DE112010001340T5 - Mehrere Schaltkästen - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms bereitgestellt, die eine Windkraftanlage (1) mit einer drehbaren Anlagenwelle (2), einem mit einem Stromnetz (5) verbundenen Generator (3), einer Einrichtung zum Drehen der Anlagenwelle in dem Generator, um somit elektrischen Wechselstrom zu erzeugen, und mehreren Frequenzumrichtern (4) zum Umrichten der Frequenz des elektrischen Wechselstroms in die Frequenz des Stromnetzes aufweist, wobei die mehreren Frequenzumrichter zwischen dem Generator und dem Stromnetz elektrisch parallel geschaltet sind, und wobei die Stromerzeugungsvorrichtung ferner eine Einrichtung (48) zum Registrieren der Menge des in dem Generator erzeugten Stroms und eine Einrichtung (10) zum Registrieren externer Daten in der Form der Temperatur bzw. der Nutzung jedes Frequenzumrichters, und eine Einrichtung zur Nutzung der registrierten Daten, um automatisch jeden Frequenzumrichter sequentiell in Betrieb zu nehmen und/oder eine Einrichtung aufweist, um automatisch die Reihenfolge zu wechseln, in welcher die Frequenzumrichter in Betrieb genommen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erzeugungsvorrichtung für elektrische Energie, die eine Windkraftanlage mit einer drehbaren Anlagenwelle, einen mit einem Stromnetz verbundenen Generator, eine Einrichtung zum Drehen der Anlagenwelle in dem Generator, um somit elektrischen Wechselstrom zu erzeugen, mehrere Frequenzumrichter zum Umwandeln der Frequenz des elektrischen Wechselstroms in die Frequenz des Stromnetzes aufweist, wobei die mehreren Frequenzumrichter zwischen dem Generator und dem Stromnetz elektrisch parallel geschaltet sind.
  • Frequenzumformungseinheiten werden zum Umwandeln einer ersten Eingangsfrequenz in eine zweite Ausgangsfrequenz in Situationen eingesetzt, in welchen die Ausgangsfrequenz an ein normalerweise mit 50 Hz oder 60 Hz arbeitendes Elektrizitäts-Versorgungsnetz angepasst sein muss. Insbesondere ist eine derartige Funktion erforderlich, wenn Anlagen mit variabler Drehzahl betrieben werden, wie z. B. eine Windkraftanlage, bei der die Eingangsfrequenz nicht vorhersagbar ist und von der Stärke des Windes abhängt, was bedeutet, dass die Drehzahl des Rotors mit der Windstärke zunimmt. Indem die Rotorwicklungen des Windkraftanlagengenerators über einen Frequenzumrichter mit dem Netz gekoppelt werden, ist es möglich, die Frequenz des von dem Generator erzeugten Stroms in die Frequenz des Netzes umzuwandeln.
  • Systeme, in welchen Frequenzumrichter in Windkraftanlagen angewendet werden, sind in US 2007/0273155 A1 , WO 2005/114830 A1 und in US 7042110 B2 beschrieben.
  • US 2007/0273155 A1 präsentiert ein Verfahren zum Steuern einer Frequenzumrichtervorrichtung einer Windkraftanlage, wobei der Frequenzumrichter die Rotorwicklung erregt, welche dann mit dem Stromverteilungsnetz verbunden wird. Wie allgemein bekannt, enthält der Frequenzumformer einen generatorseitigen Stromumrichter (AC/DC-Umrichter oder Gleichrichter), der mit der Rotorwicklung verbunden ist, und einen netzseitigen Stromumrichter (DC/AC-Umformer oder Umrichter), der mit dem Stromverteilungsnetz verbunden ist. Der Gleichrichter und Umrichter bilden zusammen einen Block. Ein Problem bei einem System wie dem in US 2007/0273155 A1 beschriebenen besteht darin, dass, wenn der Block ausfällt und/oder eine Unterstützung erfordert, die gesamte Anlage abgeschaltet werden muss, bis der Block wieder seine einwandfreie Funktion erreicht hat. Diese Umstände können zu erheblichen Energieverlusten in Verbindung mit der Wartung der Frequenzumrichtergeräte insbesondere dann führen, wenn die Windkraftanlage bei günstigen Winden ausgeschaltet werden muss.
  • Ein weiteres übliches Problem in Bezug auf Frequenzumrichter ist das Auftreten von Leerlaufverlusten bei ungünstigen Winden. Dieses beruht darauf, dass der optimale Wirkungsgrad eines Frequenzumrichters auf eine maximale Drehzahl des Windkraftanlagenrotors ausgelegt ist, was zu Leerlaufverlusten während schwacher Winde und niedriger Drehzahlen führt. (Der Frequenzumrichter ”versucht” die Frequenz trotz unzureichenden Stroms umzurichten, was zu Leerlaufverlusten führt. Derartige Verluste sind insbesondere bei geringen Winden nachteilig, da während dieser Umstände die von der Anlage erzeugte Energie sowieso schon begrenzt ist, was bedeutet, dass ein weiterer Energieverlust einer signifikanten Verringerung der Ausgangsleistung entspricht.
  • US 7042110 B2 präsentiert ein System mit einem Windkraftanlagen-Antriebstrang mit einer Anlagenwelle, einem Getriebe und einem Satz von vier Permanentmagnet-Generatoren, welche einzeln in Betrieb genommen werden können, um elektrischen Strom zu erzeugen. Jeder Generator ist ferner mit einem entsprechenden Frequenzumrichter verbunden, welcher die Frequenz des Stroms aus dem entsprechenden Generator an die Frequenz des Stromnetzes anpasst. Das System führt aufgrund des Umstandes, dass die Anzahl der in Betrieb befindlichen Generatoren abhängig von dem Strom, welcher von der Windkraftanlage erzeugt wird, variiert werden kann, zu einem verbesserten Systemwirkungsgrad. Jedoch führt dieser Systemtyp zu einer großen Menge von Komponenten, welche eine häufige Wartung erfordern, und insbesondere ist die Anordnung nicht für große direkt angetriebene Generatoren geeignet, bei der die Größe der Anlage der Verwendung mehrerer Generatoren entgegensteht, wie es in US 7042110 B2 vorgeschlagen wird.
  • Das Dokument WO 2005/114830 A1 beschreibt eine Frequenzumrichtervorrichtung für einen Windenergiepark, welche behauptet, eine einfache und robuste Konstruktion zu sein, womit die Komplexität des Systems verringert werden soll. Insbesondere schlägt WO 2005/114830 A1 die Verwendung wenigstens zweier derartiger Frequenzumrichter vor, welche gleichzeitig arbeiten. Im Betriebsmodus erreicht ein Frequenzumrichter eine höhere Temperatur aufgrund der elektrischen Aktivität darin. Dieses ist insbesondere ein Problem von Systemen, wie sie in US 2007/0273155 A1 , WO 2005/114830 A1 und in US 7042110 B2 dargestellt sind, da die Umrichter einen verringerten Wirkungsgrad bei höheren Temperaturen haben, was wiederum die Stromlieferung aus der Windkraftanlage verringert.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Lösung oder wenigstens Reduzierung der vorstehend erwähnten Probleme bereitzustellen. Dieses wird durch ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung elektrischen Strom unter Verwendung einer Windkraftanlage erreicht, welche eine drehbare Anlagenwelle aufweist, welche sich in einen Generator erstreckt, welcher mit einem Stromnetz verbunden ist, wobei die Windkraftanlage ferner mehrere Frequenzumrichter zum Umrichten der Frequenz des von dem Generator erzeugten elektrischen Wechselstroms in die Frequenz des Stromnetzes aufweist. Die mehreren Frequenzumrichter sind elektrisch zwischen dem Generator und dem Stromnetz parallel geschaltet. Der Generator, die mehreren Frequenzumrichter und das Stromnetz können als ein elektrisches System der Windkraftanlage bezeichnet werden. Ferner weist die Windkraftanlage eine Steuereinrichtung auf, um zu registrieren, ob jeder von den Frequenzumrichtern einwandfrei arbeitet, und eine Einrichtung zum Registrieren von Daten in der Form der Temperatur bzw. Nutzung jedes Frequenzumrichters.
  • Es dürfte sich verstehen, dass eine ”einwandfreie Funktion” bedeutet, dass ein Frequenzumrichter betriebsbereit ist und keinerlei Reparaturen oder andere Aktionen erfordert, die eine Trennung der Einheit von dem elektrischen System erfordern. Jeder Frequenzumrichter, der nicht einwandfrei arbeitet, d. h. defekt ist, wird als nicht funktionierend bezeichnet.
  • Ferner weist die Windkraftanlage eine Steuereinrichtung zur Verwendung der registrierten Daten zum automatischen Abschalten und Ersetzen jedes nicht funktionierenden Frequenzumrichters, die die Nutzung der Frequenzumrichter entsprechend wechselt, indem sie jeden von den Frequenzumrichtern sequentiell in Betrieb nimmt, und/oder eine Einrichtung zum automatischen Wechseln der Reihenfolge auf, in welcher die Frequenzumrichter in Betrieb genommen werden. Ein Frequenzumrichter wird in Betrieb genommen, indem er mit dem elektrischen System verbunden wird und ebenso wird eine Einheit außer Betrieb genommen, indem das elektrische System der Windkraftanlage abgetrennt wird.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine individuelle Inbetriebnahme/Außerbetriebnahme jedes Frequenzumrichters, was bedeutet, dass jeder Frequenzumrichter mit/von dem Generator unabhängig von anderen Schaltkästen in dem System verbunden/getrennt werden kann. Bevorzugt ist jeder Frequenzumrichter eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems auf eine geringere Energielieferung im Vergleich zu einem herkömmlichen Umrichter ausgelegt, was bedeutet, dass die Gesamtanzahl der erfindungsgemäßen Umrichter der Auslegung nur eines großen herkömmlichen Umrichters entspricht. Diese Anordnung bringt verschiedene Vorteile, wovon die nützlichsten die nachstehenden sind:
    • – Im Falle eines Ausfalls nur eines Frequenzumrichters ermöglichen die restlichen Frequenzumrichter eine teilweise/vollständige Stromentnahme aus der Windkraftanlage;
    • – jeder Frequenzumrichter kann gewartet werden, ohne die Windkraftanlage selbst stillzulegen;
    • – die Anzahl der Frequenzumrichter, die in Betrieb genommen werden, kann an den von der Windkraftanlage erzeugten Strom angepasst werden, was bedeutet, dass jeder Frequenzumrichter nahe an seinem optimalen Wirkungsgrad arbeitet und Leerlaufverluste minimiert werden;
    • – die Nutzung jedes Frequenzumrichters kann in einer solchen Weise umgeschaltet werden, dass sie eine im Wesentlichen ähnliche Nutzung erfahren, was die Lebensdauer jeder Einheit im Vergleich zu einer Dauernutzung erhöht; und
    • – die Nutzung der Frequenzumrichter kann abgewechselt werden, um konstant erhöhte Temperaturen in den Einheiten zu vermeiden.
  • Es dürfte sich verstehen, dass sich ”Nutzung” auf den Prozentsatz der Zeit bezieht, über den eine Einheit in Betrieb ist, d. h., mit dem elektrischen System verbunden ist.
  • Verschiedene Ausführungsformen einer Anordnung werden hierin detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die nachstehende Beschreibung sollte nur als eine bevorzugte Form betrachtet werden, und ist in einem einschränkenden Sinne nicht entscheidend.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Windkraftanlage, die einen Satz von drei Frequenzumrichtern aufweist,
  • 2A2B stellen detaillierte Schaltbilder von Beispielen des Frequenzumrichtersystems dar; und
  • 3 ist eine Grafik, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Stromlieferung und der erforderlichen Anzahl aktiver Frequenzumrichter in dem Falle darstellt, dass die maximale Anzahl der Umrichter drei ist.
  • In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von Komponenten innerhalb einer Gondelabdeckung einer Windkraftanlage 1 dargestellt, die Rotorblätter 11 aufweist, die mit einer Nabe 12 verbunden sind, welche wiederum mit einer Anlagenwelle 2 verbunden ist, die sich in einen Generator 3 erstreckt. Es dürfte sich verstehen, dass 1 nur die Komponenten darstellt, die für die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wesentlich sind, und dass eine Windkraftanlage normalerweise verschiedene zusätzliche Komponenten enthält.
  • Bei einer Drehung der Rotorblätter 11 überträgt die Anlagenwelle 2 die Bewegung in den Generator 3, der somit elektrischen Wechselstrom erzeugt. In dem gegebenen Beispiel ist die Windkraftanlage mit einem direkt angetriebenen Generator 3 ausgelegt, was bedeutet, dass die Hauptwelle 12 direkt mit dem Generator 3 verbunden ist.
  • Wie es in 1 dargestellt ist, ist der Generator 3 mit einem Satz von Frequenzumrichtern 4 (auch als ”Schaltkästen” bezeichnet) verbunden, welche parallel miteinander verbunden sind. In dem vorgegebenen Beispiel ist die Anzahl der Schaltkästen 4 gleich drei, wobei sich aber verstehen dürfte, dass gleichermaßen auch eine größere Anzahl von Schaltkästen verwendet werden kann.
  • Die Frequenz des in dem Generator 3 erzeugten elektrischen Wechselstroms hängt von der Drehzahl der Rotorblätter 1 ab. Die Frequenzumrichter 4 synchronisieren den elektrischen Wechselstrom aus der Windkraftanlage mit dem elektrischen Wechselstrom in dem Stromnetz, welcher normalerweise bei 50 Hz oder 60 Hz arbeitet. Dadurch, dass die Schaltkästen 4 parallel geschaltet sind, ist es möglich, unabhängig eine von den Einheiten 4 abzutrennen und trotzdem elektrischen Strom aus dem Generator 3 zu erhalten, welcher weiter an das Stromnetz geliefert wird. Wenn die Windkraftanlage bei voller Nennleistung arbeitet, werden alle Schaltkästen 4 aktiviert, wovon jeder 100 Prozent Arbeitslast besitzt. Wenn beispielsweise einer von den drei Schaltkästen 4 ausfällt, ist es immer noch möglich, 2/3 des Stromes, der von der Windkraftanlage erzeugt wird, beizubehalten, da zwei von den drei Schaltkästen immer noch einwandfrei funktionieren.
  • Wie es in 1 dargestellt ist, besteht der Generator 3 aus einer Anzahl von Abdeckplatten 31, die nebeneinander um einen Umfang des Generators 3 herum angeordnet sind. In dem gegebenen Beispiel besteht der Generator 3 aus einer Anzahl (nicht dargestellter) kleinerer Generatorsegmente, die von den Abdeckplatten 31 abgedeckt sind. Bevorzugt schützen drei Abdeckplatten 31 ein Generatorsegment. Es dürfte sich verstehen, dass die Verwendung von Generatorsegmenten nur ein Beispiel darstellt, und dass der Generator 3 aus nur einem einzigen Stator oder einer Reihe mehrerer Generatoren bestehen kann. Jedoch ist die Kombination mehrerer kleiner Generatorsegmente weniger teuer im Vergleich zum Aufbau eines großen Generators insbesondere, wenn große Anlagen ausgelegt werden.
  • Die Funktion des Systems wird nun beschrieben. Die Windkraftanlage 1 wird in einen Betriebsmodus versetzt, wodurch der Wind die Rotorblätter 11 und die Nabe 12 zu einer Drehung veranlasst, und somit Fluidströmungskraft in mechanische Kraft umwandelt. Die Anlagenwelle 2, welche mit der Nabe 12 verbunden ist und sich in den Generator 3 erstreckt, dreht sich, was zu der Erzeugung von elektrischem Wechselstrom führt. Die Frequenz des erzeugten elektrischen Wechselstroms variiert in Abhängigkeit von der Stärke des Windes. Der Generator 3 ist mit den mehreren Frequenzumsetzern 4 verbunden, welche wiederum parallel verbunden sind und bevorzugt in der Nähe des Generators 3 innerhalb der Gondel der Windkraftanlage 1 angeordnet sind. Jeder Umrichter weist einen mit einem Umrichter 44 in Reihe geschalteten Gleichrichter 43 auf, und die Durchleitung des Stroms durch eine derartige Einheit führt zu einer Synchronisation der Eingangsfrequenz mit der Frequenz in dem Stromnetz 5. D. h., unabhängig von der durch den Wind gelieferten Kraft harmonisiert der elektrische Strom, der die Windkraftanlage verlässt, aufgrund der Frequenzumrichter immer mit der Frequenz und Spannung in dem großen Stromnetz 5.
  • Das System weist ferner eine Steuereinrichtung, bevorzugt in der Form einer Anlagensteuereinheit (TCU) 48 (dargestellt in den 2A und 2B) zum kontinuierlichen Sammeln verschiedener Daten aus der Windkraftanlage 1 auf. Die gesammelten Daten liegen in der Form der Menge des in dem Generator 3 erzeugten Stroms, ob jeder Schaltkasten 4 einwandfrei funktioniert, sowie in der Form der Temperatur als auch der Nutzung jedes Schaltkastens 4, der Teil des Systems der Windkraftanlage 1 ist, vor. Bevorzugt weist die Windkraftanlage 1 auch eine externe Steuereinheit 10 auf, welche kontinuierlich die aktuelle Windgeschwindigkeit registriert und die Daten an die TCU 48 weitergibt. Die externe Steuereinheit 10 kann gleichermaßen eine Eingabe in die TCU 48 in der Form einer erwarteten Windgeschwindigkeit geben.
  • Die Steuereinheit in der Form der Turbinensteuereinheit TCU 48 kann beispielsweise in der Form einer Computer-basierenden Einheit vorliegen, die einen Mikroprozessor aufweist, welcher die Eingangsdaten empfängt und verarbeitet und ferner die verarbeiteten Daten nutzt, um die Einheiten, die Teil des Systems sind, zu steuern. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass jede Art von Steuereinheit mit einer entsprechenden Funktion gleichermaßen verwendet werden kann.
  • Die Übertragung der Daten zwischen der TCU 48, der externen Steuereinheit 10, dem Generator 3 und den Frequenzumrichtern 4 ist in 2A und 2B mit zwischen der TCU und den entsprechenden Einheiten gerichteten Pfeilen dargestellt. Es dürfte sich verstehen, dass die TCU 48 mit jedem von den Frequenzumrichtern 4, der Teil des Systems ist, kommuniziert, obwohl in den 2A, 2B nur eine Kombination mit einem Frequenzumrichter 4 dargestellt ist.
  • Die TCU 48 weist eine Einrichtung zum sequentiellen Aktivieren und Deaktivieren der verschiedenen Schaltkästen 4 auf, sodass die Gesamtanzahl der aktivierten Einheiten an den Eingangskraftpegel oder diesbezüglich die registrierte Windgeschwindigkeit angepasst wird. Beispielsweise wird bei registrierten geringen Kraftpegeln oder registrierten geringen Winden nur ein Schaltkasten durch die TCU 48 aktiviert, und bei hohen Stromabgaben; starken Winden werden alle Schaltkästen durch die TCU 48 aktiviert. Dieses bedeutet, dass die Anzahl der aktiven Frequenzumrichter 4 an einem bestimmten Punkt abhängig von dem Pegel ankommender Kraftzufuhr/registrierter Windgeschwindigkeit variiert werden kann, damit der Systemwirkungsgrad selbst bei niedrigen Kräften/niedrigen Winden verbessert werden kann. Die Aktivierung und Deaktivierung der Schaltkästen wird dadurch ermöglicht, dass die TCU 48 Schaltvorrichtungen 45 in jedem Frequenzumrichter 4 steuert. Durch Ein- und Ausschalten der Schaltvorrichtung 45 ist die TCU 48 in der Lage, jeden Schaltkasten 4 zu verbinden/abzutrennen. Auf diese Weise kann die TCU 48 automatisch die Nutzung jedes Frequenzumrichters 4 abwechseln, sodass kein Risiko einer Überhitzung einer Einheit besteht, und jede Einheit eine im Wesentlichen ähnliche Nutzung über der Zeit erfährt. Die TCU 48 registriert auch in kontinuierlicher Weise, ob jeder von den Frequenzumrichtern 4, der Teil des Windkraftanlagensystems ist, einwandfrei funktioniert, was bedeutet, dass keine Fehlfunktion vorliegt. Wenn irgendwelche Störungen in irgendeinem der Frequenzumrichter 4 entdeckt werden, oder wenn ein vollständiger Ausfall eines Schaltkastens 4 auftritt, wird diese Einheit sofort von der TCU abgetrennt, indem die TCU 48 der Schaltvorrichtung 45 signalisiert, den Schaltkasten 4 von dem elektrischen System zu trennen. In dem Falle, dass das Windkraftanlagensystem nicht bei maximaler Last arbeitet, kann ein defekter Schaltkasten 4 durch einen funktionierenden ersetzt werden, welcher in Betrieb gesetzt wird. Wenn das Windkraftanlagensystem bei maximaler Last arbeitet, ist es immer noch möglich, einen Teilstrom aus der Windkraftanlage zu entnehmen; z. B. können, wenn einer von den drei Umrichtern ausfällt, wenn das System bei maximaler Last arbeitet, noch 2/3 des Stroms durch die zwei restlichen funktionierenden Schaltkästen 4 beibehalten werden.
  • 2A–B stellen detaillierte Schaltbilder des Frequenzumrichtersystems mit einem Generator 3 dar, der mit einem Satz von drei Frequenzumrichtern/Schaltkästen 4 eines herkömmlichen Typs verbunden ist, die zueinander parallel geschaltet sind. Für Darstellungszwecke ist ein Zwischenraum in 2A und 2B gezeichnet, der die Möglichkeit eines Anschlusses eines vierten Schaltkastens 4' an dem Windkraftanlagensystem repräsentiert. Die Frequenzumrichter sind ferner mit einem Stromnetz 5 verbunden. Der Generator 3, die mehreren parallel geschalteten Frequenzumrichter 4 und das Stromnetz 5, die in dem detaillierten Schaltbild von 2A und 2B dargestellt sind, können als ein elektrisches System bezeichnet werden.
  • Jeder Frequenzumrichter 4 weist eine Generatorseite 41 und eine Stromnetzseite 42 auf, wobei die Generatorseite einen Gleichrichter 43 bildet, und die Stromnetzseite einen Umrichter 44 bildet. Der Gleichrichter 43 und der Umrichter 44 eines gemeinsamen Schaltkastens 4 sind in Reihe geschaltet. Gemäß Darstellung in den Schaltbildern von 2A und 2B weist sowohl die Generatorseite 41 als auch die Stromnetzseite 42 einen Leistungsschalter 45 auf, wodurch eine Trennung des Frequenzumrichters von dem elektrischen System ermöglicht wird. Jeder Schalter 45 jedes Schaltkastens 4 wird durch die TCU 48 gesteuert. Wenn beispielsweise die registrierte Temperatur eines Schaltkastens 4 über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, sendet die TCU 48 ein Signal an den Schalter 45 in diesem Schaltkasten 4, um somit den Schaltkasten 4 abzutrennen. In dem Falle, dass die Last in dem System nicht maximiert ist, kann der abgetrennte Schaltkasten 4 durch einen anderen Schaltkasten 4 ersetzt werden, der in Betrieb gesetzt werden kann, indem die TCU 48 den entsprechenden Schalter 45 einschaltet. Diese Art der Nutzungsänderung der Frequenzumrichter 4 innerhalb des Windkraftanlagensystems stellt eine Möglichkeit zur Vermeidung erhöhter Temperaturen darin bereit. In derselben Weise verändert die TCU 48 die Nutzung jedes Schaltkastens 4 auf der Basis von dessen gesammelter Gesamtbetriebszeit und stellt somit sicher, dass die Nutzung jedes Schaltkastens 4 in einem System im Wesentlichen dieselbe ist.
  • Ferner enthält die Stromnetzseite 42 eine Widerstandseinheit 46 und eine Kondensatoreinheit 47, welche zusammen einen stabilen Stromabfluss aus dem entsprechenden Frequenzumrichter 4 sicherstellen.
  • Wie es in 2A zu sehen ist, ist jeder Frequenzumrichter 4 mit einer Anzahl von Generatorsegmenten 32 (in diesem Beispiel vier Segmenten 32), die zu einem gemeinsamen Generator 3 gehören, verbunden. Es dürfte sich verstehen, dass jedes Segment 32 in der Figur gleichermaßen nur einen Generator repräsentieren könnte.
  • In 2B ist ein Schalbild dargestellt, das ein Beispiel eines Frequenzumrichtersystems gemäß der Erfindung darstellt, in welcher ein nur großer Generator 3 mit einem kombinierten Satz von Frequenzumrichtern 4 verbunden ist.
  • 3 ist eine Grafik, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Stromzufuhr und der erforderlichen Anzahl aktiver Frequenzumsetzer in dem Falle darstellt, dass das System drei Umsetzer 4 aufweist. Die linke vertikale Achse repräsentiert den Strom, die rechte vertikale Achse repräsentiert die Anzahl aktiver Frequenzumsetzer 4 und die horizontale Achse repräsentiert die Zeit. Wie es exemplarisch in der Grafik von 3 dargestellt ist, funktioniert das System bei niedrigen Strompegeln mit nur einem aktiven Schaltkasten 4, während ein erhöhter Strom schließlich zur Aktivierung eines zweiten Schaltkastens 4 führt. Wenn die Stromzufuhr aus der Windkraftanlage einen maximalen Pegel erreicht, wird ein dritter Schaltkasten 4 eingeschaltet, was bedeutet, dass sich alle Schaltkästen in Betrieb befinden. Die Aktivierung und Deaktivierung der entsprechenden Frequenzumsetzer 4 wird durch die Anlagensteuereinheit (TCU 48) gesteuert, welche Eingaben über die in dem Generator 3 erzeugte Leistung registriert, und die registrierte Eingabe in Signale umwandelt, welche die Schaltvorrichtungen 45 in den Schaltkästen 4 steuert, um sie ein- bzw. auszuschalten. Demzufolge kann die TCU 48 eine Eingabe über die externe Windgeschwindigkeit als Ergänzung oder anstelle einer Eingabe über die erzeugte Leistung erhalten.
  • Bevorzugt erfolgt die Aktivierung zusätzlicher Schaltkästen 4 in einer solchen Weise, bevor eine maximale Last bereits aktivierter Einheiten erreicht wird, sodass das System nicht unbeabsichtigt überlastet wird.
  • Es ist anzumerken, dass die vorstehend vorgeschlagene Anordnung innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche verändert werden kann, und dass sich das Verfahren leicht zwischen unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung unterscheiden kann. Ferner ist die Erfindung nicht als durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt zu betrachten, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche verändert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2007/0273155 A1 [0003, 0004, 0004, 0007]
    • WO 2005/114830 A1 [0003, 0007, 0007, 0007]
    • US 7042110 B2 [0003, 0006, 0006, 0007]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Erzeugen elektrischen Stroms, das die Verwendung einer Windkraftanlage (1) beinhaltet, welche eine drehbare Anlagenwelle (2) aufweist, welche sich in einen Generator (3) erstreckt, welcher mit einem Stromnetz (5) verbunden ist, wobei die Windkraftanlage (1) ferner mehrere Frequenzumrichter (4) zum Umrichten der Frequenz des von dem Generator (3) erzeugten elektrischen Wechselstroms in die Frequenz des Stromnetzes (5) aufweist, wobei die mehreren Frequenzumrichter (4) zwischen dem Generator (3) und dem Stromnetz (5) elektrisch parallel geschaltet sind, gekennzeichnet durch die Schritte: kontinuierliches Registrieren: a) der Menge des in dem Generator (3) erzeugten Stroms, b) einer externen Windgeschwindigkeit, c) ob jeder von den Frequenzumrichtern (4) einwandfrei funktioniert, d) der Temperatur in jedem Frequenzumrichter (4) und e) der Nutzung des jeweiligen Frequenzumrichters (4), und automatisches Abwechseln der Nutzung jedes Frequenzumrichters (4) bei registriertem geringen Strom und/oder registrierter geringer Windgeschwindigkeit.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt der automatischen Abtrennung jedes nicht funktionierenden Frequenzumrichters (4) von dem Generator (3) und, falls verfügbar, Ersetzen dieses durch einen einwandfrei funktionierenden Frequenzumrichter (4) von den mehreren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit dem Schritt der automatischen Verbindung jedes Frequenzumrichters (4) in sequentieller Weise im Falle einer Zunahme des registrierten Stroms und/oder Zunahme der Windgeschwindigkeit zum Verbessern des Systemwirkungsgrades.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner mit dem Schritt, abhängig von der registrierten Temperatur bzw. der Nutzung, eines automatischen Wechsels der Reihenfolge, in welcher die Frequenzumrichter (4) in Betrieb genommen werden.
  5. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms, die einer Windkraftanlage mit einer drehbaren Anlagenwelle (2), einem mit einem Stromnetz (5) verbundenen Generator (3), einer Einrichtung zum Drehen der Anlagenwelle in dem Generator, um somit elektrischen Wechselstrom zu erzeugen, mehreren Frequenzumrichtern (4) zum Umrichten der Frequenz des elektrischen Wechselstroms in die Frequenz des Stromnetzes (5) aufweist, wobei die mehreren Frequenzumrichter (4) zwischen dem Generator (3) und dem Stromnetz (5) elektrisch parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungsvorrichtung ferner eine Einrichtung (10) zum Registrieren externer Daten, wie z. B. der Windgeschwindigkeit, und eine Steuereinrichtung (48) zum Registrieren der Menge des in dem Generator (3) erzeugten Stroms und von Daten in der Form der Temperatur bzw. der Nutzung jedes Frequenzumrichters (4) aufweist, wobei die Steuereinheit (48) die registrierten Daten verwendet, um automatisch die Nutzung jedes Frequenzumrichters (4) bei registrierten geringem Strom und/oder registrierter geringer Windgeschwindigkeit zu wechseln.
  6. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (48) bevorzugt jeden nicht funktionierenden Frequenzumrichter (4) abtrennt, und falls verfügbar, einen einwandfrei funktionierenden Frequenzumrichter (4) von den mehreren davon verbindet, automatisch die Nutzung jedes Frequenzumrichters wechselt und/oder jeden von den Frequenzumrichtern (4) sequentiell in Betrieb nimmt und/oder automatisch die Reihenfolge wechselt, in welcher die Frequenzumrichter (4) in Betrieb genommen werden.
  7. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinrichtung (48) dafür vorgesehen ist, jeden von den Frequenzumrichtern (4) einzeln und unabhängig von anderen Frequenzumrichtern (4) in dem System in Betrieb/außer Betrieb zu nehmen.
  8. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Anzahl der Frequenzumrichter (4) wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei ist.
  9. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuereinrichtung (48) mit Schaltvorrichtungen (45) in jedem von den Frequenzumrichtern (4) in Verbindung steht, der Teil der Stromerzeugungsvorrichtung ist.
  10. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Einrichtung (10) zum Registrieren externer Daten mit der Steuereinrichtung (48) in Verbindung steht.
  11. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischen Stroms nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der Generator (3) aus einer Anzahl miteinander verbundener Generatorsegmente (32) besteht.
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