsverbindung 110 elektrisch verbunden sein. Der Zwischenkreis 120 kann eine Kondensatorbank 122 (zum Beispiel Zwischenkreiskondensator) aufweisen. Die Kondensatorbank 122 kann mindestens einen Kondensator aufweisen. Der erste Umrichter 112 kann eingerichtet sein, um die Kondensatorbank 122 (zum Beispiel den mindestens einen Kondensator) mit elektrischer Energie von dem Wechselspannungsnetz zu speisen.The generator system 100A can also have an intermediate circuit 120 exhibit. The intermediate circuit 120 can with the first line connection 110 be electrically connected. The intermediate circuit 120 can be a capacitor bank 122 (for example intermediate circuit capacitor). The capacitor bank 122 can have at least one capacitor. The first converter 112 can be set up to the capacitor bank 122 To feed (for example the at least one capacitor) with electrical energy from the AC voltage network.

Das Generatorsystem 100A kann eine Welle 124 aufweisen. Das Generatorsystem 100A kann ferner eine Turbine 126 aufweisen. Die Turbine 126 kann eine Windturbine sein, die mittels Windkraft in Bewegung versetzt wird. Die Turbine 126 kann mit der Welle 124 verbunden sein. Die Turbine 126 kann eine Wasserturbine sein, die mittels Wasserkraft in Bewegung versetzt wird. Die Turbine 126 kann eingerichtet sein, um die Welle 124 in Bewegung, wie beispielsweise Rotation, zu versetzen. Die Welle 124 kann mit dem Rotor 104 verbunden sein und kann eingerichtet sein, um den Rotor 104 in Bewegung, wie beispielsweise Rotation, zu versetzen. Das Generatorsystem 100A kann ferner eine Bremsvorrichtung 128 aufweisen. Die Bremsvorrichtung 128 kann eine mechanische Bremse aufweisen. Die Bremsvorrichtung 128 kann mit der Welle 124 verbunden sein und kann eingerichtet sein, um die Welle 124 zu bremsen, zum Beispiel bis zum Stillstand zu bremsen. Die Bremsvorrichtung 128 kann beispielsweise zum Bremsen der Welle 124 und damit des Rotors 104 verwendet werden, um das Generatorsystem 100A zu reparieren oder zu warten. Die Bremsvorrichtung 128 kann beispielsweise eine elektrische Bremse aus zuschaltbarem Bremswiderstand sein. Bei Stillstand der Turbine 126 kann der zweite Umrichter 114 eingerichtet sein, um den Rotor derart zu speisen, dass die Leerlaufverluste ausgeglichen werden.The generator system 100A can be a wave 124 exhibit. The generator system 100A can also be a turbine 126 exhibit. The turbine 126 can be a wind turbine that is set in motion by means of wind power. The turbine 126 can with the wave 124 be connected. The turbine 126 can be a water turbine that is set in motion by means of water power. The turbine 126 can be set up to the shaft 124 to set in motion, such as rotation. The wave 124 can with the rotor 104 can be connected and arranged to the rotor 104 to set in motion, such as rotation. The generator system 100A can also include a braking device 128 exhibit. The braking device 128 can have a mechanical brake. The braking device 128 can with the wave 124 can be connected and set up to the shaft 124 to brake, for example to brake to a standstill. The braking device 128 can be used, for example, to brake the shaft 124 and thus the rotor 104 used to build the generator system 100A to repair or maintain. The braking device 128 can, for example, be an electric brake consisting of a switchable braking resistor. When the turbine is at a standstill 126 can the second inverter 114 be set up to feed the rotor in such a way that the idling losses are compensated.

Der Generator 102 kann ferner ein Gehäuse aufweisen, wobei der Rotor 104 und der Stator 106 in dem Gehäuse angeordnet sein können. Das Gehäuse des Generators 102 kann ein Kühlmaterial aufweisen. Das Kühlmaterial kann ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. Das Kühlmaterial kann ein flüssiges Material sein. Das Kühlmaterial kann Öl sein.The generator 102 may further comprise a housing, the rotor 104 and the stator 106 can be arranged in the housing. The casing of the generator 102 can comprise a cooling material. The cooling material can comprise an electrically insulating material. The cooling material can be a liquid material. The cooling material can be oil.

1C stellt ein Generatorsystem 100C gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Das Generatorsystem 100C kann dem Generatorsystem 100A oder dem Generatorsystem 100B, in dem der dritte Umrichter 118 als Diode ausgeführt ist, im Wesentlichen entsprechen, wobei das Generatorsystem 100C ferner eine Steuervorrichtung 130 aufweist. Die Steuervorrichtung 130 kann eingerichtet sein, um Komponenten des Generatorsystems 100C zu steuern. Die Steuervorrichtung 130 kann eingerichtet sein, um den ersten Umrichter 112, den zweiten Umrichter 114 und/oder den dritten Umrichter 118 zu steuern. 1C provides a generator system 100C according to various embodiments. The generator system 100C can the generator system 100A or the generator system 100B in which the third converter 118 is designed as a diode, essentially correspond, with the generator system 100C furthermore a control device 130 having. The control device 130 can be set up to components of the generator system 100C to control. The control device 130 can be set up to the first inverter 112 , the second inverter 114 and / or the third inverter 118 to control.

Die Steuervorrichtung 130 kann eingerichtet sein, um den ersten Umrichter 112 derart zu steuern, dass das Generatorsystem 100C mit dem Netzanschlusspunkt 108 elektrisch gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 eingerichtet sein, um den ersten Umrichter 112 derart zu steuern, dass das Generatorsystem 100C mit einem Wechselstromnetz, zum Beispiel einem (dreiphasigen) Drehstromnetz, elektrisch gekoppelt (zum Beispiel elektrisch verbunden) ist. Das Wechselstromnetz kann ein mittels des Generatorsystems 100C zu speisendes Wechselstromnetz sein. Ein elektrischer Eigenbedarf des Generatorsystems 100C kann mittels des ersten Umrichters 112 unter Verwendung des elektrisch gekoppelten Wechselstromnetzes versorgt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des ersten Umrichters 112 unter Verwendung des Generatorsystems 100C elektrische Leistung in das elektrisch gekoppelte Wechselstromnetz gespeist werden.The control device 130 can be set up to the first inverter 112 so control that the generator system 100C with the grid connection point 108 is electrically coupled. For example, the control device 130 be set up to the first inverter 112 so control that the generator system 100C is electrically coupled (for example electrically connected) to an alternating current network, for example a (three-phase) three-phase network. The alternating current network can be a means of the generator system 100C be the alternating current network to be fed. An electric one Own use of the generator system 100C can by means of the first converter 112 be supplied using the electrically coupled AC network. According to various embodiments, by means of the first converter 112 using the generator system 100C electrical power are fed into the electrically coupled alternating current network.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Betriebsspannung des Generatorsystems 100C unter Verwendung der Kondensatorbank 122 stabilisiert werden.According to various embodiments, the operating voltage of the generator system 100C using the capacitor bank 122 be stabilized.

Die Steuervorrichtung 130 kann eingerichtet sein, um das Generatorsystem in Abhängigkeit eines Leerlauf-Betriebsmodus oder eines Generator-Betriebsmodus zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 130 eingerichtet sein, um in einem Leerlauf einen ersten Betriebsmodus (zum Beispiel einen Leerlauf-Betriebsmodus) und in einem Generatorbetrieb einen zweiten Betriebsmodus (zum Beispiel einen Generator-Betriebsmodus) einzustellen, zu regeln und/oder zu steuern.The control device 130 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 control device 130 be set up to set, regulate and / or control a first operating mode (for example an idling operating mode) in an idling operation and a second operating mode (for example a generator operating mode) in a generator operation.

In dem Leerlauf-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor 104 verbundene (zum Beispiel gekoppelte) Welle 124 nicht oder unterhalb eines Schwellenwertes drehen (zum Beispiel rotieren). In dem Leerlauf-Betriebsmodus kann das Generatorsystem 100C wie ein oder ähnlich zu einem Transformator funktionieren. Der zweite Umrichter 114 kann eingerichtet sein, um mittels der ersten Leitungsverbindung 110 elektrische Energie (zum Beispiel ein hochfrequentes Drehfeld) in den Rotor 104 (zum Beispiel die Läuferwicklung des Rotors 104) einzuspeisen. Dies kann beispielsweise zu einer Magnetisierung des Generatorkerns führen. Der dritte Umrichter 118 kann eingerichtet sein, um in dem Stator 106 induzierte elektrische Energie (zum Beispiel induzierte Spannung) gleichzurichten. Die von dem dritten Umrichter 118 gleichgerichtete Energie kann beispielsweise die Kondensatorbank 122 speisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können auftretende Leerlaufverluste mittels des ersten Umrichters 112 ausgeglichen werden.In the idle operating mode, the rotor 104 connected (e.g. coupled) shaft 124 do not rotate or rotate below a threshold value (e.g. rotate). In the idle operating mode, the generator system 100C like or similar to a transformer work. The second converter 114 can be set up to use the first line connection 110 electrical energy (for example a high-frequency rotating field) into the rotor 104 (for example the rotor's rotor winding 104 ) to be fed. This can lead to magnetization of the generator core, for example. The third converter 118 can be arranged to be in the stator 106 rectify induced electrical energy (e.g. induced voltage). The one from the third inverter 118 rectified energy can, for example, be the capacitor bank 122 Food. According to various embodiments, no-load losses that occur can be avoided by means of the first converter 112 be balanced.

In dem Generator-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor 104 verbundene (zum Beispiel gekoppelte) Welle 124 drehen und/oder oberhalb eines Schwellenwertes drehen (zum Beispiel rotieren). Die Drehung der Welle 124 kann eine elektrische Energie (zum Beispiel Spannung) in dem Stator 106 induzieren. Der dritte Umrichter 118 kann eingerichtet sein, um die in dem Stator 106 induzierte elektrische Energie (zum Beispiel induzierte Spannung) gleichzurichten. Die von dem dritten Umrichter 118 gleichgerichtete Energie kann die Kondensatorbank 122 speisen. Dadurch kann die Kapazität des mindestens einen Kondensators der Kondensatorbank 122 ansteigen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Umrichter 122 eingerichtet sein, um elektrische Energie (zum Beispiel elektrische Leistung) wechselzurichten und in das an den Netzanschlusspunkt 108 gekoppelte Wechselstromnetz einzuspeisen. Beispielsweise kann der erste Umrichter 122 eingerichtet sein, um elektrische Energie (zum Beispiel elektrische Leistung) wechselzurichten und in das an den Netzanschlusspunkt 108 gekoppelte Wechselstromnetz einzuspeisen, sobald die Ladespannung des mindestens einen Kondensators der Kondensatorbank 122 einen vordefinierten Wert, wie beispielsweise einen Regelsollwert, übersteigt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ladespannung des mindestens einen Kondensators der Kondensatorbank 122 ein vergleichsweise großes Toleranzband aufweisen, da der erste Umrichter 122 und/oder der zweite Umrichter 114 die elektrische Energie (zum Beispiel die Drehfeldspannung) mittels einer Pulsweitenmodulation anpassen können.In the generator operating mode, the rotor 104 connected (e.g. coupled) shaft 124 rotate and / or rotate above a threshold value (e.g. rotate). The rotation of the shaft 124 can have electrical energy (e.g. voltage) in the stator 106 induce. The third converter 118 can be set up to accommodate those in the stator 106 rectify induced electrical energy (e.g. induced voltage). The one from the third inverter 118 rectified energy can be used by the capacitor bank 122 Food. This can increase the capacitance of the at least one capacitor in the capacitor bank 122 increase. According to various embodiments, the first converter 122 be set up to convert electrical energy (for example electrical power) and into that at the grid connection point 108 fed into the coupled AC grid. For example, the first converter 122 be set up to convert electrical energy (for example electrical power) and into that at the grid connection point 108 fed into the coupled AC network as soon as the charging voltage of the at least one capacitor of the capacitor bank 122 exceeds a predefined value, such as a control setpoint. According to various embodiments, the charging voltage of the at least one capacitor of the capacitor bank can 122 have a comparatively large tolerance band, since the first converter 122 and / or the second converter 114 be able to adapt the electrical energy (for example the rotating field voltage) by means of pulse width modulation.

2 stellt ein Verfahren 200 zum Betreiben eines Generatorsystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Das Generatorsystem kann einen Generator, der einen Rotor und einen Stator aufweisen kann, aufweisen. Das Generatorsystem kann das Generatorsystem 100A, das Generatorsystem 100B oder das Generatorsystem 100C sein. Das Verfahren 200 kann das Bereitstellen von elektrischer Energie mit Wechselspannung, die eine Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, an dem Rotor 104 des Generators 102 aufweisen (in 202). Das Verfahren 200 kann aufweisen: Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung mittels des Generators 102 unter Verwendung der bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung, die die Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, und Bereitstellen der umgewandelten elektrischen Energie durch den Stator 106 (in 204). Das Verfahren 200 kann ferner das Umwandeln der von dem Stator 106 bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung aufweisen (in 206). Das Verfahren 200 kann das Umwandeln der elektrischen Energie mit Gleichspannung in elektrische Energie mit Wechselspannung, die eine vordefinierte Frequenz aufweisen kann, aufweisen (in 208). Das Verfahren 200 kann ferner das Bereitstellen der elektrischen Energie mit Wechselspannung, die eine vordefinierte Frequenz aufweisen kann, an ein Wechselstromnetz aufweisen (in 210). Das Wechselstromnetz kann ein Drehstromnetz sein. 2 represents a procedure 200 for operating a generator system according to various embodiments. The generator system can have a generator, which can have a rotor and a stator. The generator system can be the generator system 100A , the generator system 100B or the generator system 100C be. The procedure 200 can provide electrical energy with alternating voltage, which can have a frequency greater than 1 kHz, to the rotor 104 of the generator 102 have (in 202 ). The procedure 200 can have: converting mechanical energy into electrical energy with alternating voltage by means of the generator 102 using the provided electrical energy with alternating voltage, which can have the frequency greater than 1 kHz, and providing the converted electrical energy through the stator 106 (in 204 ). The procedure 200 can also convert the from the stator 106 electrical energy provided with alternating voltage into electrical energy with direct voltage (in 206 ). The procedure 200 can include the conversion of electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage, which can have a predefined frequency (in 208 ). The procedure 200 may also include providing the electrical energy with alternating voltage, which may have a predefined frequency, to an alternating current network (in 210 ). The alternating current network can be a three-phase network.

3A stellt ein Generatorsystem 300A gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Das Generatorsystem 300A kann ein Windkraft-Generatorsystem, ein Wasserkraft-Generatorsystem oder ein Generatorsystem für Traktionssystem (zum Beispiel für Traktionssysteme mit einer Verbrennungsmaschine-Generator-Kopplung) sein. Das Generatorsystem 300A kann den Generator 102 aufweisen, wobei der Generator 102 den Rotor 104 und den Stator 106 aufweisen kann. Das Generatorsystem 300A kann ferner den Netzanschlusspunkt 108 aufweisen, wobei der Netzanschlusspunkt 108 ein Anschlusspunkt zu einem Gleichstromnetz sein kann. Das Gleichstromnetz kann ein Niederspannungs-Gleichstromnetz oder ein Mittelspannungs-Gleichstromnetz sein. Das Generatorsystem 300A kann die erste Leitungsverbindung 110 aufweisen. Die erste Leitungsverbindung 110 kann den zweiten Umrichter 114 aufweisen. Der zweite Umrichter 114 kann ein Wechselrichter sein. Die erste Leitungsverbindung 110 kann ferner einen Schalter 302 aufweisen. Der Schalter 302 kann zwischen dem zweiten Umrichter 114 und dem Netzanschlusspunkt 108 angeordnet sein. Der Schalter 302 kann eingerichtet sein, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Generator 102 und dem Netzanschlusspunkt 108 zu schalten, das heißt, eine elektrisch leitende Verbindung bereitzustellen oder im Fehlerfall zu trennen (Sicherung). Der Schalter 302 kann ein mechanischer Schalter oder ein leistungselektronischer Schalter (zum Beispiel ein bidirektionaler leistungselektronischer Schalter) sein. Der leistungselektronische Schalter kann beispielsweise ein Thyristor-Schalter, ein Triac-Schalter oder ein IGBT-Schalter (Leistungsschalter mit einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) sein. 3A provides a generator system 300A according to various embodiments. The generator system 300A can be a wind power generator system, a hydropower generator system or a generator system for traction systems (e.g. for traction systems with a Combustion engine-generator coupling). The generator system 300A can the generator 102 have, the generator 102 the rotor 104 and the stator 106 may have. The generator system 300A can also use the grid connection point 108 have, the network connection point 108 can be a connection point to a direct current network. The direct current network can be a low-voltage direct current network or a medium-voltage direct current network. The generator system 300A can be the first line connection 110 exhibit. The first line connection 110 can use the second inverter 114 exhibit. The second converter 114 can be an inverter. The first line connection 110 can also have a switch 302 exhibit. The desk 302 can between the second inverter 114 and the grid connection point 108 be arranged. The desk 302 can be set up to create an electrically conductive connection between the generator 102 and the grid connection point 108 to switch, i.e. to provide an electrically conductive connection or to disconnect it in the event of a fault (fuse). The desk 302 can be a mechanical switch or a power electronic switch (for example a bidirectional power electronic switch). The electronic power switch can be, for example, a thyristor switch, a triac switch or an IGBT switch (power switch with a bipolar transistor with an insulated gate electrode).

Das Generatorsystem 300A kann ferner die zweite Leitungsverbindung 116 aufweisen. Die zweite Leitungsverbindung 116 kann den dritten Umrichter 118 aufweisen. Der dritte Umrichter 118 kann ein Gleichrichter sein. Der Gleichrichter kann, wie in der in 3A dargestellten Ausführungsform, eine Diode sein. Der Gleichrichter kann ein Thyristor sein. Der Gleichrichter kann eine Vier-Puls-Brückenschaltung oder eine mehr-als-vier-Puls-Brückenschaltung aufweisen. Der dritte Umrichter 116 kann, wie oben beschrieben, eingerichtet sein, um von dem Generator 102 bereitgestellte elektrische Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung umzuwandeln. Der dritte Umrichter 116 kann ferner eingerichtet sein, um die elektrische Energie mit Gleichspannung an dem Netzanschlusspunkt 108 bereitzustellen. Der dritte Umrichter 116 kann eingerichtet sein, um die elektrische Energie mit Gleichspannung unter Verwendung des Schalters 302 an dem Netzanschlusspunkt 108 bereitzustellen.The generator system 300A can also use the second line connection 116 exhibit. The second line connection 116 can use the third inverter 118 exhibit. The third converter 118 can be a rectifier. The rectifier can, as in the in 3A embodiment shown, be a diode. The rectifier can be a thyristor. The rectifier can have a four-pulse bridge circuit or a more-than-four-pulse bridge circuit. The third converter 116 can, as described above, be set up to receive from the generator 102 to convert provided electrical energy with alternating voltage into electrical energy with direct voltage. The third converter 116 can also be set up to supply the electrical energy with direct voltage at the network connection point 108 provide. The third converter 116 can be set up to switch the electrical energy to DC voltage using the switch 302 at the grid connection point 108 provide.

Das Generatorsystem 300A kann den Zwischenkreis 120 aufweisen. Der Zwischenkreis 120 kann die Kondensatorbank 122 (zum Beispiel Zwischenkreiskondensator) aufweisen. Das Generatorsystem 300A kann die Welle 124 aufweisen. Das Generatorsystem 300A kann ferner die Turbine 126 aufweisen. Das Generatorsystem 300A kann die Bremsvorrichtung 128 aufweisen. Das Generatorsystem 300A kann ferner ein Gehäuse aufweisen, wobei der Rotor 104 und der Stator 106 in dem Gehäuse angeordnet sein können. Das Gehäuse des Generators 102 kann ein Kühlmaterial aufweisen. Das Kühlmaterial kann ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. Das Kühlmaterial kann ein flüssiges Material sein. Das Kühlmaterial kann Öl sein.The generator system 300A can the intermediate circuit 120 exhibit. The intermediate circuit 120 can the capacitor bank 122 (for example intermediate circuit capacitor). The generator system 300A can the wave 124 exhibit. The generator system 300A can also use the turbine 126 exhibit. The generator system 300A can the braking device 128 exhibit. The generator system 300A may further comprise a housing, the rotor 104 and the stator 106 can be arranged in the housing. The casing of the generator 102 can comprise a cooling material. The cooling material can comprise an electrically insulating material. The cooling material can be a liquid material. The cooling material can be oil.

3B stellt ein Generatorsystem 300B gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Das Generatorsystem 300B kann dem Generatorsystem 300A im Wesentlichen entsprechen, wobei das Generatorsystem 300B ferner eine Steuervorrichtung 304 aufweist. Die Steuervorrichtung 304 kann eingerichtet sein, um Komponenten des Generatorsystems 100C zu steuern. Die Steuervorrichtung 304 kann eingerichtet sein, um den zweiten Umrichter 114 und/oder den dritten Umrichter 118 zu steuern. Die Steuervorrichtung 304 kann eingerichtet sein, um den Schalter 302 zu steuern. 3B provides a generator system 300B according to various embodiments. The generator system 300B can the generator system 300A essentially correspond to the generator system 300B furthermore a control device 304 having. The control device 304 can be set up to components of the generator system 100C to control. The control device 304 can be set up to the second inverter 114 and / or the third inverter 118 to control. The control device 304 can be set up to the switch 302 to control.

Die Steuervorrichtung 304 kann eingerichtet sein, um den Schalter 302 derart zu steuern, dass das Generatorsystem 300B mit dem Netzanschlusspunkt 108 elektrisch gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 304 eingerichtet sein, um den Schalter 302 derart zu steuern, dass das Generatorsystem 300B mit einem Gleichstromnetz (zum Beispiel einem Niederspannungs-Gleichstromnetz oder einem Mittelspannungs-Gleichstromnetz) elektrisch gekoppelt (zum Beispiel elektrisch verbunden) ist. Das Gleichstromnetz kann ein mittels des Generatorsystems 3000B zu speisendes Gleichstromnetz sein. Ein elektrischer Eigenbedarf des Generatorsystems 300B kann mittels des Schalters 302 unter Verwendung des elektrisch gekoppelten Gleichstromnetzes versorgt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des Schalters 302 unter Verwendung des Generatorsystems 300B elektrische Energie (zum Beispiel elektrische Leistung) in das elektrisch gekoppelte Gleichstromnetz gespeist werden.The control device 304 can be set up to the switch 302 so control that the generator system 300B with the grid connection point 108 is electrically coupled. For example, the control device 304 be set up to the switch 302 so control that the generator system 300B is electrically coupled (for example electrically connected) to a direct current network (for example a low-voltage direct current network or a medium-voltage direct current network). The direct current network can be a means of the generator system 3000B be the direct current network to be fed. An internal electrical requirement of the generator system 300B can by means of the switch 302 be supplied using the electrically coupled direct current network. According to various embodiments, by means of the switch 302 using the generator system 300B electrical energy (for example electrical power) are fed into the electrically coupled direct current network.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Betriebsspannung des Generatorsystems 300B unter Verwendung der Kondensatorbank 122 stabilisiert werden.According to various embodiments, the operating voltage of the generator system 300B using the capacitor bank 122 be stabilized.

Die Steuervorrichtung 304 kann eingerichtet sein, um das Generatorsystem 300B in Abhängigkeit eines Leerlauf-Betriebsmodus oder eines Generator-Betriebsmodus zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 304 eingerichtet sein, um in einem Leerlauf einen ersten Betriebsmodus (zum Beispiel einen Leerlauf-Betriebsmodus) und in einem Generatorbetrieb einen zweiten Betriebsmodus (zum Beispiel einen Generator-Betriebsmodus) einzustellen, zu regeln und/oder zu steuern.The control device 304 can be set up to the generator system 300B to be controlled as a function of an idle operating mode or a generator operating mode. For example, the control device 304 be set up to set, regulate and / or control a first operating mode (for example an idling operating mode) in an idling operation and a second operating mode (for example a generator operating mode) in a generator operation.

In dem Leerlauf-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor 104 verbundene (zum Beispiel gekoppelte) Welle 124 nicht oder unterhalb eines Schwellenwertes drehen (zum Beispiel rotieren). In dem Leerlauf-Betriebsmodus kann das Generatorsystem 300B wie ein oder ähnlich zu einem Transformator funktionieren. Der zweite Umrichter 114 kann eingerichtet sein, um mittels der ersten Leitungsverbindung 110 elektrische Energie (zum Beispiel ein hochfrequentes Drehfeld) in den Rotor 104 (zum Beispiel die Läuferwicklung des Rotors 104) einzuspeisen. Dies kann beispielsweise zu einer Magnetisierung des Generatorkerns führen. Der dritte Umrichter 118 kann eingerichtet sein, um in dem Stator 106 induzierte elektrische Energie (zum Beispiel induzierte Spannung) gleichzurichten. Die von dem dritten Umrichter 118 gleichgerichtete Energie kann beispielsweise die Kondensatorbank 122 speisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können auftretende Leerlaufverluste mittels des Schalters 302 (unter Verwendung des gekoppelten Gleichstromnetzes) ausgeglichen werden.In the idle operating mode, the rotor 104 connected (e.g. coupled) shaft 124 do not rotate or rotate below a threshold value (e.g. rotate). In the idle operating mode, the generator system 300B like or similar to a transformer work. The second converter 114 can be set up to use the first line connection 110 electrical energy (for example a high-frequency rotating field) into the rotor 104 (for example the rotor's rotor winding 104 ) to be fed. This can lead to magnetization of the generator core, for example. The third converter 118 can be arranged to be in the stator 106 rectify induced electrical energy (e.g. induced voltage). The one from the third inverter 118 rectified energy can, for example, be the capacitor bank 122 Food. According to various embodiments, no-load losses that occur can be controlled by means of the switch 302 (using the coupled direct current network).

In dem Generator-Betriebsmodus kann sich die mit dem Rotor 104 verbundene (zum Beispiel gekoppelte) Welle 124 drehen und/oder oberhalb eines Schwellenwertes drehen (zum Beispiel rotieren). Die Drehung der Welle 124 kann eine elektrische Energie (zum Beispiel Spannung) in dem Stator 106 induzieren. Der dritte Umrichter 118 kann eingerichtet sein, um die in dem Stator 106 induzierte elektrische Energie (zum Beispiel induzierte Spannung) gleichzurichten. Die von dem dritten Umrichter 118 gleichgerichtete Energie kann die Kondensatorbank 122 speisen. Dadurch kann die Kapazität des mindestens einen Kondensators der Kondensatorbank 122 ansteigen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des Schalters 302 elektrische Energie (zum Beispiel elektrische Leistung) in das an den Netzanschlusspunkt 108 gekoppelte Gleichstromnetz eingespeist werden. Beispielsweise kann mittels des Schalters 302 elektrische Energie (zum Beispiel elektrische Leistung) in das an den Netzanschlusspunkt 108 gekoppelte Gleichstromnetz eingespeist werden, sobald die Ladespannung des mindestens einen Kondensators der Kondensatorbank 122 einen vordefinierten Wert, wie beispielsweise einen Regelsollwert, übersteigt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ladespannung des mindestens einen Kondensators der Kondensatorbank 122 ein vergleichsweise großes Toleranzband aufweisen, da der zweite Umrichter 114 die elektrische Energie (zum Beispiel die Drehfeldspannung) mittels einer Pulsweitenmodulation anpassen kann.In the generator operating mode, the rotor 104 connected (e.g. coupled) shaft 124 rotate and / or rotate above a threshold value (e.g. rotate). The rotation of the shaft 124 can have electrical energy (e.g. voltage) in the stator 106 induce. The third converter 118 can be set up to accommodate those in the stator 106 rectify induced electrical energy (e.g. induced voltage). The one from the third inverter 118 rectified energy can be used by the capacitor bank 122 Food. This can increase the capacitance of the at least one capacitor in the capacitor bank 122 increase. According to various embodiments, by means of the switch 302 electrical energy (for example electrical power) into the at the grid connection point 108 coupled direct current network. For example, by means of the switch 302 electrical energy (for example electrical power) into the at the grid connection point 108 coupled direct current network are fed in as soon as the charging voltage of the at least one capacitor of the capacitor bank 122 exceeds a predefined value, such as a control setpoint. According to various embodiments, the charging voltage of the at least one capacitor of the capacitor bank can 122 have a comparatively large tolerance band, since the second converter 114 can adapt the electrical energy (for example the rotating field voltage) by means of pulse width modulation.

4 stellt ein Verfahren 400 zum Betreiben eines Generatorsystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Das Generatorsystem kann einen Generator, der einen Rotor und einen Stator aufweisen kann, aufweisen. Das Generatorsystem kann das Generatorsystem 300A oder das Generatorsystem 300B sein. Das Verfahren 400 kann das Bereitstellen von elektrischer Energie mit Wechselspannung, die eine Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, an dem Rotor 104 des Generators 102 aufweisen (in 402). Das Verfahren 400 kann aufweisen: Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie mit Wechselspannung mittels des Generators 102 unter Verwendung der bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung, die die Frequenz größer als 1 kHz aufweisen kann, und Bereitstellen der umgewandelten elektrischen Energie durch den Stator 106 (in 404). Das Verfahren 400 kann ferner das Umwandeln der von dem Stator 106 bereitgestellten elektrischen Energie mit Wechselspannung in elektrische Energie mit Gleichspannung aufweisen (in 406). Das Verfahren 400 kann ferner das Bereitstellen der elektrischen Energie mit Gleichspannung an ein Gleichstromnetz aufweisen (in 408). Das Gleichstromnetz kann ein Mittelspannungs-Gleichstromnetz sein. 4th represents a procedure 400 for operating a generator system according to various embodiments. The generator system can have a generator, which can have a rotor and a stator. The generator system can be the generator system 300A or the generator system 300B be. The procedure 400 can provide electrical energy with alternating voltage, which can have a frequency greater than 1 kHz, to the rotor 104 of the generator 102 have (in 402 ). The procedure 400 can have: converting mechanical energy into electrical energy with alternating voltage by means of the generator 102 using the provided electrical energy with alternating voltage, which can have the frequency greater than 1 kHz, and providing the converted electrical energy through the stator 106 (in 404 ). The procedure 400 can also convert the from the stator 106 electrical energy provided with alternating voltage into electrical energy with direct voltage (in 406 ). The procedure 400 can also include providing the electrical energy with direct voltage to a direct current network (in 408 ). The direct current network can be a medium-voltage direct current network.

Claims

Generator system (100C), comprising: • a generator (102) which has a rotor (104) and a stator (106) and which is designed 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), the first line connection (110) having: o a first converter (112) 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 at the grid connection point (108); o a second converter (114) 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 (104) of the generator (102), 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) of the generator (102) and the first line connection (110), the second line connection (116) having a third converter (118) which is set up to to convert electrical energy provided by the generator (102) with alternating voltage into electrical energy with direct voltage.

Generator system (100C) Claim 1 , wherein the network connection point (108) is a connection point to an alternating current network.

Generator system (100C) Claim 2 wherein the AC network is a three-phase network with a predefined network frequency, and wherein the first converter (112) is set up to provide electrical energy with AC voltage having the predefined network frequency at the network connection point (108).

Generator system (100C) according to one of the Claims 1 until 3 wherein the first converter (112) is an inverter and / or wherein the second converter (114) is an inverter.

Generator system (100C) according to one of the Claims 1 until 4th , wherein the third converter (118) is a rectifier.

Generator system (100C) according to one of the Claims 1 until 5 , further comprising a control device (130) which is set up to control the first converter (112), the second converter (114) and / or the third converter (118).

Generator system (100C) according to one of the Claims 1 until 6th wherein the generator (102) further comprises a housing, wherein the rotor (104) and the stator (106) are arranged in the housing and wherein the housing comprises a cooling material.

Generator system (100C) Claim 7 wherein the cooling material comprises a liquid, electrically insulating material.

Generator system (100C) Claim 8 , wherein the cooling material is oil.

A method for operating a generator system, the generator system comprising a generator (102) having a rotor (104) and a stator (106), the method comprising: • Providing electrical energy with alternating voltage, which has a frequency greater than 1 kHz, to the rotor (104) of the generator (102); • Conversion of mechanical energy into electrical energy with alternating voltage by means of the generator (102) using the provided electrical energy with alternating voltage, which has a frequency greater than 1 kHz, and providing the converted electrical energy with alternating voltage through the stator (106) of the generator (102); • Converting the electrical energy provided by the stator (106) with alternating voltage into electrical energy with direct voltage; • Converting the electrical energy with direct voltage into electrical energy with alternating voltage, which has a predefined frequency; and • Providing the electrical energy with alternating voltage, which has the predefined frequency, to an alternating current network.

Generator system, comprising: • a generator (102) which has a rotor (104) and a stator (106) and which is designed 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), the first line connection (110) having: o an inverter (114) 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 (104) of the generator (102), the provided electrical energy with alternating voltage an Has a frequency greater than 1 kHz; and o a switch which is arranged between the inverter (114) and the grid connection point (108); • a second line connection (116) which is connected between the stator (106) of the generator (102) and the first line connection (110), the second line connection (116) having a rectifier (118) which is set up to convert from to convert electrical energy with AC voltage provided to the generator (102) into electrical energy with DC voltage and to provide the electrical energy with DC voltage using the switch at the grid connection point (108).

Generator system according to Claim 11 , wherein the switch is a mechanical switch or a power electronic switch.

Generator system according to one of Claims 11 or 12, the network connection point (108) being a connection point to a direct current network.

A method for operating a generator system, the generator system comprising a generator (102) having a rotor (104) and a stator (106), the method comprising: • Providing electrical energy with alternating voltage, which has a frequency greater than 1 kHz, to the rotor (104) of the generator (102); • Conversion of mechanical energy into electrical energy by means of the generator (102) using the provided electrical energy with alternating voltage, which has a frequency greater than 1 kHz, and providing the converted electrical energy with alternating voltage through the stator (106) of the generator (102) ); • Converting the electrical energy provided by the stator (106) with alternating voltage into electrical energy with direct voltage; and • Provision of electrical energy with direct voltage to a direct current network.

Procedure according to Claim 14 , wherein the direct current network is a medium voltage direct current network.