DE10220738A1

DE10220738A1 - Energieversorgungssystem für Inselnetze

Info

Publication number: DE10220738A1
Application number: DE10220738A
Authority: DE
Inventors: Vemund Karstad
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-27
Also published as: NO20045340L; RU2318283C2; JP2005525074A; WO2003096511A1; CN1653667A; CN100416969C; RU2004135822A; AU2003232617A1; NO328312B1; KR20040106492A; KR101027301B1; JP3987529B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für Inselnetze, insbesondere auf Ölbohrplattformen bzw. Schiffen, wobei das Energieversorgungssystem mindestens einen Generator (3) und mindestens zwei Drehstromsysteme (1a, 1b) aufweist, wobei der Generator (3) mindestens zwei dreiphasige Wicklungssysteme aufweist und so ohne bzw. weitestgehend ohne Einsatz von Stromrichtertransformatoren zwei phasenversetzte Drehstromsysteme (1a, 1b) gespeist werden, in denen die Wicklungssysteme des Generators (3) räumlich dem elektrischen Phasenversatz der Drehstromsysteme (1a, 1b) entsprechend angeordnet sind. Die beiden Drehstromsysteme (1a, 1b) bilden gemeinsam das Primärsystem (1) und speisen mittels einer Transformatorvorrichtung (4) ein sekundäres Drehstromsystem (2). Die erfindungsgemäße Lösung bedingt eine gerade bei Inselsystemen besonders wichtige Gewichts- und Platzersparnis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für Inselnetze, wobei das Energieversorgungssystem mindestens einen Generator und mindestens zwei Drehstromsysteme aufweist.
Unter einem Energieversorgungssystem für Inselnetze ist ein ganzheitliches Energiesystem zu verstehen, also ein Energiesystem, in dem elektrische Energie erzeugt, übertragen und schließlich wieder in andere Energieformen umgewandelt wird, wobei das System von seinem Ausmaß räumlich begrenzt und - nicht mit einer landesweiten Energieversorgung vergleichbar ist. Derartige Systeme sind insbesondere auf See gebundenen und/oder beweglichen Einrichtungen vorzufinden. So z. B. auf Schiffen und sonstigen Seefahrzeugen, Bohrplattformen oder anderen isolierten, vorzugsweise seegebundenen technischen Einrichtungen mit Energiebedarf.
Gattungsgemäße Energieversorgungssysteme weisen oft mindestens zwei elektrisch phasenversetzte Drehstromsysteme auf, die mittels parallel geschalteter Umrichter Antriebe mit elektrischer Energie versorgen. Durch den Phasenversatz der Drehstromsysteme werden Strom- und Spannungsoberschwingungen reduziert. Gegenwärtig werden derartige versetzte Drehstromsysteme durch Stromrichtertransformatoren erzeugt, wobei der Phasenversatz der Drehstromsysteme durch entsprechende Wahl von Schaltgruppen bewirkt wird.
Bei den zuvor beschriebenen Energieversorgungssystemen für Inselnetze und insbesondere auf See stellt das hohe Gewicht der verwendeten Systemkomponenten ein gravierendes Problem dar. Gegenwärtig existieren daher verschiedene Lösungsansätze, die versuchen zum System gehörige Vorrichtungen wie Stromrichtertransformatoren und Umrichter hinsichtlich ihres Gewichts zu optimieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Energieversorgungssystem für Inselnetze, das mindestens einen Generator und mindestens zwei Drehstromsysteme aufweist, insbesondere im Hinblick auf die zuvor beschriebene Problemstellung weiter zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Generator des Energieversorgungssystems mindestens zwei dreiphasige Wicklungssysteme aufweist, die jeweils den Drehstromsystemen zugeordnet sind, wobei in den Wicklungssystemen Spannungen induziert werden und die Wicklungssysteme des Generators räumlich derart angeordnet sind, dass die Spannungen der beiden Drehstromsysteme zueinander elektrisch phasenversetzt sind.
Dadurch, dass erfindungsgemäß auf Stromrichtertransformatoren zur Erzeugung der beiden Drehstromsysteme gänzlich bzw. zumindest weitestgehend verzichtet wird, ergibt sich ein erheblicher Gewichts- und Kostenvorteil und es wird zudem auch Platz eingespart.
Mit Vorteil beträgt der elektrische Phasenversatz zwischen den Drehstromsystemen 30°. Dieser Phasenversatz ist hinsichtlich der Verminderung von Strom- und Spannungsoberschwingungen in einem ggf. nachgeschalteten mittels parallel geschalteter Umrichter gespeisten weiteren Drehstromsystems besonders günstig.
Vorzugsweise sind die Wicklungssysteme des Generators derart in Nuten angebracht, dass sich ein minimaler Kurzschlussstrom einstellt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Energiezufuhr durch statorseitige magnetische Kopplung der Wicklungssysteme im Generator deutlich gemindert.
Es ist zweckmäßig, dass eine Last mit mehr als einem der Drehstromsysteme verbunden ist. Gerade beim Vorhandensein von mehr als zwei bzw. einem Vielfachen von zwei Drehstromsystemen kann auf diese Weise ein Verlust von Redundanz im System vermieden werden.
Mit Vorteil weist das Energieversorgungssystem mindestens ein Primärsystem und mindestens ein sekundäres Drehstromsystem auf, wobei mindestens zwei Drehstromsysteme das Primärsystem bilden, das mit mindestens einem der sekundären Drehstromsysteme gekoppelt ist. Auf diese Weise können im Primär- und Sekundärsystem unterschiedliche Einrichtungen zum Schalten und/oder Umrichten verwendet werden, die auf unterschiedliche Spannungsbereiche ausgelegt sind. Die Auslegung auf Spannungsbereiche wird dabei jeweils vorzugsweise durch die zu versorgenden Lasten bestimmt. Insgesamt ergibt sich hiermit ein Kostenvorteil, da ggf. günstigere Einrichtungen für niedrigere Spannungsbereiche verwendet werden können.
Vorteilhafterweise ist das sekundäre Drehstromsystem mit einem Generator gekoppelt. So wird erreicht, dass Lasten am Sekundär- bzw. Primärsystem auch dann mit Energie versorgt werden können, wenn bei der Energieerzeugung im jeweils anderen System Störungen auftreten.
Vorzugsweise ist die Kopplung zwischen mindestens einem Primärsystem und mindestens einem sekundären Drehstromsystem derart ausgestaltet, dass mittels des mit dem sekundären Drehstromsystem gekoppelten Generators erzeugte Energie dem Primärsystem zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann ein mit dem Sekundärsystem verbundener Generator in Notfällen auch mit dem Primärsystem verbundene Lasten mit Energie versorgen.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 ein beispielhaftes Schema eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems für Inselnetze;
Fig. 2 ein beispielhaftes Schema eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems mit Lasten am Primärsystem;
Fig. 3 ein Beispiel für eine Transformatorvorrichtung zur Kopplung von Primär- und Sekundärsystem;
Fig. 4 ein Beispiel für eine Transformatorvorrichtung zur Kopplung von Primär- und Sekundärsystem.
Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Schema eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems für Inselnetze. Dabei erzeugt ein Generator 3, der mit den beiden Drehstromsystemen 1a, 1b verbunden ist, Energie beispielsweise durch Verbrennung von Dieselkraftstoff. Der Generator 3 weist dabei zwei dreiphasige Wicklungssysteme auf, die jeweils den Drehstromsystemen 1a bzw. 1b zugeordnet sind, wobei in den Wicklungssystemen Spannungen induziert werden und die Wicklungssysteme innerhalb des Generators 3 räumlich derart angeordnet sind, dass die Spannungen der beiden Drehstromsysteme 1a, 1b zueinander elektrisch phasenversetzt sind. So kann auf Stromrichtertransformatoren zur Erzeugung der beiden Drehstromsysteme gänzlich bzw. zumindest weitestgehend verzichtet werden.
Die beiden Drehstromsysteme 1a, 1b bilden gemeinsam das Primärsystem 1. Vorzugsweise sind die Drehstromsysteme 1a, 1b um 30° elektrisch phasenversetzt und speisen mittels mindestens einer Transformatorvorrichtung 4 ein sekundäres Drehstromsystem 2. So werden Strom- und Spannungsoberschwingungen im Sekundärsystem 2 reduziert. Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Transformatorvorrichtung 4 zwei parallel geschaltete Transformatoren.
Sowohl an das Primärsystem 1 als auch an das Sekundärsystem 2 können in der Zeichnung nicht dargestellte Lasten wie z. B. Motoren oder andere Antriebseinrichtungen angeschlossen werden. Der mit dem Sekundärsystem 2 verbundene Generator 7 kann als Notgenerator fungieren und die Energieversorgung sowohl im Sekundärsystem 2 als auch im Primärsystem 1 gewährleisten, falls der Hauptgenerator 3 nicht arbeitet.
Fig. 2 zeigt ein weiteres beispielhaftes Schema eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems, wobei an das Primärsystem 1 Lasten 6a, 6b gekoppelt sind. Der Generator 3 ist mit den beiden Drehstromsystemen 1a, 1b verbunden, die vorzugsweise 30° zueinander phasenversetzt sind. Die beiden Drehstromsysteme 1a, 1b bilden das Primärsystem 1. Über die beiden Umrichter 5a, 5b werden die Motoren 6a, 6b gespeist.
Das Primärsystem 1 ist mit dem sekundären Drehstromsystem 2 mittels der beiden Transformatoren 4 gekoppelt. In der Zeichnung nicht dargestellt sind weitere Lasten, die zusätzlich zu den Motoren 6a, 6b mit dem Primärsystem 1 verbunden werden können. Mit dem sekundären Drehstromsystem 2 sind über die Anschlüsse 8a, 8b, 8c weitere in der Zeichnung nicht näher dargestellte Lasten und mindestens ein nicht näher dargestellter Generator verbunden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird durch die Konstruktion des Generators 3 sichergestellt, dass vor allem beim Einsatz von zur Ölbohrung geeigneten Lasten, wie den Motoren 6a, 6b auf Seite der mit den Drehstromsystemen 1a und 1b verbundenen Statorwicklungen eine gleichmäßige Lastverteilung gewährleistet ist. Dabei ist im Primärsystem 1 der Betrieb bei höchstmöglichem Spannungsniveau zweckmäßig.
Die Kopplung des sekundären Drehstromsystems 2 an das Primärsystem 1 erfolgt durch die Transformatoren 4 in symmetrischer Weise. Beispielsweise weisen dabei die beiden Transformatoren 4 primärseitig eine Dreiecks-, sekundärseitig jedoch eine Dreiecks- bzw. eine Sternschaltung auf.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen weitere Ausgestaltungen der Transformatorvorrichtung 4 zur Kopplung des Primärsystems 1 mit dem sekundären Drehstromsystem 2. Die einzelnen Wicklungssysteme der Transformatorvorrichtung 4 sind dabei den beiden primären Drehstromsystemen 1a, 1b bzw. dem sekundären Drehstromsystem 2 mit den Anschlüssen 8a, 8b, 8c zugeordnet. Die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Transformatorvorrichtungen 4 sind als integrierte Transformatorvorrichtung ausführbar, d. h. sie weisen sekundärseitig für jeden der Anschlüsse 8a, 8b, 8c wie in den Zeichnungen schematisch dargestellt jeweils nur ein Wicklungssystem auf.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Transformatorvorrichtung 4 sind die Wicklungssysteme auf Seite des sekundären Drehstromsystems 2 in Sternschaltung angeordnet.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Transformatorvorrichtung 4 sind die Wicklungssysteme auf Seite des sekundären Drehstromsystems 2 in Dreiecksschaltung angeordnet.
Fig. 1 und 2 zeigen erfindungsgemäße elementare Energieversorgungssysteme für Inselnetze. Mindestens zwei derartige Energieversorgungssysteme können miteinander gekoppelt werden. Es ist auch möglich mindestens ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem mit bereits existierenden Energieversorgungssystemen für ein Inselnetz zu koppeln.
Ein Energieversorgungssystem, das aus mehreren wie in Fig. 1 bzw. Fig. 2 gezeigten elementaren Energieversorgungssystemen besteht, kann um einen entsprechend hohen Energiebedarf zu decken, auch derart ausgestaltet sein, dass zusätzlich zum einen Hauptgenerator 3 noch weitere Hauptgeneratoren 3 vorgesehen sind. Ein Energieversorgungssystem kann auch derartig aufgebaut sein, dass es mehrere Primärsysteme 1 aufweist, die ein oder mehrere Sekundärsysteme 2 speisen. Ein Energieversorgungssystem kann derartig aufgebaut sein, dass ein Primärsystem 1 ein oder mehrere sekundäre Drehstromsysteme 2 speist und/oder ein sekundäres Drehstromsystem 2 durch ein oder mehrere Primärsysteme 1 gespeist wird.
Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem ist bei mindestens gleichbleibender Leistung, Flexibilität und Kapazität in seiner Gesamtheit billiger und weist ein deutlich geringeres Gewicht auf als bisher existierende Systeme, und benötigt darüber hinaus auch aufgrund der Einsparung von sonst zur Erzeugung von zwei phasenversetzten Drehstromsystemen 1a, 1b benötigten Stromumrichtern deutlich weniger Platz als gegenwärtig existierende Systeme.

Claims

1. Energieversorgungssystem für Inselnetze, das mindestens einen Generator (3) und mindestens zwei Drehstromsysteme (1a, 1b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (3) mindestens zwei dreiphasigen Wicklungssysteme aufweist, die jeweils den Drehstromsystemen (1a, 1b) zugeordnet sind, wobei in den Wicklungssystemen Spannungen induziert werden und die Wicklungssysteme des Generators (3) räumlich derart angeordnet sind, dass die Spannungen der beiden Drehstromsysteme (1a, 1b) zueinander elektrisch phasenversetzt sind.

2. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Phasenversatz zwischen den Drehstromsystemen (1a, 1b) 30° beträgt

3. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungssysteme des Generators (3) derart in Nuten angebracht sind, dass sich ein minimaler Kurzschlussstrom einstellt.

4. Energieversorgungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Last (6a, 6b) mit mehr als einem der Drehstromsysteme (1a, 1b) verbunden ist.

5. Energieversorgungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Primärsystem (1) und mindestens ein sekundäres Drehstromsystem (2) aufweist, wobei mindestens zwei Drehstromsysteme (1a, 1b) das Primärsystem (1) bilden, das mit mindestens einem der sekundären Drehstromsysteme (2) gekoppelt ist.

6. Energieversorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sekundäre Drehstromsystem (2) mit einem Generator gekoppelt ist.

7. Energieversorgungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung zwischen mindestens einem Primärsystem (1) und mindestens einem sekundären Drehstromsystem (2) derart ausgestaltet ist, dass mittels des mit dem sekundären Drehstromsystem (2) gekoppelten Generators erzeugte Energie dem Primärsystem (1) zugeführt werden kann.