DE19624809A1 - Aktives Filter und Verfahren zur Kompensation von Leistungsschwankungen in einem Drehstromnetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Filter zur Kompensation von schnell wechselnden Leistungsschwankungen in einem von einem Hauptgenerator gespeisten Drehstromnetz, insbesondere von Windenergieanlagen.

Bei Windenergieanlagen werden üblicherweise durch Windböen und sogenannte Turmschatteneffekte Strom oder Leistungs­ schwankungen produziert, die wiederum unerwünschte Flicker­ erscheinungen, nämlich schnelle Spannungsänderungen im Stromnetz, herbeiführen. Sowohl Wirkströme bzw. Wirklei­ stungen, als auch Blindströme bzw. Blindleistungen, verur­ sachen Spannungsabfälle an den Netzimpedanzen und unter­ stützen damit diesen Flickereffekt. Nur Windenergieanlagen, die mit einer variablen und durch Regelung schnell verän­ derbaren Betriebsdrehzahl arbeiten, sind in der Lage, die Flickererscheinungen zumindest weitgehend zu vermeiden. So sind Windenergieanlagen bekannt, bei denen bei einem er­ höhten Leistungsangebot aus dem Wind, z. B. verursacht durch Sturmböen, die überschüssige Leistung durch eine kurzzeitig erhöhte Drehzahl der kompletten Anlage als kine­ tische Energie dynamisch zwischengespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise, wenn das Leistungsange­ bot des Windes unterhalb der momentanen elektrischen Lei­ stung liegt, verwertet wird. Nachteilig bei diesen Wind­ energieanlagen ist, daß die Generatoren zur Speicherung der kinetischen Energie Schwungmassen benötigen, die das Ge­ wicht des in der Turmspitze der Windenergieanlage dem Pro­ peller benachbarten Hauptgenerators unerwünscht erhöhen, was zu mechanischen Belastungen führt.

Alle anderen Windkraftanlagen, die mit fester Drehzahl oder mit festen Drehzahlstufen arbeiten, weisen systembedingt Flickererscheinungen auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein akti­ ves Filter zur Kompensation von schnell wechselnden Lei­ stungsschwankungen zu entwickeln, das auf Hauptgenerator­ schwungmassen zur Speicherung von kinetischer Energie verzichten kann und das auch für Hauptgeneratoren von Windenergieanlagen mit fester Drehzahl oder mit festen Drehzahlstufen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine elektrische Maschine mit einem Rotor als Energiespeicher über eine Steuereinrichtung mit dem Drehstromnetz verbind­ bar ist, und daß die elektrische Maschine zwischen dem No­ torbetrieb und dem Hauptgeneratorbetrieb in Abhängigkeit von den Leistungsschwankungen umsteuerbar ist.

Das aktive Filter hat den Vorteil, daß auf eine spezielle Schwungmasse zur Speicherung der kinetischen Energie des das Drehstromnetz speisenden Hauptgenerators verzichtet werden kann. Die elektrische Maschine des aktiven Filters ist mechanisch mit dem Hauptgenerator nicht verbunden und kann daher von dem Hauptgenerator räumlich getrennt ange­ ordnet werden. Das aktive Filter arbeitet im Gegensatz zu mechanischen Bremseinrichtungen oder elektrisch gesteuerten Bremswiderständen am Hauptgenerator praktisch verlustfrei und ermöglicht einen höheren Energieertrag der Gesamtan­ lage. Ein weiterer Vorteil ist die einfache, auch nachträg­ lich mögliche Integration in bestehende Windenergieanlagen, da lediglich eine Verbindung der elektrischen Leistungs- und Signalleitungen notwendig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird als elektrische Maschine eine Käfigläuferasynchronmaschine verwendet, die im drehzahlvariablen Betrieb in einer Dreh­ richtung motorisch und generatorisch arbeitet. Die Steuer­ einrichtung weist als elektrisches Stellglied einen Fre­ quenzumrichter auf, dessen selbstgeführter Wechselrichter an seinem Ausgang die Asynchronmaschine elektrisch mit va­ riabler Frequenz und Spannung und Phasenlage ansteuert. Der Eingang des Wechselrichters ist an einem Gleichspannungs­ zwischenkreis angeschlossen, über den die jeweils notwen­ dige Wirkleistung bereitgestellt bzw. aufgenommen wird. Der Wechselrichter ist über den Gleichspannungszwischenkreis mit dem Ausgang eines gesteuerten Gleichrichters verbunden, der mit seinem Eingang an das Drehstromnetz angeschlossen ist. Der Gleichrichter wird derart gesteuert, daß entspre­ chend dem Bedarf an Wirkleistung auf der Gleichspannungs­ zwischenkreisseite dem Drehstromnetz Wirkleistung entnommen oder zugeführt wird. Zusätzlich kann der Gleichrichter Blindleistung in Form von Grundwellenblindleistung und Oberschwingungsblindleistung auf der Drehstromnetzseite er­ zeugen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Wechselrichter aus sechs elektronischen Schaltern und einem Zwischenkreiskondensator. Der gesteuerte Gleichrichter be­ steht aus sechs elektronischen Schaltern, einem Zwischen­ kreiskondensator und einer Induktivität. Als elektronischer Schalter dient jeweils eine Antiparallelschaltung von Frei­ laufdioden und einem abschaltbaren Halbleiterschalter, bei­ spielsweise Bipolartransistor, IGBT, MCT, zwangskommu­ tierten Thyristorschaltungen als abschaltbare Bauelemente.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kompen­ sation von Leistungsschwankungen durch schnell veränderli­ che Leistungsanteile in einem Drehstromnetz von Windener­ gieanlagen.

Nur die bekannten Windenergieanlagen, die mit einer vari­ ablen und durch Regelung schnell veränderbaren Betriebs­ drehzahl arbeiten, sind in der Lage, die Leistungsschwan­ kungen bzw. unerwünschten Flickererscheinungen weitgehend zu vermeiden. Bei diesem Verfahren wird die überschüssige Leistung durch eine kurzzeitig erhöhte Drehzahl der kom­ pletten Anlage als kinetische Energie zwischengespeichert und durch Verringerung der Drehzahl der kompletten Anlage verwertet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß es auf­ wendig und kostenintensiv ist. Für Windkraftanlagen mit fe­ ster Drehzahl oder mit festen Drehzahlstufen ist das be­ kannte Verfahren zudem nicht anwendbar.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu finden, das gegenüber dem bekannten Verfahren einen bes­ seren Wirkungsgrad aufweist, durch weniger Aufwand kosten­ günstiger ist und auch auf Windenergieanlagen mit fester Drehzahl bzw. festen Drehzahlstufen anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein aktives Filter, das neben einer Steuereinrichtung eine elektrische Maschine zur elektromechanischen Energiespei­ cherung aufweist, durch mechanisch vom Hauptgenerator unabhängige Energieaufnahme von dem Drehstrommotor und Energieabgabe in das Drehstromnetz die Leistungsschwankun­ gen kompensiert. Durch die mechanisch vom Hauptgenerator unabhängige Energieaufnahme und Energieabgabe des aktiven Filters kann die Nennleistung des Filters entsprechend den Erfordernissen wesentlich kleiner als die Leistung der Windkraftanlage gewählt werden. Der Drehzahlbereich der elektrischen Maschine kann unabhängig und frei gewählt wer­ den.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die elektrische Maschine im Feldschwächbereich betrieben, d. h., die Energieaufnahme zwischen einer maximalen Drehzahl und einer minimalen Drehzahl der elektrischen Maschine ent­ spricht etwa der Energieabgabe zwischen der maximalen Dreh­ zahl und einer bei Beginn des Feldschwächbereichs der elek­ trischen Maschine liegenden Minimaldrehzahl. Der Betrieb im Feldschwächbereich hat den Vorteil, daß stets über maximale und konstante Leistung der elektrischen Maschine verfügt werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefüg­ ten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines aktiven Filters,

Fig. 2 eine Schaltung des aktiven Filters von Fig. 1 in detaillierter Darstellung,

Fig. 3 ein Funktionsbild einer Windenergieanlage mit ak­ tivem Filter,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Windenergieanlage ohne Frequenzumrichter in Kombination mit aktivem Fil­ ter mit Drehstromanschluß,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Windenergieanlage mit Frequenzumrichter in Kombination mit einem akti­ ven Filter mit Drehstromanschluß und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Windenergieanlage mit Frequenzumrichter in Kombination mit einem akti­ ven Filter mit Gleichspannungsanschluß.

Ein aktives Filter (1) besteht im wesentlichen aus einer elek­ trischen Maschine (2) mit einem Rotor als Energiespeicher und einem Stellglied (3) einer im einzelnen nicht dargestellten Steuereinrichtung. Die elektrische Maschine (2) kann durch Er­ höhung ihrer Drehzahl im Motorbetrieb elektrische Energie auf­ nehmen und durch Verminderung ihrer Drehzahl im Hauptgene­ ratorbetrieb elektrische Energie abgeben. Die speicherbare kinetische Energie ist dem Trägheitsmoment des Rotors und dem Quadrat der Drehzahl proportional. Zur Erzielung einer hohen maximalen Energie erfolgt die mechanische Ausführung entspre­ chend. Die kinetische Energie kann durch ein zusätzlich ange­ ordnetes Schwungrad mit dem Trägheitsmoment J (4) weiter erhöht werden. Die elektrische Maschine (2) ist vorzugsweise als Käfigläuferasynchronmaschine ausgebildet, die im dreh­ zahlvariablen Betrieb in einer Drehrichtung motorisch und generatorisch arbeitet. Die Asynchronmaschine wird elektrisch mit einem Drehspannungssystem mit variabler Frequenz und Spannung und Phasenlage angesteuert. Das Stellglied (3) ist als Frequenzumrichter (5) ausgebildet, der aus einem selbst­ geführten Wechselrichter WR2 (6), einem Zwischenkreis (7) und einem gesteuerten Gleichrichter GR2 (8) besteht. Das Dreh­ spannungssystem der Asynchronmaschine wird vom Ausgang des selbstgeführten Wechselrichters WR2 (6) bereitgestellt. Der Eingang des Wechselrichters WR2 (6) ist an den als Gleich­ spannungszwischenkreis (9) ausgebildeten Zwischenkreis (7) angeschlossen, über den die jeweils notwendige Wirkleistung bereitgestellt bzw. aufgenommen wird. Der Wechselrichter WR2 (6) ist aus sechs elektronischen Schaltern (10) und einem Zwischenkreiskondensator (11) aufgebaut. Als elektronischer Schalter (10) dient jeweils eine ANTI-Parallelschaltung von Freilaufdioden und abschaltbaren Bauelementen, wie z. B. zwangskommutierte Thyristorschaltungen, Leistungstransistoren, IGBT′s, GTO′s, MCT′s oder zukünftige Bauelemente. Der Wechsel­ richter WR2 (6) kann die für die Erregung der elektrischen Ma­ schine (2) notwendige Blindleistung erzeugen.

Die Wirkleistungsaufnahme - bzw. Abgabe des Zwischenkreises - kann entweder direkt über Klemmen (12) oder über den gesteuer­ ten Gleichrichter GR2 (8) erfolgen. Der gesteuerte Gleichrich­ ter GR2 (8) ist mit seinem Eingang an das Drehstromnetz (13) angeschlossen. Der gesteuerte Gleichrichter GR2 (8) besteht aus sechs elektronischen Schaltern (14), einem Zwischenkreis­ kondensator (15) und einer Induktivität (16 ). Als elektroni­ scher Schalter (14) dient eine ANTI-Parallelschaltung von Freilaufdioden und abschaltbaren Bauelementen, wie z. B. zwangskommutierte Thyristorschaltungen, Leistungstransistoren, IGBT′s, GTO′s, MCT′s oder zukünftige Bauelemente. Der Gleich­ richter GR2 (8) wird so angesteuert, daß mit Begrenzung durch die maximale Schaltfrequenz und die Auslegung der Induktivität (16) beliebige Stromkurvenformen an der Netzseite erzeugt wer­ den können. Der Gleichrichter GR2 (8) wird derart gesteuert, daß entsprechend dem Bedarf an Wirkleistung auf der Zwischen­ kreisseite dem Drehstromnetz (13) Wirkleistung entnommen oder zugeführt wird. Zusätzlich kann der Gleichrichter GR2 (8) Blindleistung in Form von Grundwellenblindleistung und Ober­ schwingungsblindleistung auf der Drehstromnetzseite erzeugen.

Die Betriebsführung des aktiven Filters (1) erfolgt so, daß die von der Windenergieanlage (18, 33) erzeugten schnellen Leistungs- bzw. Stromänderungen durch entsprechend entgegenge­ setzte Leistungs- bzw. Stromänderungen des aktiven Filters (1) kompensiert werden, so daß der entsprechende Gesamtstrom frei von schnellen Leistungsänderungen wird und damit sogenannte Flickererscheinungen im Drehstromnetz (13) vermieden oder zu­ mindest stark reduziert werden. Bei Benutzung des Gleichspan­ nungsanschlusses über die Klemmen (12) kann das aktive Filter (1) Wirkleistungsschwankungen ausgleichen. Bei Benutzung des Drehstromanschlusses (17) können zusätzlich Blindleistungs­ schwankungen ausgeglichen werden.

Grundsätzlich sind unterschiedliche Kombinationen von elektri­ scher Maschine (2) und Leistungsstellglied (3) möglich. So kann eine Gleichstrommaschine mit einem Vierquadranten-Thyri­ storsteller, ein Stromrichtermotor, bestehend aus Synchronma­ schine und Vierquadranten-Thyristorsteller, eine Asynchronma­ schine mit einem Vierquadranten-Stromzwischenkreisumrichter oder eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine mit einem Vier­ quadranten-Stromzwischenkreisumrichter kombiniert werden. Diese Varianten stellen bezüglich des Stellgliedes (3) preis­ werte Varianten dar, da in den meisten Fällen Thyristoren mit natürlicher Kommutierung eingesetzt werden können. Diese Vari­ anten können allerdings einen Oberschwingungsgehalt und Blind­ leistungsanteil der erzeugten Netzströme aufweisen, der in ei­ nigen Fällen unerwünscht ist. Günstiger sind in dieser Bezie­ hung Kombinationen entweder einer Asynchronmaschine mit einem Vierquadranten-Spannungszwischenkreisumrichter oder eine dop­ pelt gespeiste Asynchronmaschine mit einem Vier­ quadranten-Spannungszwischenkreisumrichter, da diese beiden Varianten mit geregelten sinusförmigen Netzströmen arbeiten können. Für die Asynchronmaschine mit Vierquadranten-Spannungszwischenkrei­ sumrichter kann vorteilhaft die Käfigläuferasynchronmaschine eingesetzt werden, die wegen des robusten Rotorbaues hohe Drehzahlen erlaubt. Die aus einer doppelt gespeisten Asyn­ chronmaschine mit Vierquadranten-Spannungszwischenkreisumrich­ ter bestehende Variante erlaubt prinzipbedingt eine Verkleine­ rung der Umrichterbauleistung um den Faktor 2 oder mehr und damit eine Verminderung der Kosten des Stellgliedes.

Die elektrische Maschine (2) des aktiven Filters (1) wird im Feldschwächbereich betrieben, wenn ein Asynchronmotor mit Kä­ figläufer eingesetzt wird. In diesem Bereich bleiben Spannung und Leistung in erster Näherung konstant und Frequenz und Er­ regung der elektrischen Maschine (2) werden entsprechend der Drehzahl verändert. In dem Feldschwächbereich ist daher stets die maximale und konstante Leistung verfügbar. Bei Feld­ schwächbetrieb wird die Leerlaufdrehzahl der elektrischen Ma­ schine (2) so gewählt, daß eine gleich hohe Energieaufnahme bis zur Maximaldrehzahl und eine gleich hohe Energieabgabe bis zur Minimaldrehzahl, bei der der Feldschwächbereich beginnt, möglich ist. Bei der aus einer Asynchronmaschine mit Vierqua­ dranten-Spannungszwischenkreisumrichter bestehenden Variante ist die elektrische Maschine (2) durch den Spannungszwischen­ kreisumrichter vom speisenden 50 Hz- bzw. 60 Hz-Stromnetz entkoppelt, so daß beliebige Drehzahlauslegungen möglich sind.

Als Regelsignal wird der Momentanwert der Leistung P (t) bzw. des Stromistwertes i (t) einer Windenergieanlage (18) genutzt. Aus diesem Meßwert (19) kann das aktive Filter (1) den ent­ sprechenden schnell veränderlichen Anteil (20) ermitteln und diesen Wert als negierten Sollwert für den zu erzeugenden Kom­ pensationsstrom bzw. die entsprechende Kompensationsleistung Pac2 (30) benutzen.

Eine Windenergieanlage (18) ohne Frequenzumrichter besteht im wesentlichen aus einem Propeller (22), einem Getriebe (23) und einem elektrischen Hauptgenerator GEN (25), dem die mechani­ sche Leistung Pmech (24) über das Getriebe (23) zugeführt wird. Das Getriebe (23) dient zur Anpassung der sehr niedrigen Propellerdrehzahl an den Drehzahlbereich üblicher 4-, 6- oder 8-poliger Hauptgeneratoren (25). Es gibt allerdings auch Sondergeneratoren mit hoher Polpaarzahl und niedriger Dreh­ zahl, die ohne Getriebe (23) eingesetzt werden.

Durch Schwankungen in der Windgeschwindigkeit und sogenannte Turmschatteneffekte ist die aus dem Wind entnommene Leistung Pwind (26) nicht konstant, sondern enthält auch unerwünschte schnell veränderliche Anteile (20). Diese führen zu entspre­ chenden Schwankungen der elektrisch erzeugten Leistung Ps1 (27) des Hauptgenerators GEN (25), die als Wechselstromlei­ stung Pac1 (28) an das Drehstromnetz (13) abgegeben wird. Be­ dingt durch die Eigenschaften des Asynchrongenerators der Wind­ energieanlage (18) bedeutet dies sowohl Schwankungen in der Wirkleistung als auch in der Blindleistung. Die damit verbun­ denen Wirkströme und Blindströme rufen aufgrund der vorhan­ denen Leitungs- und Transformatorimpedanzen im Drehstromnetz (13) unerwünschte Spannungsänderungen, die sogenannten Flicker­ erscheinungen, am Einspeiseort (29) hervor. Das aktive Filter (1) mit Drehstromanschluß (17) wird im Betriebsverhalten so geführt, daß ein den Strömen der Windenergieanlage (33) ent­ sprechend entgegengesetzter schnell veränderlicher Wirk- und Blindstrom erzeugt wird. Die so erzeugte Wechselstromkompensa­ tionsleistung Pac2 (30) kompensiert damit die für den Flik­ kereffekt verantwortlichen Leistungsschwankungen (20) der Wechselstromleistung Pac1 (28) der Windenergieanlage (18), so daß die in das Drehstromnetz (13) eingespeiste Gesamtleistung Pges (31) frei von schnell veränderlichen Leistungsanteilen (20) ist, und der Flickereffekt somit vermieden wird. Der Blindleistungsanteil wird dabei direkt vom Gleichrichter GR2 (8) erzeugt. Der Blindleistungsanteil der elektrischen Ma­ schine (2) wird direkt vom Wechselrichter GR2 (6) erzeugt. Die Wirkleistungsanteile Ps2 (21) werden von der elektrischen Ma­ schine (2) erzeugt, im Wechselrichter WR (2) in Gleichstrom­ leistung Pdc (32) umgeformt, im Gleichrichter GR2 (8) in Wech­ selstromwirkleistung (30) umgeformt und dem Drehstromnetz (13) zugeführt.

Eine Windenergieanlage (33) mit Frequenzumrichter enthält zu­ sätzlich zur Windenergieanlage (18) ohne Frequenzumrichter noch einen Frequenzumrichter (34), bestehend aus einem Gleich­ richter GR1 (35) und einem Wechselrichter WR1 (36). Die vom Hauptgenerator GEN (25) erzeugten Wirkleistungsschwankungen werden vom Wechselrichter WR1 (36) in Schwankungen der Gleichstromleistung Pdc1 (37) und dann durch den Gleichrichter GR1 (35) in Wirkleistungsschwankungen der Wechselstromleistung Pac1 (28) umgesetzt und dem Drehstromnetz (13) zugeführt. Die Blindleistung des Hauptgenerators GEN (25) wird direkt vom Wechselrichter WR1 (36) bereitgestellt.

Wenn bei der Kombination von Gleichrichter GR1 (35) und Wech­ selrichter WR1 (36) ein System mit Gleichspannungszwischen­ kreis (9) vorliegt und dieses System keine Blindleistungs­ schwankungen erzeugt, wird der Gleichrichter GR1 (35) des aktiven Filters (1) die Wechselstromkompensationsleistung Pac2 (30) so steuern, daß nur die Wirkleistungskomponente kompen­ siert wird. Beide Gleichrichter (35, 8) können somit ohne Blindleistungsanteile arbeiten. Wenn bei der Kombination von Gleichrichter GR1 (35) und Wechselrichter WR1 (36) ein System mit Stromzwischenkreis eingesetzt wird, erzeugt der Gleich­ richter GR1 (35) aus der eingespeisten Gleichstromleistung Pdc1 (37) auf der Drehstromnetzseite eine Wechselstromleistung Pac1 (28), die sowohl Wirkanteile als auch Blindanteile in Form von Grundwellenblindleistung und Oberschwingungsblindlei­ stung enthält. In diesem Fall muß das aktive Filter (1) so ar­ beiten, daß die erzeugte Wechselstromleistung Pac2 (30) Wirk- und Blindleistungsschwankungen kompensiert und die dem Dreh­ stromnetz (13) zugeführte erzeugte Gesamtleistung Pges (31) frei von Schwankungen ist.

Eine Windenergieanlage (33) mit Frequenzumrichter und aktivem Filter (1) mit Gleichspannungsanschluß kommt ohne den be­ schriebenen Gleichrichter GR2 (8) des Filters (1) aus, da in diesem Fall nur die Wirkleistungsschwankungen der Gleichstrom­ leistung Pdc1 (37) der Windenergieanlage (33) durch eine ent­ sprechend entgegengerichtete Komponente der Gleichstromlei­ stung Pdc2 (32) des aktiven Filters (1) kompensiert wird. Die gesamte Gleichstromsleistung Pdc3 (38) ist damit frei von Wirkleistungsschwankungen. Die Gleichstromleistung Pdc3 (38) wird vom Gleichrichter GR1 (35) der Windenergieanlage (33) in reine Wechselstromleistung Pac3 = Pges (31) umgeformt und in das Drehstromnetz (13) eingespeist. Der Gleichrichter GR1 (35) muß gegenüber dem ohne Filter (1) stattfindenden Betrieb keine größere Nennleistung aufweisen, da die mittlere Leistung Pdc3 (38) und Pac3 sich nicht erhöht. Der Spitzenwert der Gleich­ stromleistung Pdc3 (38) wird durch den Einsatz des aktiven Filters (1) sogar noch verringert.

Claims (39)

1. Aktives Filter zur Kompensation von schnell wechselnden Lei­ stungsschwankungen in einem von einem Hauptgenerator gespeisten Drehstromnetz, insbesondere von Windenergieanlagen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine elektrische Maschine (2) mit einem Rotor als Energiespeicher über eine Steuereinrichtung mit dem Dreh­ stromnetz (13) verbindbar ist, und daß die elektrische Maschine (2) zwischen Motorbetrieb und Hauptgeneratorbetrieb in Abhängig­ keit von den Leistungsschwankungen (20) umsteuerbar ist.

2. Aktives Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Motorbetrieb durch Erhöhung der Drehzahl elektrische Energie durch die elektrische Maschine (2) aufnehmbar und im Hauptgeneratorbe­ trieb durch Verminderung der Drehzahl elektrische Energie abgebbar ist.

3. Aktives Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie als Kompensationsleistung Pac2 (21) auf­ nehmbar und abgebbar ist.

4. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) ein zusätzliches Schwungrad (4) aufweist.

5. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) als Gleichstromma­ schine ausgebildet ist.

6. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) als Synchronma­ schine ausgebildet ist.

7. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) als Asynchronma­ schine ausgebildet ist.

8. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) als doppelt gespei­ ste Asynchronmaschine ausgebildet ist.

9. Aktives Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Asynchronmaschine als Käfigläuferasynchronmaschine ausge­ bildet ist.

10. Aktives Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung als elektrisches Stellglied (3) einen Thyri­ storsteller aufweist.

11. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung als elektrisches Stell­ glied (3) einen Frequenzumrichter (5) aufweist.

12. Aktives Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichter (5) als Stromzwischenkreisumrichter ausge­ bildet ist.

13. Aktives Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichter als Spannungszwischenkreisumrichter ausge­ bildet ist.

14. Aktives Filter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichter (5) einen selbstgeführten Wechselrichter WR2 (6) aufweist, der mit seinem Eingang über einen Gleichspannungs­ zwischenkreis an den Ausgang eines gesteuerten Gleichrichters GR2 (8) angeschlossen ist.

15. Aktives Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter GR2 (8) mit seinem Eingang an das Drehstromnetz (13) angeschlossen ist.

16. Aktives Filter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine jeweilige Wirkleistungsaufnahme und Wirklei­ stungsabgabe der elektrischen Maschine (2) direkt über einen Ein­ gang des Gleichspannungszwischenkreises erfolgt.

17. Aktives Filter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine jeweilige Wirkleistungsaufnahme und Wirklei­ stungsabgabe der elektrischen Maschine (2) über den Gleichrichter GR2 (8) erfolgt.

18. Aktives Filter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Energie als Blindleistung auf der Drehstromnetzseite (13) des Gleichrichters GR2 (8) erzeugbar ist.

19. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wechselrichter WR2 (6) mindestens sechs elektronische Schalter (10) und mindestens einen Zwischenkreiskon­ densator (11) aufweist.

20. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gleichrichter GR2 (8) mindestens sechs elek­ tronische Schalter (14), mindestens einen Zwischenkreiskondensator (15) und mindestens eine Induktivität (16) aufweist.

21. Aktives Filter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektronischen Schalter (10, 14) als eine Anti­ parallelschaltung von Freilaufdioden und abschaltbaren Bauelemen­ ten ausgebildet sind.

22. Aktives Filter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die abschaltbaren Bauelemente als Leistungstransistoren ausgebil­ det sind.

23. Aktives Filter nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die abschaltbaren Bauelemente als IGBT ausgebildet sind.

24. Aktives Filter nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die abschaltbaren Bauelemente als MCT ausgebildet sind.

25. Aktives Filter nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die abschaltbaren Bauelemente als GTO ausgebildet sind.

26. Aktives Filter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die abschaltbaren Bauelemente als zwangskommutierte Thyristor­ schaltungen ausgebildet sind.

27. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gleichrichter GR2 (8) so ansteuerbar ist, daß mit Begrenzung durch die maximale Schaltfrequenz und Auslegung der Induktivität (16) beliebige Stromkurvenformen an der Dreh­ stromnetzseite (13) erzeugbar sind.

28. Aktives Filter nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die für die Erregung der elektrischen Maschine (2) notwendige Blindleistung durch den Wechselrichter WR2 (6) er­ zeugbar ist.

29. Verfahren zur Kompensation von Leistungsschwankungen durch schnell veränderliche Leistungsanteile im Drehstromnetz von Wind­ energieanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktives Filter (1), das neben einer Steuereinrichtung eine elektrische Maschine (2) zur elektromechanischen Energiespeicherung aufweist, durch me­ chanisch vom Hauptgenerator (25) unabhängige Energieaufnahme und Energieabgabe in das Drehstromnetz (13) die Leistungsschwankungen (20) kompensiert.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) durch Erhöhung ihrer Drehzahl Energie aufnimmt und durch Erniedrigung ihrer Drehzahl Energie abgibt.

31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (2) im Feldschwächbereich betrieben wird.

32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufnahme zwischen einer Maximaldrehzahl und einer Minimal­ drehzahl der elektrischen Maschine (2) etwa der Energieabgabe zwi­ schen der Minimaldrehzahl und einer Maximaldrehzahl entspricht.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung des Filters (1) aus dem Momen­ tanwert der Leistung der Windenergieanlage (18, 33) den entspre­ chenden schnell veränderlichen Anteil (20) ermittelt und diesen Wert als negierten Sollwert für eine zu erzeugende Kompensations­ leistung Pac2 (21) benutzt.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung des Filters (1) aus dem Momen­ tanwert des Stromistwertes der Windenergieanlage (18, 33) den ent­ sprechenden schnell veränderlichen Anteil (20) ermittelt und die­ sen Wert als negierten Sollwert für den zu erzeugenden Kompensati­ onsstrom benutzt.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Maschine (2) über einen Frequenzum­ richter (5) mit Spannungszwischenkreis als Stellglied (3) der Steuereinrichtung gesteuert wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von einem Hauptgenerator (25) der Windenergiean­ lage (18) unmittelbar erzeugte Wechselstromleistung Pac1 (28) schnell veränderliche Wirkleistungs- und Blindleistungsanteile aufweist, die durch eine vom aktiven Filter (1) abgegebene Wech­ selstromleistung Pac2 (30) kompensiert werden, so daß die Win­ denergieanlage (18) zusammen mit dem aktiven Filter (1) an das Drehstromnetz (13) eine im wesentlichen von schnell veränderlichen Leistungsanteilen (20) freie Gesamtleistung Pges (31) abgibt.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von einem Hauptgenerator GEN (25) der Wind­ energieanlage (33) erzeugte Leistung Ps1 (27) einem Wechselrichter WR1 (6) zugeführt und als Gleichstromleistung Pdc1 (37) einem Gleichrichter GR1 (35) zugeführt wird, der sie als mit schnell veränderlichen Wirk- und Blindleistungsanteilen behaftete Wechselstromleistung Pac1 (28) an das Drehstromnetz (13) abgibt, wobei eine vom Filter (1) abgegebene Wechselstromleistung Pac1 (28) die schnell veränderlichen Wirk- und Blindleistungsanteile der Leistung Pac1 (28) kompensiert.

38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die von der elektrischen Maschine (2) erzeugten Wirklei­ stungsanteile von Ps2 (21) in einem Wechselrichter WR2 (6) in Gleichstromleistung Pdc2 (32) umgeformt und in einem Gleichrichter GR2 (8) in Wechselstromwirkleistung umgeformt und zusammen mit dem vom Gleichrichter GR2 (8) erzeugten Blindleistungsanteil als Wech­ selstromleistung Pac1 (28) abgegeben werden.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von einem Hauptgenerator GEN (25) der Wind­ energieanlage (33) erzeugte Leistung Ps1 (27) einem Wechselrichter WR1 (6) zugeführt wird, der sie als mit schnell veränderlichen Wirkleistungsanteilen behafteten Gleichstromleistung Pdc1 (37) abgibt und zusammen mit einer durch Umwandlung der von der elektrischen Maschine (2) des Filters (1) erzeugten Wirkleistungs­ anteil von Ps2 (21) durch einen Wechselrichter WR2 (6) in Gleich­ stromleistung Pcd2 (32) einem Gleichrichter in GR1 (35) als kom­ pensierte Gleichstromleistung Pdc3 (38) zugeführt und über einen Gleichrichter GR1 (35) als Wechselstromleistung Pac1 (28) in das Drehstromnetz (13) eingespeist wird.