DE202004009071U1 - Wind power unit especially for offshore operation has auxiliary generator to supply a user when vane is in rolling position or in emergency - Google Patents

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Abstract

A wind power unit comprises a rotor driving a generator (6) feeding electric energy into the mains. At least one rotor blade (1) in the hub (2) is adjustable on its long axis and drives an auxiliary generator (8) giving electricity for at least one user over a rotational speed range when the blade is in an idling position at right angles to normal operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Rotor, mit einem Generator, der von dem Rotor angetrieben elektrische Energie zur Einspeisung in ein Netz erzeugt, mit mindestens einem in einer Rotornabe drehbar gelagerten Rotorblatt, das um seine Längsachse verstellbar ist, und mit einem Hilfsgenerator, der von dem Rotor angetrieben elektrische Energie für mindestens einen Verbraucher erzeugt.The present invention relates to a wind turbine with a rotor, with a generator that electrical energy driven by the rotor for feeding into generates a network with at least one rotatable in a rotor hub mounted rotor blade, which is adjustable about its longitudinal axis, and with an auxiliary generator that is driven by the electric rotor Energy for generates at least one consumer.

Aus DE 102 33 589 A1 ist eine Windenergieanlage mit einem mehrstufigen Generator bekannt. Bei der Windenergieanlage sind unterschiedliche Generatorstufen für unterschiedliche Windgeschwindigkeiten vorgesehen, die wahlweise zugeschaltet oder getrennt werden. Durch die mehreren Generatorstufen soll ein breiter Bereich von unterschiedlichen Windstärken effektiv zur Stromerzeugung genutzt werden.Out DE 102 33 589 A1 is known a wind turbine with a multi-stage generator. In the wind power plant, different generator stages are provided for different wind speeds, which can either be switched on or off. Due to the multiple generator stages, a wide range of different wind strengths should be used effectively to generate electricity.

Aus DE 196 44 705 ist eine Verstellvorrichtung für die Rotorblätter bekannt. Bei der Verstellung der Rotorblätter werden diese in eine Querstellung gebracht, die sogenannte Fahnenstellung, bei der die Windenergieanlage zum Stillstand kommt. Die Verstellvorrichtung besitzt einen Hilfsgenerator, der im festen Verbund mit Turmkopf/Rotor installiert ist und die Energie aus der Drehbewegung des Rotors relativ zum Turmkopf gewinnt. Mit der so gewonnenen Energie werden die Rotorblätter direkt in die Fahnenstellung gedreht.Out DE 196 44 705 an adjustment device for the rotor blades is known. When the rotor blades are adjusted, they are brought into a transverse position, the so-called flag position, in which the wind turbine comes to a standstill. The adjustment device has an auxiliary generator which is installed in a fixed connection with the tower head / rotor and which obtains the energy from the rotary movement of the rotor relative to the tower head. With the energy thus obtained, the rotor blades are rotated directly into the flag position.

Aus DE 100 09 472 C2 ist eine Vorrichtung zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter mit einem Notstromkreis bekannt. Der Notstromkreis besitzt einen Permanentmagnetgenerator, der mit den Motoren zum Verstellen des Anstellwinkels derart verschaltet ist, dass diese nach einem Zuschalten des Notstromkreises in die Fahnenstellung gestellt werden. Hierbei wird bei hohen Drehzahlen der Rotorwelle auch eine große Verfahrgeschwindigkeit der Rotorblätter erzielt.Out DE 100 09 472 C2 a device for adjusting the angle of attack of the rotor blades with an emergency circuit is known. The emergency circuit has a permanent magnet generator which is connected to the motors for adjusting the angle of attack in such a way that they are placed in the flag position after the emergency circuit has been switched on. In this case, a high travel speed of the rotor blades is also achieved at high rotor shaft speeds.

Aus DE 101 53 644 C2 ist eine Windenergieanlage mit einer berührungslosen Energieübertragung von einem feststehenden Teil der Windenergieanlage auf den Rotor bekannt. Hierzu wird eine Asynchronmaschine, deren Ständer mit dem feststehenden Teil der Windenergieanlage verbunden und deren Läufer an dem drehenden Teil angeordnet ist, in die Windenergieanlage integriert.Out DE 101 53 644 C2 is known a wind turbine with a contactless energy transfer from a fixed part of the wind turbine to the rotor. For this purpose, an asynchronous machine, the stand of which is connected to the fixed part of the wind energy installation and the rotor is arranged on the rotating part, is integrated into the wind energy installation.

Aus DE 368 799 ist eine Regelvorrichtung für eine Windenergieanlage bekannt, bei der ein selbsterregter und ein fremderregter Generator zusammen mit Akkumulatoren betrieben werden, derart, dass die Spannung selbsttätig gehalten und ein schwankender Strombedarf der angeschlossenen Verbraucher abgedeckt wird.Out DE 368 799 A control device for a wind power plant is known in which a self-excited and an externally excited generator are operated together with accumulators in such a way that the voltage is automatically maintained and a fluctuating current requirement of the connected consumers is covered.

Aus EP 1 286 049 A2 ist eine Windenergieanlage mit einer Stabilisierungseinrichtung bekannt, die den Rotor in einer lastarmen Drehstellung (Parkposition) aktiv stabilisiert. Zusätzlich ist eine eigene Energieversorgungseinrichtung, insbesondere in Form einer Hilfs-Windenergieanlage, bekannt, die an dem Maschinenhaus der Windenergieanlage montiert ist.Out EP 1 286 049 A2 a wind power plant with a stabilizing device is known which actively stabilizes the rotor in a low-load rotational position (park position). In addition, a separate energy supply device, in particular in the form of an auxiliary wind energy installation, is known, which is mounted on the nacelle of the wind energy installation.

Moderne Windenergieanlagen weisen häufig eine Verstelleinrichtung auf, die sogenannten Pitchantriebe, durch die die Rotorblätter um ihre Längsachse verstellt werden können, wodurch eine Anpassung an unterschiedliche Windgeschwindigkeiten ermöglicht wird.Modern wind turbines point often one Adjustment device on, the so-called pitch drives through which the rotor blades about its longitudinal axis can be adjusted thereby adapting to different wind speeds allows becomes.

Wenn es notwendig wird, eine solche Windenergieanlage abzuschalten, werden die Rotorblätter über die Pitchantriebe in ihre Fahnenstellung gebracht, das heißt die Rotorblätter stehen im Wesentlichen quer (90°) zur normalen Ausrichtung. In dieser Stellung kann der Rotor durch eine Feststellbremse oder eine andere Stabilisierungseinrichtung komplett im Stillstand gehalten werden. Jedoch wird der Rotor häufig nicht durch eine Bremse im Stillstand gehalten, sondern der Rotor trudelt im Wind, das heißt, er dreht sich und dadurch den mit dem Rotor verbundenen Antriebsstrang einschließlich des Generators, wobei der Generator vom Netz getrennt ist, der sogenannte Trudelbetrieb. Dabei stellt sich je nach der Windgeschwindigkeit und Windrichtung eine ungleichmäßige Drehzahl von wenigen Umdrehungen pro Minute ein, wogegen die normale Drehzahl im Betrieb der Windenergieanlage wesentlich höher, beispielsweise im Bereich von 15–20 Umdrehungen pro Minute liegt.If necessary, one To switch off the wind turbine, the rotor blades are turned on Pitch drives brought into their flag position, i.e. the rotor blades are standing essentially transverse (90 °) for normal alignment. In this position the rotor can a parking brake or other stabilizing device be kept completely at a standstill. However, the rotor is often not held at a standstill by a brake, but the rotor spins in the wind, that is, it rotates and thereby the drive train connected to the rotor including of the generator, the generator being disconnected from the network, the so-called Trudel operation. This arises depending on the wind speed and wind direction an uneven speed of a few revolutions per minute, whereas the normal speed significantly higher in the operation of the wind turbine, for example in the area from 15-20 Revolutions per minute.

Es wird allgemein verlangt, dass die Rotorblätter auch bei Ausfall der Stromversorgung in die Fahnenstellung gestellt werden können. Dazu sind meist Energiespeicher, beispielsweise Akkumulatoren oder Kondensatoren bei elektrischen Pitchantrieben und Druckspeicher bei hydraulischen Pitchantrieben vorgesehen, aus denen die zum einmaligen Verstellen der Rotorblätter in die Fahnenstellung notwendige Energie entnommen wird. Die Energiespeicher sind häufig so dimensioniert, dass diese nach dem einmaligen Verstellvorgang erschöpft sind und erst bei Wiederaufnahme des normalen Betriebs wieder aufgeladen werden.It is generally required that the rotor blades Flagged even if the power supply fails can be. These are usually energy storage devices, such as batteries or Capacitors in electric pitch drives and pressure accumulators provided with hydraulic pitch drives, from which the one-time adjustment of the rotor blades necessary energy is drawn into the flag position. The energy storage are common dimensioned so that after the one-time adjustment process exhausted and are only recharged when normal operation is resumed become.

Zur vorübergehenden Versorgung der Steuerung der Windenergieanlage bei Netzausfall ist gewöhnlich eine handelsübliche, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) auf der Basis von Akkumulatoren vorhanden, diese ist dazu ausgelegt, die Steuerung der Windenergieanlage für kurze Zeit mit Strom zu versorgen, so dass beispielsweise über eine Fernüberwachung eine Meldung abgesetzt, das Betriebssystem ordnungsgemäß heruntergefahren und/oder die Steuerung abgeschaltet werden kann.For the temporary supply of Control of the wind turbine in the event of a power failure is usually one commercial, uninterruptible power supply (UPS) based on accumulators available, this is designed to control the wind turbine for short To supply time with electricity, so that for example over a remote monitoring issued a message, the operating system was shut down properly and / or the control can be switched off.

Bei Windenergieanlagen auf See (off-shore) wird verlangt, dass die Windenergieanlage auch bei einem längeren Ausfall des Stromnetzes von mehreren Tagen oder Wochen in der Lage ist, wesentliche Komponenten mit Notstrom zu versorgen. Dazu ist gewöhnlich ein Dieselgenerator vorgesehen, der mit einer entsprechend, großen Menge Diesel versorgt worden muß. Zum Erhalt eines einwandfreien Zustandes des Diesels und des Dieselgenerators ist ein erheblicher Wartungsaufwand notwendig, unter anderem muß der Diesel kontinuierlich oder zumindest regelmäßig umgewälzt und in bestimmten Abständen ausgetauscht werden. Der Aufwand hierfür ist erheblich, außerdem führt der Umgang mit Dieselkraftstoff auf See zu einer Gefährdung der Umwelt.In the case of offshore wind power plants, it is required that the wind power plant be able to supply essential components with emergency power even in the event of a longer power grid failure of several days or weeks. For this purpose, a diesel generator is usually provided which supplies a correspondingly large amount of diesel must have been. In order to maintain a perfect condition of the diesel and the diesel generator, a considerable maintenance effort is necessary, among other things, the diesel must be circulated continuously or at least regularly and replaced at certain intervals. The effort involved is considerable, and handling diesel fuel at sea also poses a risk to the environment.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Netzausfall eine Energieversorgung bereitzustellen, die mit geringem Aufwand herstellbar ist, im Normalbetrieb wenig Wartung erfordert und keine Gefahr für die Umwelt darstellt.The present invention lies based on the task of providing an energy supply in the event of a power failure, which can be produced with little effort, little in normal operation Maintenance requires and does not pose a danger to the environment.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Windenergieanlage bilden die Gegenstände der Unteransprüche.According to the invention, the object is achieved by a Wind turbine with the features of claim 1 solved. advantageous Refinements of the wind power plant form the objects of Dependent claims.

Die erfindungsgemäße Windenergieanlage besitzt einen Rotor, einen Generator, der von dem Rotor angetrieben elektrische Energie zur Einspeisung in ein Netz erzeugt, mindestens ein in einer Rotornabe drehbar gelagertes Rotorblatt, das um seine Längsachse verstellbar ist, und einen Hilfsgenerator, der von dem Rotor angetrieben elektrische Energie für mindestens einen Verbraucher erzeugt. Erfindungsgemäß ist der Hilfsgenerator für eine Drehzahl des Rotors ausgelegt, die sich für ein in die Fahnenstellung gestelltes Rotorblatt einstellt. Bei der Drehzahl im Trudelbetrieb erzeugt der Hilfsgenerator elektrische Energie für den oder die Verbraucher. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Trudeln der Windenergieanlage die vorhandene geringe Drehzahl zum Betrieb des Hilfsgenerators ausgenutzt werden kann, um auf diese Weise dauerhaft und zuverlässig eine Notstromversorgung sicherzustellen. Insbesondere bei off-shore-Windenergieanlagen, die auch für einen Stromausfall von mehreren Tagen oder Wochen ausgelegt sein müssen, erlaubt der Hilfsgenerator eine zuverlässige Energieversorgung.The wind turbine according to the invention has a rotor, a generator that is electric driven by the rotor Generates energy for feeding into a network, at least one in one Rotor hub rotatably mounted rotor blade that runs around its longitudinal axis is adjustable, and an auxiliary generator driven by the rotor electrical energy for generates at least one consumer. According to the Auxiliary generator for a speed of the rotor designed for a in the flag position set rotor blade. At the speed in spin mode the auxiliary generator generates electrical energy for the consumer or consumers. The invention is based on the finding that when spinning the Wind turbine the existing low speed for operating the Auxiliary generator can be exploited to be permanent and in this way reliable to ensure an emergency power supply. Especially with offshore wind turbines, who also for a power failure lasting several days or weeks have to, the auxiliary generator allows a reliable energy supply.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Verbraucher, der von dem Hilfsgenerator versorgt wird, eine Steuerung für die Rotorblattverstellung und mindestens einen Motor zur Verstellung des Anstellwinkels des Rotorblatts auf. Bei dieser Ausgestaltung ermöglicht der Hilfsgenerator im Trudelbetrieb auch eine Steuerung des Anstellwinkels von mindestens einem Rotorblatt, so dass im Ergebnis ein gesteuerter oder geregelter Betrieb der Windenergieanlage im Trudelbetrieb erfolgt. Bevorzugt ist jedes Rotorblatt mit jeweils einem Motor zur Verstellung des Anstellwinkels ausgerüstet, wobei jeder der Motoren von dem Hilfsgenerator versorgt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Anstellwinkel sämtlicher Rotorblätter auch im Trudelbetrieb einzustellen.In a preferred embodiment indicates the consumer, which is supplied by the auxiliary generator, a controller for the rotor blade adjustment and at least one motor for adjustment the angle of attack of the rotor blade. With this configuration, the Auxiliary generator in spin mode also controls the angle of attack of at least one rotor blade, so that the result is a controlled one or regulated operation of the wind power plant in spin mode. Each rotor blade is preferably each with a motor for adjustment of the angle of attack, each of the motors being powered by the auxiliary generator. This Design enables it, the angle of attack of all rotor blades also set in spin mode.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung versorgt der Hilfsgenerator eine Steuerung für den Winkel des Maschinenhauses (Azimutwinkel) und einen Azimutantrieb zur Verstellung des Winkels des Maschinenhauses. Bei dieser Ausgestaltung ermöglicht es der Hilfsgenerator während des Trudelbetriebs, das Maschinenhaus und damit den Rotor im Wind auszurichten. Auf diese Weise kann auch die abgeschaltete Windenergieanlage wechselnden Windrichtungen aktiv folgen, so dass die Windenergieanlage auch bei starkem Wind weniger beansprucht wird.Supplied in a further preferred embodiment the auxiliary generator controls the angle of the nacelle (Azimuth angle) and an azimuth drive for adjusting the angle of the machine house. With this configuration, it enables the auxiliary generator during of the whirling operation, the machine house and thus the rotor in the wind align. In this way, the wind turbine can also be switched off actively follow changing wind directions so that the wind turbine less stress even in strong winds.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind Schaltmittel vorgesehen, die den Hilfsgenerator bei fehlender Stromversorgung durch das Netz für einen Antrieb durch den Rotor zuschalten. Bevorzugt sind die Schaltmittel mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch ausgebildet. In einer möglichen Ausgestaltung ist als Schaltmittel eine mechanische Kupplung vorgesehen, die bei normalem Betrieb der Windenergieanlage geöffnet wird und bei Netzausfall selbsttätig schließt, wobei die Kupplung bevorzugt zeitverzögert schließt, so dass durch die Verzögerung die Drehzahl bereits durch die aus dem Wind heraus gedrehten Rotorblätter vermindert ist.In a preferred further training switching means are provided which the auxiliary generator in the absence Power supply through the network for connect a drive through the rotor. The switching means are preferred mechanically, hydraulically, pneumatically and / or electrically trained. In one possible A mechanical clutch is provided as the switching means, which is opened during normal operation of the wind turbine and automatically in the event of a power failure closes the clutch preferably closes with a time delay, so that the delay due to the Speed already reduced by the rotor blades turned out of the wind is.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Kupplung elektrisch und/oder hydraulisch geöffnet und federbetätigt geschlossen. Alternativ ist es möglich, ein fliehkraftbetätigendes Schaltmittel vorzusehen, das bei, Überschreiten einer ersten vorbestimmten Drehzahl öffnet und bei Unterschreiten einer zweiten vorbestimmten Drehzahl schließt. Hierbei kann die erste vorbestimmte Drehzahl gleich oder unterschiedlich zu der zweiten vorbestimmten Drehzahl sein.In a further embodiment the clutch is opened electrically and / or hydraulically and closed by spring actuation. Alternatively, it is possible a centrifugal To provide switching means, which, when exceeding a first predetermined Speed opens and closes when the speed falls below a second predetermined speed. Here can the first predetermined speed is the same or different from that second predetermined speed.

In einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist eine Bremse vorgesehen, die vor dem Zuschalten des Hilfsgenerators betätigt wird, bis eine für den Hilfsgenerator vorgesehene Drehzahl erreicht wurde.In a possible embodiment of the wind power installation according to the invention a brake is provided which is switched on before the auxiliary generator is switched on actuated will until one for provided the auxiliary generator speed was reached.

In einer möglichen Ausgestaltung wird der Hilfsgenerator von dem Rotor ständig angetrieben und durch elektrische Schaltmittel eine elektrische Verbindung mit den Verbrauchern erst hergestellt, wenn die vorgesehene Drehzahl für den Hilfsgenerator erreicht wurde.In one possible embodiment the auxiliary generator is constantly driven and driven by the rotor electrical switching means an electrical connection with consumers only produced when the intended speed for the auxiliary generator was achieved.

In einer Weiterführung der vorgenannten Ausgestaltung besitzt das Schaltmittel ein Schütz, das bei Normalbetrieb geöffnet ist und bei Netzausfall bevorzugt zeitverzögert schließt. Ferner besitzt das Schaltmittel zusätzlich einen Gleichrichter, einen Umrichter und/oder einen Wechselrichter, der oder die den von dem Hilfsgenerator erzeugten Strom in einer für den zu versorgenden Verbraucher erforderlichen Weise umwandeln und als Gleich- bzw. Wechselstrom bereitstellen.In a continuation of the aforementioned configuration the switching means has a contactor that open during normal operation and preferably closes with a time delay in the event of a power failure. The switching means also has additionally a rectifier, a converter and / or an inverter, the or the current generated by the auxiliary generator in one for the to converting necessary consumer supply and as Provide direct or alternating current.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist der Hilfsgenerator über ein Getriebe mit dem Rotor gekoppelt, wobei vorzugsweise das Getriebe ein Übersetzungsverhältnis besitzt, um den Hilfsgenerator bei einer Umdrehungszahl des Rotors der Windenergieanlage von weniger als 15 Umdrehungen pro Minute zur Erzeugung von elektrischer Energie anzutreiben. Beispielsweise ist das Übersetzungsverhältnis für einen Drehzahlbereich des Hilfsgenerators von zwei bis acht Umdrehungen pro Minute ausgelegt. Weiter bevorzugt ist der Hilfsgenerator so ausgelegt, dass bei einem Übersetzungsverhältnis für Drehzahlen von vier bis sechs Umdrehungen pro Minute eine ausreichende Bereitstellung von elektrischer Energie durch diesen erfolgt. Zukünftige Windenergieanlagen mit sehr großem Durchmesser können auch bei deutlich geringeren Drehzahlen mit dem Hilfsgenerator Strom erzeugen.In a likewise preferred embodiment, the auxiliary generator is coupled to the rotor via a gear, the gear preferably having a transmission ratio in order to drive the auxiliary generator at a rotational speed of the rotor of the wind energy installation of less than 15 revolutions per minute to generate electrical energy. For example, that is translate ratio for a speed range of the auxiliary generator of two to eight revolutions per minute. The auxiliary generator is further preferably designed such that it provides sufficient electrical energy at a gear ratio for speeds of four to six revolutions per minute. Future wind turbines with a very large diameter can generate electricity with the auxiliary generator even at significantly lower speeds.

Der Hilfsgenerator besitzt bevorzugt eine selbst- oder permanenterregte Bauform. Alternativ kann ein Generator mit Fremderregung verwendet werden, für den die Erregungsleistung aus einem Energiespeicher, beispielsweise Akkumulator, bereitgestellt wird. Zusätzlich ist in einer zweckmäßigen Weiterführung mindestens ein Akkumulator in der Windenergieanlage vorgesehen, der eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherstellt, wobei der Akkumulator von dem Hilfsgenerator versorgt und insbesondere bei Netzausfall wieder aufgeladen wird. Ebenfalls ist es möglich, den Generator derart auszubilden, dass dieser durch Schaltmittel als Hilfsgenerator betrieben werden kann.The auxiliary generator preferably has a self-excited or permanently excited design. Alternatively, a Generator with external excitation can be used for the excitation power from an energy storage device, for example an accumulator becomes. additionally is at least in an expedient continuation an accumulator is provided in the wind turbine, which is an uninterruptible Ensures power supply, the accumulator from the auxiliary generator is supplied and recharged especially in the event of a power failure. It is also possible to train the generator in such a way that it is switched by switching means can be operated as an auxiliary generator.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.The present invention is described below the drawings closer explained.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Ansicht des Triebstrangs einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage und 1 is a schematic view of the drive train of a wind turbine according to the invention and

2 ein Blockschaltbild mit den wesentlichen durch den Hilfsgenerator zu versorgenden Komponenten der Windenergieanlage. 2 a block diagram with the essential components of the wind turbine to be supplied by the auxiliary generator.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Triebstrangs einer Windenergieanlage, mit einem Rotorblatt 1, das in einer Rotornabe 2 verstellbar gelagert ist. Die Rotorwelle 3 mündet in einem Getriebe 4, dessen Abgangswelle die Generatorwelle 5 für den Generator 6 bildet. Im Normalbetrieb besitzt die Windenergieanlage eine Drehzahl von beispielsweise ungefähr 15–20 Umdrehungen pro Minute, die durch das Getriebe 4 in eine geeignete Drehzahl für den Generator 6 umgesetzt wird. Selbstverständlich existieren auch getriebelose Antriebsstränge. 1 shows a schematic view of a drive train of a wind turbine, with a rotor blade 1 that in a rotor hub 2 is adjustable. The rotor shaft 3 ends in a transmission 4 whose output shaft is the generator shaft 5 for the generator 6 forms. In normal operation, the wind turbine has a speed of about 15-20 revolutions per minute, for example, by the gearbox 4 in a suitable speed for the generator 6 is implemented. Of course, there are also gearless drive trains.

An einer Abgangswelle des Generators 6 ist eine selbsttätige Kupplung 9 vorgesehen, die mit einer Generatorwelle 7 eines Hilfsgenerators 8 verbunden ist.On an output shaft of the generator 6 is an automatic clutch 9 provided with a generator shaft 7 an auxiliary generator 8th connected is.

Der dargestellte Antriebsstrang arbeitet wie folgt: Bei einem Ausfall des Netzstroms, werden durch einen Hilfsmotor, der von einem Generator oder einem Energiespeicher (nicht dargestellt) gespeist wird, die Rotorblätter in die Fahnenstellung gedreht. Hierdurch geht die Windenergieanlage in den Trudelbetrieb über, bei dem der Rotor eine Drehzahl von ungefähr vier bis sechs Umdrehungen pro Minute besitzt. Ist die Drehzahl ungefähr erreicht, schließt die Kupplung 9, so dass der Hilfsgenerator 8 durch den Rotor angetrieben wird. Die durch den Hilfsgenerator 8 bereitgestellte elektrische Leistung, in der Größenordnung von einigen Kilowatt, reicht aus, die beim Stromausfall benötigten Komponenten der Windenergieanlage, wie beispielsweise Steuerung, Windsensoren, Pitch- und Azimutsystem, Hydrauliksystem, Signaleinrichtung, Gefahrfeuer für See- und Luftfahrt und dergleichen zu versorgen. Wie nachfolgend noch beschrieben wird, erlaubt die von dem Hilfsgenerator 8 bereitgestellte Energie sogar eine Steuerung oder Regelung des Trudelbetriebs.The drive train shown works as follows: If the mains power fails, the rotor blades are rotated into the flag position by an auxiliary motor, which is fed by a generator or an energy store (not shown). This causes the wind turbine to go into spin mode, in which the rotor has a speed of approximately four to six revolutions per minute. When the speed is approximately reached, the clutch closes 9 so the auxiliary generator 8th is driven by the rotor. That through the auxiliary generator 8th Provided electrical power, on the order of a few kilowatts, is sufficient to supply the components of the wind power installation required in the event of a power failure, such as, for example, control, wind sensors, pitch and azimuth systems, hydraulic systems, signaling devices, hazard fires for sea and aviation and the like. As will be described in the following, this is allowed by the auxiliary generator 8th provided energy even a control or regulation of the spin operation.

2 zeigt in einem Blockschaltbild die Anschlüsse der Windenergieanlage. Im Normalbetrieb wird die am Generator 6 erzeugte elektrische Leistung über den geschlossenen Schalter 17 in das Netz eingespeist. Die elektrischen Verbraucher, wie beispielsweise die Steuerung 13, die Signaleinrichtungen und Gefahrfeuer 14, sowie das Azimutsystem 15 und das Pitchsystem 16 werden vom Netz – beziehungsweise von dem Generator 6 – mit elektrischer Leistung versorgt. 2 shows the connections of the wind turbine in a block diagram. In normal operation, that on the generator 6 generated electrical power via the closed switch 17 fed into the network. The electrical consumers, such as the control system 13 , the signaling devices and danger fire 14 , as well as the azimuth system 15 and the pitch system 16 are from the network - or from the generator 6 - supplied with electrical power.

Wenn die Windenergieanlage, beispielsweise infolge eines Ausfalls des Stromnetzes, vom Netz getrennt werden muß, öffnet Schalter 17. In diesem Fall übernimmt die unterbrechungsfreie Stromversorgung 12 für kurze Zeit die Versorgung der Verbraucher, insbesondere der Steuerung 13 und der Signaleinrichtungen und Gefahrfeuer 14. Außerdem werden durch die Pitchantriebe, die Bestandteil des Pitchsystems 16 sind, die Rotorblätter in die Fahnenstellung gestellt. Die dazu erforderliche Energie wird Energiespeichern entnommen, die ebenfalls Bestandteil des Pitchsystems 16 sind. Durch das Verdrehen der Rotorblätter in die Fahnenposition verringert sich die Drehzahl des Rotors. Bei geeigneter Drehzahl wird Schalter 18 umgelegt und die von dem Hilfsgenerator 8 erzeugte elektrische Leistung wird über einen Umrichter 11 in geeigneten Wechselstrom für die Verbraucher umgewandelt. Hierdurch kann die unterbrechungsfreie Stromversorgung 12 wieder aufgeladen, die Steuerung 13 erforderlichenfalls wieder in Betrieb genommen und Steueraufgaben übernommen werden, ferner können die Signaleinrichtungen und Gefahrfeuer 14 betrieben werden. Weiterhin erfolgt bei normalerweise geschlossenem Schalter 19 eine Versorgung des Azimutsystems 15 und des Pitchsystems 16.If the wind turbine has to be disconnected from the network, for example as a result of a power grid failure, the switch opens 17 , In this case, the uninterruptible power supply takes over 12 for a short time the supply of the consumers, especially the control 13 and the signaling devices and hazard fire 14 , In addition, the pitch drives, which are part of the pitch system 16 the rotor blades are in the flag position. The energy required for this is taken from energy stores, which are also part of the pitch system 16 are. By turning the rotor blades into the flag position, the speed of the rotor is reduced. At a suitable speed, the switch 18 thrown and by the auxiliary generator 8th Electrical power is generated via a converter 11 converted into suitable alternating current for the consumer. This enables the uninterruptible power supply 12 recharged the controller 13 if necessary put back into operation and control tasks are carried out, furthermore the signaling devices and danger fire 14 operate. Furthermore, the switch is normally closed 19 a supply of the azimuth system 15 and the pitch system 16 ,

Selbstverständlich kann auf einen Umrichter 11 verzichtet werden, wenn die Komponenten 12...16 der Windenergieanlage für einen Betrieb unmittelbar mit dem von dem Hilfsgenerator 8 erzeugten Strom geeignet sind.Of course, you can use a converter 11 be dispensed with if the components 12 ... 16 the wind turbine for operation directly with that of the auxiliary generator 8th generated electricity are suitable.

Durch den Hilfsgenerator 8 werden wenigstens die Versorgung der Steuerung 13 der Windenergieanlage und des Pitchsystems 16 sowie die Versorgung mindestens eines Pitchantriebs sichergestellt, so dass mindestens ein Rotorblatt in der Windenergieanlage auf eine von der Fahnenstellung abweichende Position gestellt werden kann. Bei einer Steuerung im Trudelbetrieb wird das Rotorblatt derart eingestellt, dass die Drehzahl des Rotors sich in einem solchen Bereich befindet, dass an der Generatorwelle 7 eine für den Betrieb des Hilfsgenerators 8 besonders günstige Drehzahl auftritt, beispielsweise 400– 500 Umdrehungen pro Minute. Auf diese Weise kann der Trudelbetrieb kontrolliert und eine gleichmäßige Bereitstellung von Energie erreicht werden.Through the auxiliary generator 8th be at least the supply of the controller 13 the wind turbine and the pitch system 16 as well as the supply of at least one pitch drive, so that at least one rotor blade in the wind energy installation can be set to a position that deviates from the flag position. In the case of control in spin mode, the rotor blade is set in such a way that the speed of the rotor is in such a range that the generator shaft le 7 one for the operation of the auxiliary generator 8th particularly favorable speed occurs, for example 400-500 revolutions per minute. In this way, the spin operation can be controlled and an even supply of energy can be achieved.

Durch den Hilfsgenerator 8 können wenigstens die Steuerung 13 der Windenergieanlage und des Azimutsystems, die Windsensoren, die Azimutantriebe und – sofern vorhanden – das Hydrauliksystem mit Energie versorgt werden. Durch die Windsensoren wird insbesondere die Windrichtung bestimmt, so dass die Steuerung 13 eine Eingangsgröße erhält, in welcher Richtung ein Nachführen der Windenergieanlage erforderlich ist. Das Hydrauliksystem muß mit Energie versorgt werden, wenn die Windenergieanlage mit Azimutbremsen ausgestattet ist, die beim Nachführen der Windenergieanlage hydraulisch gelüftet werden müssen. Hierdurch wird es möglich, die Windenergieanlage bei drehendem Wind nachzuführen und so einzustellen, dass möglichst geringe Lasten auf sie einwirken. Insbesondere wird die Windenergieanlage so eingestellt, dass der Rotor in Richtung des Windes weist.Through the auxiliary generator 8th can at least control 13 the wind turbine and the azimuth system, the wind sensors, the azimuth drives and - if present - the hydraulic system are supplied with energy. In particular, the wind direction is determined by the wind sensors, so that the control 13 receives an input variable in which direction it is necessary to track the wind energy installation. The hydraulic system must be supplied with energy if the wind energy installation is equipped with azimuth brakes, which have to be hydraulically released when the wind energy installation is being adjusted. This makes it possible to track the wind turbine when the wind is blowing and to adjust it so that the lowest possible loads act on it. In particular, the wind turbine is set so that the rotor points in the direction of the wind.

Bei Eintritt einer Windstille ist eine Versorgung durch den Hilfsgenerator 8 nicht mehr möglich. In diesem Fall ist noch eine Versorgung der Steuerung 13 und der Signaleinrichtungen und Gefahrfeuer 14 erforderlich, die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung 12 übernommen wird. Ein Betrieb des Azimutsystems 15 und des Pitchsystem 16 ist dann nicht erforderlich und diese Komponenten werden durch Öffnen des Schalters 19 von der Versorgung getrennt.If there is no wind, there is a supply from the auxiliary generator 8th not possible anymore. In this case there is still a supply for the control 13 and the signaling devices and hazard fire 14 required by the uninterruptible power supply 12 is taken over. An operation of the azimuth system 15 and the pitch system 16 is then not necessary and these components are opened by opening the switch 19 disconnected from the supply.

Die Steuerung 13 ist über (nicht dargestellte) Steuerleitungen, ein lokales Kommunikationsnetz oder andere Verbindungsmittel mit den übrigen Komponenten der Windenergieanlage verbunden, um diese zu steuern und um Betriebs- und Meßwerte von diesen zu erhalten.The control 13 is connected via control lines (not shown), a local communication network or other connecting means to the other components of the wind power installation in order to control them and to obtain operating and measured values from them.

Sicherheitsrichtlinien für moderne Windenergieanlagen fordern, dass die abgeschaltete Windenergieanlage bei Netzausfall einen Sturm bestimmter Stärke mit wechselnder Windrichtung unbeschadet übersteht. Wenn die Windenergieanlage der wechselnden Windrichtung aktiv folgen kann, so kann diese für den dimensionierenden Lastfall mit erheblicher Materialeinsparung an verschiedenen Komponenten ausgelegt werden und es besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass die Windenergieanlage extreme Windbedingungen unbeschadet übersteht.Security guidelines for modern Wind turbines require that the shutdown wind turbine in the event of a power failure, a storm of certain strength with changing wind direction survives undamaged. When the wind turbine actively follows the changing wind direction can, this can be for the dimensioning load case with considerable material savings be designed on different components and there is one greater likelihood that the wind turbine survives extreme wind conditions without damage.

Claims (22)

Windenergieanlage mit einem Rotor, einem Generator (6), der von dem Rotor angetrieben, elektrische Energie zur Einspeisung in ein Netz (10) erzeugt, mindestens einem in einer Rotornabe (2) drehbar gelagerten Rotorblatt (1), das um seine Längsachse verstellbar ist, und einem Hilfsgenerator (8), der von dem Rotor angetrieben, elektrische Energie für mindestens einen Verbraucher (12, 13, 14, 15, 16) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsgenerator (8) in einem Drehzahlbereich des Rotors, der sich für mindestens ein im Wesentlichen in die Fahnenstellung gestelltes Rotorblatt ergibt, elektrische Energie für den mindestens einen Verbraucher erzeugt.Wind turbine with a rotor, a generator ( 6 ), which is driven by the rotor, electrical energy for feeding into a network ( 10 ) generated, at least one in a rotor hub ( 2 ) rotatably mounted rotor blade ( 1 ), which is adjustable about its longitudinal axis, and an auxiliary generator ( 8th ), which is driven by the rotor, electrical energy for at least one consumer ( 12 . 13 . 14 . 15 . 16 ), characterized in that the auxiliary generator ( 8th ) generates electrical energy for the at least one consumer in a speed range of the rotor that results for at least one rotor blade that is essentially in the flag position. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Hilfsgenerator (8) versorgte Verbraucher eine Steuerung für die Rotorblattverstellung und einen Antrieb zur Verstellung des Anstellwinkels mindestens eines Rotorblatts aufweist.Wind power plant according to claim 1, characterized in that the auxiliary generator ( 8th ) supplied consumers has a control for the rotor blade adjustment and a drive for adjusting the angle of attack of at least one rotor blade. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorblatt mit jeweils einem Antrieb zur Verstellung des Anstellwinkels versehen ist, der jeweils von dem Hilfsgenerator (8) versorgt werden kann.Wind power plant according to claim 2, characterized in that each rotor blade is provided with a drive for adjusting the angle of attack, which is in each case by the auxiliary generator ( 8th ) can be supplied. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung für den Winkel des Maschinenhauses und ein Azimutantrieb zur Verstellung der Ausrichtung des Maschinenhauses mit dem Rotor vorgesehen ist, wobei der Azimutantrieb durch den Hilfsgenerator (8) mit Energie versorgt wird.Wind power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that a control for the angle of the nacelle and an azimuth drive for adjusting the alignment of the nacelle with the rotor is provided, the azimuth drive being provided by the auxiliary generator ( 8th ) is supplied with energy. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel vorgesehen sind, die den Hilfsgenerator bei fehlender Stromversorgung durch das Netz für den Antrieb durch den Rotor zuschalten.Wind turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that switching means are provided which the auxiliary generator when there is no power supply from the network for the Switch on the drive by the rotor. Windenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (9) mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch ausgebildet sind.Wind power plant according to claim 5, characterized in that the switching means ( 9 ) are designed mechanically, hydraulically, pneumatically and / or electrically. Windenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltmittel eine Kupplung (9) vorgesehen ist, die bei normalem Betrieb geöffnet ist und bei Netzausfall selbsttätig schließt.Wind energy installation according to claim 6, characterized in that a clutch ( 9 ) is provided, which is open during normal operation and closes automatically in the event of a power failure. Windenergieanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) zeitverzögert schließt.Wind power plant according to claim 7, characterized in that the coupling ( 9 ) closes with a time delay. Windenergieanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) bei normalem Betrieb mechanisch, pneumatisch, elektrisch und/oder hydraulisch geöffnet wird.Wind power plant according to claim 7 or 8, characterized in that the coupling ( 9 ) is opened mechanically, pneumatically, electrically and / or hydraulically during normal operation. Windenergieanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung bei Überschreiten einer ersten vorbestimmten Drehzahl selbsttätig öffnet und bei Unterschreiten einer zweiten vorbestimmten Drehzahl selbsttätig schließt.Wind turbine according to claim 7 or 8, characterized characterized in that the clutch is exceeded when a first predetermined Speed automatically opens and automatically closes when the speed falls below a second predetermined speed. Windenergieanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorbestimmte Drehzahl gleich der zweiten vorbestimmten Drehzahl ist.Wind power plant according to claim 10, characterized in that the first predetermined speed is equal to the second predetermined Speed is. Windenergieanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Drehzahl ungefähr der Drehzahl für den Hilfsgenerator (8) entspricht.Wind power plant according to claim 10, characterized in that the second predetermined speed approximately the speed for the auxiliary generator ( 8th ) corresponds. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse vorgesehen ist, die vor dem Zuschalten des Hilfsgenerators betätigt wird, bis eine für den Hilfsgenerator vorgesehene Drehzahl erreicht wurde.Wind turbine according to one of claims 6 to 12, characterized in that a brake is provided, the is actuated before switching on the auxiliary generator until one for the auxiliary generator The intended speed has been reached. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsgenerator (8) während eines Normalbetriebs von dem Rotor angetrieben und eine elektrische Verbindung mit den Verbrauchern (12, 13, 14, 15, 16) hergestellt wird, wenn die vorgesehene Drehzahl für den Hilfsgenerator erreicht wurde.Wind power plant according to one of claims 1 to 13, characterized in that the auxiliary generator ( 8th ) driven by the rotor during normal operation and an electrical connection to the consumers ( 12 . 13 . 14 . 15 . 16 ) is produced when the intended speed for the auxiliary generator has been reached. Windenergieanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel ein Schütz aufweist, das bei normalem Betrieb geöffnet ist und bei Netzausfall schließt.Wind turbine according to claim 14, characterized in that the switching means is a contactor that is open during normal operation and in the event of a power failure closes. Windenergieanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schütz zeitverzögert schließt.Wind turbine according to claim 15, characterized in that the contactor Time Lag closes. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel zusätzlich einen Gleichrichter, Umrichter und/oder Wechselrichter aufweist.Wind turbine according to one of claims 14 to 16, characterized in that the switching means additionally one Has rectifier, converter and / or inverter. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsgenerator (8) über ein Getriebe (4) mit dem Rotor gekoppelt ist.Wind turbine according to one of claims 1 to 17, characterized in that the auxiliary generator ( 8th ) via a gearbox ( 4 ) is coupled to the rotor. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsgenerator (8) eine selbst- oder permanenterregte Bauform besitzt.Wind power installation according to one of claims 1 to 18, characterized in that the auxiliary generator ( 8th ) has a self-excited or permanently excited design. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsgenerator (8) eine fremderregte Bauform besitzt.Wind power installation according to one of claims 1 to 18, characterized in that the auxiliary generator ( 8th ) has an externally excited design. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (6) Schaltmittel aufweist, die in einem geschalteten Zustand den Betrieb des Generators (6) als Hilfsgenerator zulassen.Wind turbine according to one of claims 1 to 18, characterized in that the generator ( 6 ) Has switching means which, in a switched state, operate the generator ( 6 ) as an auxiliary generator. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein Akkumulator für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorgesehen ist, der als Verbraucher von dem Hilfsgenerator versorgt wird.Wind turbine according to one of claims 1 to 21, characterized in that in addition at least one accumulator for one Uninterruptible power supply is provided as the consumer is supplied by the auxiliary generator.
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