DE10335575B4 - Emergency operating device for adjusting rotor blades for a wind turbine - Google Patents

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Abstract

Notbetriebseinrichtung (1) für eine Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlage Rotorblätter (54) aufweist, welche mittels zumindest eines elektrischen Motors (64) verstellbar sind, wobei der elektrische Motor (64) mittels eines Umrichters (3) speisbar ist, wobei der Umrichter (3) einen Gleichrichter (11), einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter aufweist und wobei die Notbetriebseinrichtung einen Energiespeicher aufweist, welcher zur Energieversorgung des elektrischen Motors (64) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (17) mittels des Gleichrichters (11) aufladbar ist.Emergency operation (1) for a wind turbine, wherein the wind turbine rotor blades (54) which, by means of at least one electric motor (64) are adjustable, wherein the electric motor (64) by means of a Inverter (3) is fed, wherein the inverter (3) has a rectifier (11), a DC link and an inverter, and wherein the emergency operating device has an energy store, which can be used to supply power to the electric motor (64) is, characterized in that the energy store (17) by means of of the rectifier (11) is rechargeable.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Notbetriebseinrichtung zur Verstellung von Rotorblättern für eine Windkraftanlage. Eine Windkraftanlage weist Rotorblätter auf, welche an einer Nabe einer Rotorwelle angeordnet sind und welche mit einem Generator verbunden sind. Die Stellung der Rotorblätter um ihre Längsachse ist durch einen Motor veränderbar.The The invention relates to an emergency operating device for the adjustment of rotor blades for a wind turbine. A wind turbine has rotor blades attached to a hub a rotor shaft are arranged and which are connected to a generator are. The position of the rotor blades around its longitudinal axis is changeable by a motor.

Moderne Windkraftanlagen in einem Leistungsbereich von ca. 500 kW mit bevorzugt horizontal ausgeführter Rotorwelle besitzen verstellbare Rotorblätter. Dadurch lässt sich die Angriffsfläche der Windgeschwindigkeit anpassen und eine annähernd konstante Leistung der Windkraftanlage einstellen. Windkraftanlagen dieser Art können somit noch bei vergleichsweise hohen Windgeschwindigkeiten betrieben werden. Bei Erreichen einer Grenzwindgeschwindigkeit, für die eine Windkraftanlage konstruktiv ausgelegt ist, ist es notwendig, die Leistung zu begrenzen. Auf diese Weise können Schäden an den Windkraftanlagen durch mechanische Überbelastungen vermieden werden.modern Wind turbines in a power range of about 500 kW with preferred horizontally executed Rotor shaft have adjustable rotor blades. This can be done the attack surface adjust the wind speed and an approximately constant power of Set wind turbine. Wind turbines of this kind can thus can still be operated at comparatively high wind speeds. Upon reaching a threshold wind speed for which a wind turbine constructively designed, it is necessary to limit the power. That way you can damage be avoided at the wind turbines by mechanical overloads.

Ein weiterer mechanischer Belastungsfall einer Windkraftanlage ist der mögliche Wegfall der elektrischen Last durch den Hauptgenerator. Ursachen für diese Notsituation können beispielsweise der Ausfall des Stromnetzes, des Umrichters oder auch des Hauptgenerators selbst sein. Dadurch kann es zu einem sehr schnellen Hochlaufen der Rotorwelle durch das nun fehlende Gegenmoment des Hauptgenerators kommen. Eine mechanische Überbelastung der Windkraftanlage durch unzulässig hohe Drehzahlen wäre die Folge. Zur Vermeidung eines solchen Belastungsfalles werden üblicherweise die Rotorblätter oder auch nur eines in eine sog. "Fahnenstellung" verdreht. Vorteilhafter Weise werden alle Rotorblätter aus dem Wind ge dreht. Dabei wird entweder die Vorderkante oder die Hinterkante des Rotorblattprofils in den Wind verdreht, so dass kein antreibender Auftrieb mehr an dem Rotorblattprofil entstehen kann.One Another mechanical load case of a wind turbine is the possible Elimination of the electrical load by the main generator. causes for this Emergency situation can For example, the failure of the power grid, the inverter or be the main generator itself. This can make it a very fast Run - up of the rotor shaft by the now missing counter moment of the Main generator come. A mechanical overload of the wind turbine by inadmissible high speeds would be the episode. To avoid such a load case are usually the rotor blades or only one twisted into a so-called "flag position". Advantageously, all rotor blades Turned out of the wind. It is either the leading edge or the Trailing edge of the rotor blade profile twisted in the wind, leaving no more driving buoyancy arise on the rotor blade profile can.

Die Einrichtung zur Verstellung der Rotorblätter in die Fahnenstellung ist im technischen Sinne sicher auszuführen. Es ist folglich sicherzustellen, dass z.B. auch in der Notsituation eines Netzausfalls eine energetische Versorgung für die Verstellantriebe der Rotorblätter gewährleistet ist. Aus diesem Grund ist es bekannt, eine unabhängige Hilfsenergieeinrichtung in Form eines Akkumulators als Energiespeicher zu verwenden, der im Fehlerfall direkt mit den Stellmotoren der Stellantriebe verbunden wird. Bei Erreichen der Fahnenstellung werden z.B. die Stellantriebe über Endlagenschalter von dem Akkumulator getrennt.The Device for adjusting the rotor blades in the flag position is safe to carry out in the technical sense. It is therefore necessary to ensure that e.g. even in the emergency situation of a power failure an energetic Supply for the adjusting drives of the rotor blades guaranteed is. For this reason, it is known an independent auxiliary power device in the form of a rechargeable battery to use as energy storage, the in the event of a fault, connected directly to the servomotors of the actuators becomes. Upon reaching the feathering position, e.g. the actuators via limit switches disconnected from the accumulator.

In Notsituationen, wie z.B. beim Ausfall der elektrischen Stromversorgung, ist also sicher zu stellen, dass die Position der Rotorblätter verstellbar ist. Dies ist beispielsweise auch dann notwendig, wenn zu starke Winde auf die Flügel einwirken. Der oder die Motoren zur Verstellung der Stellung der Rotorblätter der Windkraftanlage werden z.B. über einen Umrichter gespeist. Der Umrichter weist einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter auf. Der Umrichter wird über ein elektrisches Stromversorgungsnetz gespeist. Für den Notbetrieb der Verstellung der Rotorblätter der Windkraftanlage wird der Zwischenkreis des Umrichters durch einen Akkumulator wie z.B. einem Bleigelakkumulator gespeist. Hierdurch ist ein autarker netzunabhängiger Betrieb sichergestellt. Der Akkumulator ist durch ein Netzteil, welches einen Gleichrichter darstellt, ladbar. Dieses Ladenetzteil erhöht die Kosten für eine Windkraftanlage, aber auch die Fehleranfälligkeit derselben, da jedes zusätzliche Teil der Windkraftanlage die Ausfallwahrscheinlichkeit der gesamten Windkraftanlage erhöht. Nachteilig ist, dass für seltene Fehlerfälle bzw. Notsituationen ein Ladegerät für die unabhängige Energieversorgung, also für den Energiespeicher mit den entsprechenden Kosten für die Beschaffung und Wartung bereitgestellt werden muss.In Emergency situations, such as in case of failure of the electrical power supply, So make sure that the position of the rotor blades is adjustable is. This is necessary, for example, if too strong Winds on the wings act. The one or more motors for adjusting the position of rotor blades of the wind turbine are e.g. above fed an inverter. The inverter has a rectifier, a DC link and an inverter. The inverter will over fed an electrical power grid. For emergency operation the adjustment of the rotor blades the wind turbine is the DC link of the inverter through an accumulator such as e.g. powered by a lead gel accumulator. hereby is a self-sufficient network independent Operation ensured. The accumulator is powered by a power supply, which represents a rectifier, loadable. This charger elevated the price for a wind turbine, but also the error rate of the same, since each additional Part of the wind turbine the probability of default of the entire Wind turbine increased. The disadvantage is that for rare errors or emergency situations a charger for the independent energy supply, so for the Energy storage with the corresponding costs for procurement and maintenance must be provided.

Aus der DE 200 20 232 U1 ist beispielsweise eine Windkraftanlage bekannt, welche Mittel zur Verstellung der Rotorblätter aufweist, wobei ein Stellantrieb zur Verstellung zumindest eines Rotorblattes vorgesehen ist und mindestens ein Hilfsgenerator zur Auskopplung elektrischer Energie aus der kinetischen Energie zumindest der Rotorwelle vorgesehen ist, wobei bei einer Störfallerkennung eine Umschalteinrichtung die elektrische Energie des Hilfsgenerators zumindest an einen Stellmotor zur Verstellung zumindest eines Rotorblattes in eine Fahnenstellung leitet.From the DE 200 20 232 U1 For example, a wind turbine is known which comprises means for adjusting the rotor blades, wherein an actuator for adjusting at least one rotor blade is provided and at least one auxiliary generator for coupling electrical energy from the kinetic energy is provided at least the rotor shaft, wherein in a fault detection, a switching device, the electrical Energy of the auxiliary generator leads at least to a servo motor for adjusting at least one rotor blade in a flag position.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Notbetriebseinrichtung zu schaffen, durch welche die Ausfallwahrscheinlichkeit der gesamten Windkraftanlage reduziert wird bzw. auch die Kosten für der Windkraftanlage reduziert werden.task The present invention is to provide an emergency operation device create, through which the probability of failure of the entire wind turbine is reduced or also reduces the cost of the wind turbine become.

Dies gelingt durch eine Notbetriebseinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 6 sind Weiterbildungen der Notbetriebseinrichtung.This is achieved by an emergency operating device with the features of claim 1. The dependent claims 2 to 6 are further developments of the emergency operation device.

Die Aufgabe wird ferner bei einer Windkraftanlage mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst. Der Unteranspruch 8 betrifft eine Weiterbildung der Windkraftanlage.The object is further achieved in a wind turbine with the features of claim 7. The dependent claim 8th relates to a development of the wind turbine.

Bei einer erfindungsgemäßen Notbetriebseinrichtung für eine Windkraftanlage weist die Notbetriebseinrichtung einen Energiespeicher auf, wobei der Energiespeicher mittels eines Gleichrichters aufladbar ist. Die Windkraftanlage weist einen Stromrichter zum Speisen eines Gleichspannungszwischenkreises auf. Dieser Stromrichter zum Speisen des Gleichspannungszwischenkreises ist in der Funktion eines Gleichrichters ein Teil eines Umrichters. Der Umrichter ist zur Speisung eines elektrischen Motors vorgesehen, welcher zur Verstellung der Rotorblattposition der Windkraftanlage vorgesehen ist. Der elektrische Motor ist vorteilhafter Weise ein Wechselstrommotor, insbesondere ein Drehstrommotor. Dieser ist im Vergleich zu einem Gleichstrommotor leichter, was Gewichtsvorteile bringt. Des Weiteren ist er gegenüber dem Gleichstrommotor weniger wartungsintensiv. Ein Umrichter weist also einen Gleichrichter, einen Spannungszwischenkreis und einen Wechselrichter auf. Erfindungsgemäß ist der Gleichrichter des Umrichters sowohl zur Speisung des Zwischenkreises im Umrichterbetrieb als auch zum Laden des Energiespeichers der Notbetriebseinrichtung vorsehbar. Somit ist es vermeidbar, ein teu res Netzteil für das Laden von Akkumulatoren oder auch eines Kondensators, durch welchen im Notbetrieb der Zwischenkreis stützbar ist, einsetzen zu müssen, was auch die Anzahl der Fehlerquellen reduziert. Durch die Einsparung eines als Ladeeinrichtung verwendeten Netzteils, welches bedingt durch die Umgebungsbedingungen anfällig ist, ergibt sich ein geringerer Inspektions- und Wartungsaufwand, sowie auch eine Gewichtsersparnis. Diese Gewichtsersparnis ist insbesondere bezüglich der Windlast von Vorteil.In an emergency operation according to the invention Device for a wind turbine, the emergency operation device has an energy storage, wherein the energy storage means of a rectifier is rechargeable. The wind turbine has a power converter for feeding a DC voltage intermediate circuit. This converter for feeding the DC link is in the function of a rectifier part of an inverter. The inverter is provided for feeding an electric motor, which is provided for adjusting the rotor blade position of the wind turbine. The electric motor is advantageously an AC motor, in particular a three-phase motor. This is lighter compared to a DC motor, which brings weight advantages. Furthermore, it is less maintenance intensive compared to the DC motor. An inverter thus has a rectifier, a voltage intermediate circuit and an inverter. According to the invention, the rectifier of the converter can be provided both for supplying the intermediate circuit in converter operation and for charging the energy store of the emergency operating device. Thus, it is avoidable, a teu res power supply for charging accumulators or a capacitor through which in emergency mode the DC link is sustainable to use to use, which also reduces the number of sources of error. By saving a power supply used as a charging device, which is prone due to the environmental conditions, results in a lower inspection and maintenance costs, as well as a weight saving. This weight saving is particularly advantageous in terms of wind load.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energiespeichers ist dieser als Akkumulator bzw. als ein Kondensator ausführbar. Als Kondensator sind vorteilhafterweise Ultracaps einsetzbar, wobei diese auch als Superkondensatoren bzw. als Ultrakondensatoren bezeichnet werden. Der Kondensator ist beispielsweise ein einzelner Kondensator oder eine Kondensatorbatterie bzw. eine Kondensatorbank. Der Vorteil eines Kondensators und insbesondere eines Ultrakondensators ist es, dass dieser im Vergleich zum Akkumulator in einem größeren Temperaturbereich betreibbar ist. Des Weiteren ist der Kondensator gegenüber dem Akkumulator langlebiger, wartungsärmer und er weist keinen vergleichbaren Memoryeffekt auf.In an advantageous embodiment of the energy storage is this as accumulator or as a capacitor executable. As a capacitor Advantageously, Ultracaps used, these also as supercapacitors or referred to as ultracapacitors. The capacitor is For example, a single capacitor or a capacitor bank or a capacitor bank. The advantage of a capacitor and in particular an ultracapacitor is that this compared to the accumulator in a wider temperature range is operable. Furthermore, the capacitor is opposite to the Accumulator more durable, low maintenance and he has no comparable memory effect on.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Energiespeicher über einen Ladewiderstand ladbar. Der Ladewiderstand dient zur Strombegrenzung, wenn der Energiespeicher über den Zwischenkreis des Umrichters geladen wird.In an advantageous embodiment of the energy storage is via a Charging resistance loadable. The charging resistor is used to limit the current when the energy store over the DC link of the inverter is loaded.

Der Umrichter ist auch mit einem selbstgeführten Stromrichter als Gleichrichter ausführbar. In vorteilhafter Weise ist bei einer derartigen Ausführungsform der Ladewiderstand verzichtbar.Of the Inverter is also with a self-commutated power converter as a rectifier executable. Advantageously, in such an embodiment the charging resistance dispensable.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ladewiderstand durch eine Parallelschaltung überbrückbar. Die Parallelschaltung weist beispielsweise eine Diode auf, wobei die Diode während des Ladevorgangs sperrt und während des Endladevorganges der elektrische Strom über die Diode fließt, so dass über den Ladewiderstand beim Endladevorgang kaum Spannung abfällt und Energie verloren geht.In a further advantageous embodiment is the charging resistor bridged by a parallel connection. The Parallel connection has, for example, a diode, wherein the Diode during the charging process locks and while of the discharge process, the electric current flows through the diode, so that over the Charging resistance during discharge hardly voltage drops and Energy is lost.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Energiespeicher vom Zwischenkreis trennbar. Die Trennung erfolgt beispielsweise mittels eines Schützes. Liegt Spannung am Umrichter an, kann über ein Schütz, welches als Schalter dient, die Ladung des Energiespeichers aktiviert werden. Damit ist sichergestellt, dass der Energiespeicher nicht dauernd einen Ladestrom zieht.In a further advantageous embodiment of the energy storage separable from the DC link. The separation takes place, for example by means of a contactor. If voltage is applied to the inverter, it can be switched off via a contactor, which serves as a switch. the charge of the energy storage can be activated. This ensures that the energy storage does not constantly draw a charging current.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Notbetriebseinrichtung zumindest eine Sicherung auf. Durch die Sicherung ist die Notbetriebseinrichtung vor zu hohen Strömen geschützt.In a further advantageous embodiment, the emergency operation device at least one backup. The backup is the emergency operation device against high currents protected.

Im folgenden soll anhand eines Beispieles die Dimensionierung einer Notbetriebseinrichtung beispielhaft skizziert werden. Die verwendeten Größen werden dabei nur beispielhaft genannt und beschränken nicht andere mögliche Dimensionierungen der Notbetriebseinrichtung. Der Umrichter weist beispielsweise eine Leistung von 15kW auf. Sind beim Umrichter beispielsweise schon doppelte Anschlüsse für den Zwischenkreis vorhanden, so können beispielsweise 4qmm große Anschlüsse den Lade- bzw. den Betriebsstrom im Notbetrieb führen. Ist als Energiespeicher beispielsweise ein Kondensator vorgesehen, so berechnet sich der Energieinhalt des Kondensators bei Bemessungsspannung wie folgt: W = ½ CU2 Mit C = 1F, U = 620 V folgt W = 192,2 kWsIn the following, the dimensioning of an emergency operating device will be outlined by way of example on the basis of an example. The variables used are given by way of example only and do not limit other possible dimensions of the emergency operation device. The inverter has, for example, a power of 15kW. If, for example, the converter already has duplicate connections for the DC link, then, for example, 4-mm-thick connections can carry the charging or operating current in emergency mode. If, for example, a capacitor is provided as the energy store, the energy content of the capacitor at the rated voltage is calculated as follows: W = ½ CU 2 With C = 1F, U = 620 V, W = 192.2 kWs

Der Kondensator stützt den Zwischenkreis und kann folglich auch als Stützkondensator bezeichnet werden.Of the Capacitor supports the intermediate circuit and can therefore also be referred to as a backup capacitor.

Die Aufgabe der Erfindung ist auch durch eine Windkraftanlage lösbar, welche eine Notbetriebseinrichtung nach einer der vorgenannten Ausbildungen aufweist. Die Windkraftanlage weist Rotorblätter auf, wobei die Rotorblätter mindestens mittels einer elektrischen Maschine verstellbar sind und die elektrische Maschine mittels eines Umrichters gespeist wird, wobei der Umrichter einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter aufweist und die Notbetriebseinrichtung am Zwischenkreis angeschlossen ist.The The object of the invention is also solvable by a wind turbine, which an emergency operation device according to one of the aforementioned embodiments having. The wind turbine has rotor blades, the rotor blades at least are adjustable by means of an electric machine and the electric Machine is powered by an inverter, wherein the inverter a rectifier, a DC link and an inverter has and the emergency operation device connected to the DC link is.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the following figures. there demonstrate:

1 eine Notbetriebseinrichtung für eine Windkraftanlage und 1 an emergency operation device for a wind turbine and

2 schematisch den Aufbau eines Rotors einer Windkraftanlage. 2 schematically the structure of a rotor of a wind turbine.

Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine Notbetriebseinrichtung 1 für eine elektrische Maschine 5. Die elektrische Maschine 5 ist über einen Umrichter 3 betreibbar. Dieser Umrichter 3 weist einen Gleichrichter 11, einen Zwischenkreiskondensator 7 und einen Wechselrichter 9 auf. Der Gleichrichter 11 weist zur Gleichrichtung eines dreiphasigen Wechselstromes, der über Anschlussklemmen 35 in den Umrichtern 3 einspeisbar ist, Dioden 21 in der gezeigten Anordnung auf. Der Zwischenkreiskondensator 7 ist mittels Anschlussklemmen 37, welche intern im Umrichter 3 ausgeführt sind, in den Gleichspannungszwischenkreis geschaltet. Der Gleichspannungszwischenkreis weist Schalter 27 und 29 auf. Über diese Schalter 27 und 29 sind Widerstände 15 in der Funktion von Ladewiderständen für den Zwischenkreiskondensator 7 in den Zwischenkreis schaltbar. Sind die Schalter 27 und 29 geschlossen, so sind die Widerstände 15 kurz geschlossen. Der Zwischenkreiskondensator 7 ist entweder ein einzelner Kondensator bzw. eine Kondensatorbatterie bzw. eine Kondensatorbank, d.h. eine Zusammenschaltung von mehreren Kondensatoren. Die Notbetriebseinrichtung 1 weist zumindest einen Energiespeicher 17 auf. Der Energiespeicher 17 ist beispielsweise ein Akkumulator oder auch ein Kondensator bzw. eine Kondensatorbank. Bei den Kondensatoren sind vorteilhafterweise Ultrakondensatoren einsetzbar. Der Energiespeicher 17 ist über einen Ladewiderstand 13 ladbar. Zur Entladung des Energiespeichers 17 ist eine Diode 22 vorgesehen, welche parallel zum Ladewiderstand 13 geschalten ist. Über einen Schalter 25 ist der Energiespeicher 17 vom Zwischenkreis des Umrichters 3 trennbar. Die Notbetriebseinrichtung 1 weist weiterhin auf beiden Seiten des Spannungszwischenkreises eine Sicherung 19 auf. Die Sicherungen 19 schützen den Energiespeicher 17.The representation according to 1 shows an emergency operation device 1 for an electric machine 5 , The electric machine 5 is via an inverter 3 operated. This inverter 3 has a rectifier 11 , a DC link capacitor 7 and an inverter 9 on. The rectifier 11 indicates the rectification of a three-phase alternating current, via terminals 35 in the inverters 3 can be fed in, diodes 21 in the arrangement shown. The DC link capacitor 7 is by means of terminals 37 which internally in the inverter 3 are executed, connected in the DC voltage intermediate circuit. The DC voltage intermediate circuit has switches 27 and 29 on. About these switches 27 and 29 are resistors 15 in the function of charging resistors for the DC link capacitor 7 switchable into the DC link. Are the switches 27 and 29 closed, so are the resistors 15 short closed. The DC link capacitor 7 is either a single capacitor or a capacitor bank or a capacitor bank, ie an interconnection of several capacitors. The emergency operation device 1 has at least one energy store 17 on. The energy storage 17 is for example an accumulator or a capacitor or a capacitor bank. In the case of capacitors, it is advantageously possible to use ultracapacitors. The energy storage 17 is about a charging resistor 13 loaded. To discharge the energy storage 17 is a diode 22 provided, which parallel to the charging resistor 13 is switched. About a switch 25 is the energy storage 17 from the DC link of the inverter 3 separable. The emergency operation device 1 also has a fuse on both sides of the voltage link 19 on. The fuses 19 protect the energy storage 17 ,

Der Schalter 25 ist vorteilhafterweise ein Schütz.The desk 25 is advantageously a contactor.

Der Energiespeicher 17, welcher z.B. Stützkondensatoren aufweist, wird intelligent mittels des Schützes 25 geladen. D.h. der Ladezustand wird überwacht und dementsprechend das Schütz 25 geschaltet. Der Ladewiderstand 13 begrenzt dabei den Ladestrom. Fällt das Netz aus, speisen die Stützkondensatoren Energie über die Entkoppeldiode (Diode 22) in den Zwischenkreis. Dieser Energiespeicher kann von der Größe flexibel und genau an den Energiebedarf der jeweiligen Anwendung angepasst werden und ist nicht von starren Größen vorgefertigter Kondensatormodule abhängig.The energy storage 17 , which has eg backup capacitors, becomes intelligent by means of the contactor 25 loaded. That is, the state of charge is monitored and accordingly the contactor 25 connected. The charging resistance 13 limits the charging current. If the mains fails, the backup capacitors feed energy via the decoupling diode (diode 22 ) in the DC link. This energy storage device can be adapted flexibly and precisely to the energy requirements of the respective application and is not dependent on rigid sizes of prefabricated capacitor modules.

Mittels des Energiespeichers 17 und abhängig vom Schaltzustand des Schalters 25 ist der Zwischenkreis des Umrichters 3 erweiterbar.By means of the energy storage 17 and depending on the switching state of the switch 25 is the DC link of the inverter 3 expandable.

Die Erweiterung des Zwischenkreises durch ein Kondensatormodul wird über die Vorladeschaltung des Umrichters, bzw. Einspeiseeinheit geladen.The Expansion of the DC link by a capacitor module is via the Precharge circuit of the inverter, or feed unit loaded.

Der Umrichter 3 ist mittels Drosseln 23 an ein externes dreiphasiges Drehstromnetz, welches in der 1 nicht dargestellt ist, angeschlossen. Die elektrische Maschine 5 ist bei einer Windenergieanlage beispielsweise zur Verstellung von Rotorblättern der Windkraftanlage einsetzbar.The inverter 3 is by means of throttles 23 to an external three-phase three-phase network, which in the 1 not shown, connected. The electric machine 5 is used in a wind turbine, for example, for adjusting rotor blades of the wind turbine.

An einem Beispiel soll die Dimensionierung des Ladewiderstandes berechnet werden.At An example is the calculation of the loading resistance become.

Beim Laden der Kondensatoren wird im Ladewiderstand Rv 13 Energie in Wärme umgesetzt. Diese Energie entspricht ca. der zu speichernden Energie. Der Ladewiderstand 13 legt den Maximalstrom beim Aufladen fest und schützt damit den Gleichrichter 11 und den Energiespeicher 17. Dabei gilt: Maximalstrom = Zwischenkreisspannung/Ladewiderstand. Mit dem Ladewiderstand 13 und der wirksamen Kapazität C der Kondensatoren wird die Ladezeit festgelegt.When charging the capacitors, the charging resistor R v 13 converts energy into heat. This energy corresponds approximately to the energy to be stored. The charging resistance 13 sets the maximum current during charging and thus protects the rectifier 11 and the energy storage 17 , The following applies: Maximum current = DC link voltage / charging resistance. With the charging resistor 13 and the effective capacitance C of the capacitors, the charging time is set.

Die Darstellung gemäß 2 zeigt einen Rotor 50 einer Windkraftanlage. Dabei ist in der 2 eine Nabe 52 mit zwei beispielhaft daran angebrachten verstellbaren Rotorblättern 54 ersichtlich. Die Rotorblätter 54 können dabei in den dargestellten Drehrichtungen 56 um eine Längsachse 58 verstellt werden. Die eingangs beschriebene Fahnenstellung 60 ist gestrichelt eingezeichnet. Weiterhin sind im Beispiel der 1 Lager 62 an der Nabe 52 zur verstellbaren Aufnahme der Rotorblätter 54 zu sehen. Innerhalb der Nabe 52 sind die Rotorblätter 54 beispielhaft mit je einem elektrischen Motor 64 als Stellantrieb zur Verstellung der Rotorblätter 54 mechanisch angebunden. Alternativ können für ein Rotorblatt 54 auch mehrere Stellantriebe verwendet werden, was jedoch nicht dargestellt ist.The representation according to 2 shows a rotor 50 a wind turbine. It is in the 2 a hub 52 with two exemplarily mounted adjustable rotor blades 54 seen. The rotor blades 54 can do so in the illustrated directions of rotation 56 around a longitudinal axis 58 be adjusted. The above-described flag position 60 is shown in dashed lines. Furthermore, in the example of 1 camp 62 at the hub 52 for adjustable mounting of the rotor blades 54 to see. Inside the hub 52 are the rotor blades 54 by way of example with one electric motor each 64 as an actuator for adjusting the rotor blades 54 mechanically connected. Alternatively, for a rotor blade 54 several actuators are used, but this is not shown.

Die Nabe 52 ist mit einer Rotorwelle 66 verbunden, die im Beispiel der 1 als horizontale Hohlwelle ausgeführt ist. Diese wird dabei durch zwei Lagerböcke 68 drehbar fixiert, die in fester Verbindung mit einem Tragsystem 70 stehen. Das Tragsystem 70 stellt dabei eine starre mechanische Verbindung mit einem Gondelkorpus dar, der drehbar am Mast der Windkraftanlage befestigt ist, was in der 2 jedoch nicht dar gestellt ist. Weiterhin ist die Rotorwelle 66 mit einem Eingang eines Getriebes 72 mit einem Satz von Schleifringen 74 verbunden. An dem entsprechenden übersetzten Ausgang des Getriebes 72 ist über eine Generatorwelle 76 ein Generator 78 angeschlossen.The hub 52 is with a rotor shaft 66 connected in the example of the 1 is designed as a horizontal hollow shaft. This is done by two bearing blocks 68 rotatably fixed, in firm connection with a support system 70 stand. The support system 70 represents a rigid mechanical connection with a nacelle body, which is rotatably mounted on the mast of the wind turbine, which in the 2 but is not set is. Furthermore, the rotor shaft 66 with an input of a gearbox 72 with a set of slip rings 74 connected. At the corresponding translated output of the gearbox 72 is over a generator shaft 76 a generator 78 connected.

Die beiden Stellmotoren 64 sind über Motorleitungen 80 mit den Umrichtern 3 verschaltet. Diese sind weiterhin über elektrische Leitungen 82 über den Schleifring 74 mit einem elektrischen Netz 84 verbunden.The two servomotors 64 are over motor cables 80 with the inverters 3 connected. These are still via electrical lines 82 over the slip ring 74 with an electrical network 84 connected.

Im Normalbetrieb der Windkraftanlage werden die beiden Umrichter 2 elektrisch aus dem elektrischen Netz 84, z.B. einem konventionellem 50Hz/400V-Drehstromnetz versorgt.In normal operation of the wind turbine, the two converters 2 electrically from the electrical network 84 , eg a conventional 50Hz / 400V three-phase supply.

Im Fehlerfall erfolgt die Energieversorgung der elektrischen Motoren 64 über die Notbetriebseinrichtungen 1, welche mit dem in der 2 nicht dargestellten Zwischenkreis des Umrichters 3 verbunden sind.In case of failure, the power supply of the electric motors 64 via the emergency operating devices 1 , which with the in the 2 not shown intermediate circuit of the inverter 3 are connected.

Claims (8)

Notbetriebseinrichtung (1) für eine Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlage Rotorblätter (54) aufweist, welche mittels zumindest eines elektrischen Motors (64) verstellbar sind, wobei der elektrische Motor (64) mittels eines Umrichters (3) speisbar ist, wobei der Umrichter (3) einen Gleichrichter (11), einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter aufweist und wobei die Notbetriebseinrichtung einen Energiespeicher aufweist, welcher zur Energieversorgung des elektrischen Motors (64) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (17) mittels des Gleichrichters (11) aufladbar ist.Emergency operation device ( 1 ) for a wind turbine, wherein the wind turbine rotor blades ( 54 ), which by means of at least one electric motor ( 64 ) are adjustable, wherein the electric motor ( 64 ) by means of an inverter ( 3 ), wherein the converter ( 3 ) a rectifier ( 11 ), an intermediate circuit and an inverter, and wherein the emergency operating device has an energy store which is used to supply energy to the electric motor ( 64 ), characterized in that the energy store ( 17 ) by means of the rectifier ( 11 ) is rechargeable. Notbetriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (17) ein Akkumulator bzw. ein Kondensator bzw. insbesondere ein Ultrakondensator ist.Emergency operation device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the energy store ( 17 ) is an accumulator or a capacitor or in particular an ultracapacitor. Notbetriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (17) über einen Ladewiderstand (13) ladbar ist.Emergency operation device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the energy store ( 17 ) via a charging resistor ( 13 ) is loadable. Notbetriebseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladewiderstand (13) durch eine Parallelschaltung überbrückbar ist.Emergency operation device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the charging resistance ( 13 ) can be bridged by a parallel connection. Notbetriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (17) vom Zwischenkreis trennbar ist.Emergency operation device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store ( 17 ) is separable from the DC link. Notbetriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinrichtung (1) zumindest eine Sicherung (19) aufweist.Emergency operation device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the emergency operating device ( 1 ) at least one fuse ( 19 ) having. Windkraftanlage welche eine Notbetriebseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.Wind turbine which is an emergency operation device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6. Windkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage Rotorblätter (54) aufweist, wobei die Rotorblätter (54) mittels einen elektrischen Motors (64) verstellbar sind und der elektrische Motor (64) mittels eines Umrichters (3) gespeist wird, wobei der Umrichter einen Zwischenkreis aufweist und die Notbetriebseinrichtung (1) am Zwischenkreis angeschlossen ist.Wind turbine according to claim 7, characterized in that the wind turbine rotor blades ( 54 ), wherein the rotor blades ( 54 ) by means of an electric motor ( 64 ) are adjustable and the electric motor ( 64 ) by means of an inverter ( 3 ), wherein the converter has an intermediate circuit and the emergency operating device ( 1 ) is connected to the DC link.
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