DE202006018866U1 - Rotor blades adjustment device for wind power plant, has rectifier providing electrical power flow to shifting motor, and energy storage coupled at intermediate circuit so that intermediate circuit voltage is supplied in normal operation - Google Patents

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

The device has an emergency current supply unit (2), which is coupled with a network current supply unit (1). A rectifier is provided for electrical power flow from a current network to a shifting motor (3). An energy storage (8) is coupled at an intermediate circuit (5) of the network current supply unit by a transducer, such that the intermediate circuit voltage is supplied in the normal operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von Rotorblättern einer Windkraftanlage mit einem Verstellmotor und mit einer Notstromversorgungseinrichtung enthaltend einen Energiespeicher, der im Notfallbetrieb mit dem Verstellmotor verbindbar ist zur Wahlstellung der für eine Verstellung der Rotorblätter in eine Fahnenstellung derselben erforderlichen elektrischen Energie.The The invention relates to a device for adjusting rotor blades of a Wind turbine with an adjusting motor and with an emergency power supply containing an energy storage in emergency mode with the Verstellmotor is connectable to the choice of an adjustment of the rotor blades in a flag position of the same required electrical energy.

Moderne Windkraftanlagen in einem Leistungsbereich größer 500 kW mit bevorzugt horizontal ausgeführter Rotorwelle besitzen verstellbare Rotorblätter. Dadurch lässt sich die Angriffsfläche der Windgeschwindigkeit anpassen und eine annähernd konstante Leistung der Windkraftanlage einstellen. Windkraftanlagen dieser Art können somit noch bei vergleichsweise hohen Windgeschwindigkeiten oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit betrieben werden. Oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit, für die eine Windkraftanlage konstruktiv ausgelegt ist, ist es notwendig, die Leistung zu begrenzen. Dieses wird durch verstellen der Rotorblätter in Richtung Fahnenstellung realisiert, was eine Verschlechterung des Rotorwirkungsgrads zur Folge hat. Auf diese weise können Schäden an den Windkraftanlagen durch Überbelastungen vermieden werden.modern Wind turbines in a power range greater than 500 kW with preferably horizontally executed rotor shaft have adjustable rotor blades. By doing so leaves the attack surface adjust the wind speed and an approximately constant power of Set wind turbine. Wind turbines of this kind can thus even at comparatively high wind speeds above the Nominal wind speed can be operated. Above the rated wind speed, for the one Wind turbine is designed constructively, it is necessary to the Limit performance. This is done by adjusting the rotor blades in Direction flag position realized what a deterioration of the rotor efficiency entails. In this way you can damage at the wind turbines due to overloading be avoided.

Als weiterer unplanmäßiger Belastungsfall einer Windkraftanlage ist der mögliche Wegfall der elektrischen Last durch den Hauptgenerator anzusehen. Ursachen für diese Notsituation können beispielsweise der Ausfall des Stromnetzes, des Umrichters oder auch des Hauptgenerators selbst sein. Dadurch kann es zu einem sehr schnellen Hochlaufen der Rotorwelle durch das nun fehlende Gegenmoment des Hauptgenerators kommen. Eine mechanische Überbelastung der Windkraftanlage durch unzulässig hohe Drehzahlen wäre die Folge. Zur Vermeidung eines solchen Belastungsfalles werden üblicherweise die Rotorblätter oder auch nur eines in eine sogenannte Fahnenstellung verdreht. Vorteilhafter Weise werden alle Rotorblätter aus dem Wind gedreht. Dabei wird entweder die Vorderkante oder die Hinterkante des Rotorblattprofils in den Wind verdreht, so dass kein antreibender Auftrieb mehr an dem Rotorblattprofil entstehen kann.When further unscheduled load case one Wind turbine is the possible one Consider the elimination of the electrical load through the main generator. Reasons for this emergency situation can For example, the failure of the power grid, the inverter or also be the main generator itself. This can make it a lot fast run-up of the rotor shaft by the now missing counter-torque come from the main generator. A mechanical overload of the wind turbine by inadmissible high speeds would be the episode. To avoid such a load case are usually the rotor blades or even one twisted into a so-called flag position. Advantageously, all rotor blades are turned out of the wind. In this case, either the leading edge or the trailing edge of the rotor blade profile twisted in the wind, so no more driving buoyancy on the Rotor blade profile may arise.

Die Einrichtung zur Verstellung der Rotorblätter in die Fahnenstellung ist im technischen Sinne sicher auszuführen. Es ist folglich sicherzustellen, dass z. B. auch in der Notsituation eines Netzausfalls eine energetische Versorgung für die Verstellantriebe der Rotorblätter gewährleistet ist. Aus diesem Grund ist es bekannt, eine unabhängige Hilfsenergieeinrichtung in Form eines Akkumulators als Energiespeicher zu verwenden, der im Fehlerfall die Energie für die Stellantriebe zur Verfügung stellt.The Device for adjusting the rotor blades in the flag position is safe to carry out in the technical sense. It is therefore necessary to ensure that z. B. even in the emergency situation of a power failure an energetic Supply for the adjusting drives of the rotor blades guaranteed is. For this reason, it is known an independent auxiliary power device in the form of a rechargeable battery to use as energy storage, the in case of failure, the energy for the Actuators available provides.

In Notsituationen, wie z. B. im Ausfall der elektrischen Stromversorgung, ist also sicherzustellen, dass die Position der Rotorblätter verstellbar ist. Dies ist beispielsweise auch dann notwendig, wenn zu starke Winde auf die Flügel einwirken. Der oder die Motoren zur Verstellung der Stellung der Rotorblätter der Windkraftanlage werden z. B. über einen Umrichter gespeist. Das elektrische Antriebssystem weist einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter auf. Das elektrische Antriebssystem wird über ein elektrisches Stromversorgungsnetz gespeist. Für den Notbetrieb der Verstellung der Rotorblätter der Windkraftanlage wird der Zwischenkreis des Umrichters durch einem Akkumulatorsatz gespeist. Hierdurch ist ein autarker netzunabhängiger Betrieb sichergestellt. Der Akkumulator ist durch ein Netzteil, welches einen Gleichrichter darstellt, ladbar. Ungünstig ist bei allen derzeit eingesetzten elektrischen Antriebssystemen die direkte Aufkopplung des Energiespeichers auf den Zwischenkreis oder direkt auf einen Gleichstrommotor. Da für die Auslegung die Verstellgeschwindigkeit eines Rotorblattes bei Netzausfall, also bei Notbetrieb maßgebend ist, muss die Auslegung des Systems auf die Akkumulatorspannung erfolgen. Denn gerade bei Lastabfall ist die höchste Verstellgeschwindigkeit nötig, um die Windenergieanlage vor unzulässiger Überdrehzahl zu schützen. Derzeit werden Akkumulatorsätze eingesetzt, deren Nennspannung nur einen Bruchteil der nominellen Zwischenkreisspannung (U × √2) be trägt. Um den Netz Einschaltstrom bei Wiederkehr der Netzspannung zu begrenzen, werden gesteuerte Stromrichter oder Transformatoren zur Reduzierung der Spannung eingesetzt. All diese Systeme haben u. a. den Nachteil, dass die mögliche Zwischenkreisspannung U·√2) nur zu einem Bruchteil genutzt wird, da die Akkumulatorspannung Netz maßgebend für die Antriebsauslegung der Notfahrt ist. Da die benötigte Antriebsleistung nun durch mehr Strom bereitgestellt werden muss, sind somit der Wechselrichter und der Motor wie auch Stecker und Kabel für deutlich höhere Ströme zu dimensionieren. Diese deutlich höheren Ströme verursachen erhöhte Verlustleistung (I2·R), welche zu Folgeproblemen bei der Wärmeabfuhr aus den Steuerkästen führt.In emergency situations, such as B. in the failure of the electrical power supply, so it must be ensured that the position of the rotor blades is adjustable. This is also necessary, for example, if excessive winds act on the wings. The one or more motors for adjusting the position of the rotor blades of the wind turbine are z. B. powered by a drive. The electric drive system has a rectifier, a DC link and an inverter. The electric drive system is powered by an electrical power grid. For the emergency operation of the adjustment of the rotor blades of the wind turbine, the intermediate circuit of the inverter is fed by a battery pack. This ensures a self-sufficient network-independent operation. The accumulator is chargeable by a power supply, which represents a rectifier. Unfavorable in all currently used electric drive systems, the direct coupling of the energy storage on the DC link or directly to a DC motor. Since the adjustment speed of a rotor blade is decisive for the design in the event of a power failure, ie during emergency operation, the design of the system must be based on the battery voltage. This is because load reduction in particular requires the highest adjustment speed in order to protect the wind turbine from impermissible overspeed. Currently battery packs are used, the nominal voltage carries only a fraction of the nominal DC link voltage (U × √2) be. In order to limit the inrush current when the mains voltage returns, controlled converters or transformers are used to reduce the voltage. All of these systems have the disadvantage, inter alia, that the possible intermediate circuit voltage U · √2) is used only to a fraction, since the battery voltage network is decisive for the drive design of the emergency drive. Since the required drive power must now be provided by more power, so the inverter and the motor as well as connectors and cables for significantly higher currents are to be dimensioned. These significantly higher currents cause increased power loss (I 2 · R), which leads to follow-up problems in the heat removal from the control boxes.

Aus der DE 100 09 472 A1 ist eine Vorrichtung zum Verstellen von Rotorblättern einer Windkraftanlage bekannt, die eine Notstromversorgungseinrichtung für einen die Rotorblätter verstellenden Verstellmotor vorsieht. Die Notstromversorgungseinrichtung weist einen Permanentmagnet-Generator auf, der über elektrische Leitungen mit dem Verstellmotor verbindbar ist. Zur Aktivierung des Notfallbetriebs ist ein Schütz vorgesehen. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass für den Notfallbetrieb eine zusätzliche Maschine erforderlich ist.From the DE 100 09 472 A1 a device for adjusting rotor blades of a wind turbine is known, which provides an emergency power supply device for a variable pitch of the rotor blades adjusting motor. The emergency power supply device has a permanent magnet generator which can be connected to the adjusting motor via electrical lines. To activate the emergency operation, a contactor is provided. A disadvantage of the known device is that an additional machine is required for emergency operation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verstellen von Rotorblättern einer Windkraftanlage derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise auch im Notfallbetrieb an dem Zwischenkreis zumindest eine Nennspannung anliegt, obwohl ein Energiespeicher für eine geringere Nennspannung ausgelegt ist.The object of the present invention is a device for adjusting rotor blades of a wind turbine in such a way that in a simple manner at least one rated voltage is applied to the intermediate circuit in emergency mode, although an energy storage device is designed for a lower nominal voltage.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Notstromversorgungseinrichtung mit einer Netzstromversorgungseinrichtung gekoppelt ist, die für den elektrischen Energiefluss von einem Stromnetz zu dem Verstellmotor einen stromnetzseitigen Gleichrichter, einen demselben nachgeordneten Zwischenkreis und einem demselben nachgeordneten Wechselrichter aufweist, und dass der Energiespeicher mittels eines Wandlers an dem Zwischenkreis der Netzstromversorgungseinrichtung gekoppelt ist, derart, dass im Notfallbetrieb zumindest eine im Normalbetrieb am Zwischenkreis anliegende Zwischenkreisnennspannung bereitgestellt wird.to solution This object is the invention in conjunction with the preamble of the protection claim 1, characterized in that the emergency power supply device is coupled to a mains power supply, which is responsible for the electrical Energy flow from a power network to the variable motor a power supply side Rectifier, a same downstream DC link and having a same downstream inverter, and that the energy storage by means of a converter to the DC link the mains power supply device is coupled, such that in emergency mode at least one in normal operation at the DC link applied DC link voltage is provided.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Vorsehen eines Wandlers in der Notstromversorgungseinrichtung auch im Notfallbetrieb eine Zwischenkreisspannung bereitgestellt werden kann, die zumindest der Zwischenkreisnennspannung im Normalbetrieb entspricht, obwohl die Nennspannung des Energiespeichers kleiner ist als die Nennspannung des Zwischenkreises. Der erfindungsgemäße Wandler transformiert im Notfallbetrieb die Klemmenspannung des Energiespeichers auf die Zwischenkreisnennspannung hoch und sorgt damit für eine Rotorblattverstellung ohne Geschwindigkeits- und Drehmomenteinbußen. Durch das Aufrechterhalten der Zwischenkreisnennspannung kommt es auch bei Wiedervorliegen der Netzspannung im Normalbetrieb zu keinen Stromspitzen im Stromnetzeingang. Auch im Normalbetrieb kann durch Aktivierung des Wandlers der Energiespeicher und der Wandler mit maximalem Strom getestet werden. Die erfindungsgemäße Notstromversorgungseinrichtung eignet sich vorzugsweise für Antriebssysteme mit Gleichstrom- und Drehstrommotoren als Verstellmotoren.Of the particular advantage of the invention is that by providing a converter in the emergency power supply even in emergency mode a DC link voltage can be provided, at least corresponds to the DC link voltage in normal operation, although the rated voltage of the energy store is smaller than the rated voltage of the DC link. The converter according to the invention transforms in Emergency operation, the terminal voltage of the energy storage on the DC bus voltage high and thus ensures a rotor blade adjustment without loss of speed and torque. By maintaining The intermediate circuit rated voltage also occurs when resubmitting the mains voltage in normal operation to no current peaks in the power supply input. Even in normal operation can be activated by activating the converter of energy storage and the converters are tested with maximum current. The emergency power supply device according to the invention is suitable for Drive systems with DC and three-phase motors as variable speed motors.

Wird zum Beispiel ein Gleichstrommotor bei einer Notfahrt direkt auf den Zwischenkreis geschaltet, so kann dieser sogar noch mit einer variablen Spannung im Bereich von Nennspannung des Energiespeichers bis zur Maximalspannung des Zwischenkreises versorgt werden, was somit eine begrenzte Drehzahlregelung während der Notfahrt möglich macht.Becomes For example, a DC motor on an emergency drive directly on switched the DC link, so this can even with a variable voltage in the range of rated voltage of the energy storage be supplied to the maximum voltage of the DC link, what thus makes a limited speed control during the emergency drive possible.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Netzstromversorgungseinrichtung und die Notstromversorgungseinrichtung in einer gemeinsamen Schaltungsanordnung integriert zusammengeschaltet. Vorteilhaft ergibt sich hierdurch ein einfacher Schaltungsaufbau.To a preferred embodiment of Invention are the mains power supply and the emergency power supply device integrated in a common circuit arrangement. Advantageously, this results in a simple circuit construction.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wandler der Notstromversorgungseinrichtung als ein Aufwärtswandler ausgebildet, wobei in einem Ausschaltzustand eines elektronischen Schalters ein direkter Energiefluss von dem Energiespeicher zu dem Zwischenstromkreis erfolgt. Im Einschaltzustand des Schalters wird die in einer Speicherdrossel gespeicherte elektrische Energie an den Zwischenkreis weitergegeben. Das Verbringen des elektronischen Schalters von dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand und vice versa erfolgt in Abhängigkeit von einem unteren bzw. oberen Stromschwellwert. Dieser Stromschwellwert ist vorzugsweise vorgegeben und kann von Steuermitteln für den elektronischen Schalter erkannt werden.To a preferred embodiment of Invention is the converter of the emergency power supply device as an up-converter formed, wherein in an off state of an electronic Switch a direct flow of energy from the energy storage to the Intermediate circuit takes place. In the on state of the switch is the stored in a storage inductor electrical energy to the Relayed intermediate circuit. Spending the electronic switch from the on state to the off state and vice versa takes place in dependence from a lower or upper current threshold. This current threshold is preferably predetermined and can by control means for the electronic Switch are detected.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Regel- und/oder Steuereinheit vorgesehen, so dass bei Erkennen des Vorliegens einer durch das Stromnetz gelieferten Nennspannung am Zwischenkreis der Schalter selbsttätig in den Ausschaltzustand versetzt wird und damit der Notfallbetrieb beendet ist.To a development of the invention, a control and / or control unit is provided so that upon detection of the presence of a supplied by the power grid Rated voltage on the DC link of the switch automatically in the off state is offset and thus the emergency operation is completed.

Vorteilhaft dient die Freilaufdiode des Aufwärtswandlers als eine Sperrdiode, die im Normalbetrieb ein Entladen des Energiespeichers über den Zwischenkreis verhindert.Advantageous serves the free-wheeling diode of the boost converter as a blocking diode, which in normal operation discharging the energy storage via the DC link prevented.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Energiespeicher über einen Abwärtswandler an einem Anschluss des Stromnetzes angeschlossen, so dass der Energiespeicher im Normalbetrieb stets aufgeladen werden kann.To a development of the invention, the energy storage via a down converter connected to a connection of the mains, so that the energy storage in normal operation can always be charged.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Energiespeicher als ein Lithium-Ionen-Akkumulatorsatz ausgebildet. Vorteilhaft kann der Energiespeicher hierdurch relativ klein und leicht ausgeführt sein, so dass eine relativ hohe Energiedichte gewährleistet werden kann.To a development of the invention is the energy storage as a Lithium-ion battery pack formed. Advantageously, the Energy storage thereby be made relatively small and lightweight, so that a relatively high energy density can be guaranteed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung enthaltend eine Netzstromversorgungseinrichtung und eine Notstromversorgungseinrichtung, 1 1 is a circuit diagram of a circuit arrangement comprising a mains power supply device and an emergency power supply device;

2 ein Schaltbild einer Notstromversorgungseinrichtung, die ausgangsseitig an einem Zwischenkreisumrichter und eingangsseitig an eine Ladeschaltung angeschlossen ist und 2 a circuit diagram of an emergency power supply device, the output side is connected to a DC link and the input side to a charging circuit and

3 ein Schaltbild einer Notstromversorgungseinrichtung, in der ein Aufwärts- und ein Abwärtswandler integriert sind. 3 a diagram of an emergency power supply device in which an up and a down converter are integrated.

In 1 ist eine Vorrichtung zum Verstellen von Rotorblättern einer Windkraftanlage dargestellt, die im Wesentlichen aus einer Netzstromversorgungseinrichtung 1 und einer Notstromversorgungseinrichtung 2 besteht. Die Netzstromversorgungseinrichtung 1 dient zur Stromversorgung eines Verstellmotors 3, mittels dessen der Anstellwinkel der Rotorblätter verstellt werden kann. Hierdurch kann beispielsweise die Drehzahl des Rotors der Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Windstärke eingestellt werden. Beispielsweise können die Rotorblätter bei einer Störung in eine Fahnenstellung gebracht werden, bei der Profilhinterkanten oder Profilvorderkanten des Rotorblattes gegen den Wind ausgerichtet sind. Bei Ausfall der Netzstromversorgungseinrichtung 1 wird selbsttätig die Notstromversorgungseinrichtung 2 aktiviert, die eine für den Weiterbetrieb des Verstellmotors 3 erforderliche Spannung bereitstellt.In 1 a device for adjusting rotor blades of a wind turbine is shown, which consists essentially of a mains power supply device 1 and an emergency power supply device 2 consists. The mains power supply 1 serves for the power supply of an adjustment motor 3 , by means of which the angle of attack of the rotor blades can be adjusted. As a result, for example, the speed of the rotor of the wind turbine can be adjusted depending on the wind strength. For example, the rotor blades can be brought in a fault in a flag position, are aligned with the trailing edges or profile leading edges of the rotor blade against the wind. In case of failure of the mains power supply device 1 automatically becomes the emergency power supply 2 activated, the one for the further operation of the adjustment motor 3 provides required voltage.

Die Netzstromversorgungseinrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gleichrichter 4, einem Zwischenkreis 5 sowie einem Wechselrichter 6. Zwischen dem Zwischenkreis 5 und dem Wechselrichter 6 ist ein Bremschopper 7 angeordnet, der die Zwischenkreisspannung UZ auf einen definierten Maximalwert begrenzt, wenn generatorische Energie in den Zwischenkreis 5 zurückgespeist wird.The mains power supply 1 consists essentially of a rectifier 4 , a DC link 5 as well as an inverter 6 , Between the DC link 5 and the inverter 6 is a brake chopper 7 arranged, which limits the intermediate circuit voltage U Z to a defined maximum value when regenerative energy in the DC link 5 is fed back.

Die Notstromversorgungseinrichtung 2 besteht im Wesentlichen aus einem Energiespeicher 8 und einem Aufwärtswandler 9. Der Energiespeicher 8 kann beispielsweise als Akkumula tor bzw. wiederaufladbare Batterie ausgebildet sein. Der Aufwärtswandler 9 ermöglicht im Notfallbetrieb, in dem die Notstromversorgungseinrichtung 1 ausgefallen ist, ein Hochsetzen der am Energiespeicher 8 anliegenden Energiespeicherspannung UE auf zumindest einen Nennwert der am Zwischenkreis 5 anliegenden Zwischenkreisspannung UZ.The emergency power supply 2 consists essentially of an energy store 8th and a boost converter 9 , The energy storage 8th For example, can be formed as Akkumula tor or rechargeable battery. The up-converter 9 allows in emergency mode, in which the emergency power supply 1 failed, a boosting the energy storage 8th applied energy storage voltage U E to at least a nominal value of the intermediate circuit 5 adjacent DC link voltage U Z.

Der Energiespeicher 8 ist über einen Abwärtswandler 10 mit dem Gleichrichter 4 gekoppelt, so dass die am Ausgang des Gleichrichters 4 liegende gleichgerichtete Netzspannung UN auf die Nennspannung der Energiespeicherspannung UE verringert wird.The energy storage 8th is about a down-converter 10 with the rectifier 4 coupled so that the output of the rectifier 4 lying rectified mains voltage U N to the rated voltage of the energy storage voltage U E is reduced.

Zwischen dem Gleichrichter 4 und den Netzanschlüssen L1, L2, L3 ist ein Netzfilter 11 angeordnet. Der in 1 dargestellte Bremschopper 7 kann vollständig entfallen, wenn ein Aufwärtswandler 9 und ein Abwärtswandler 10 sowie ein durch Lithiumionenbatterien oder Kondensatoren gebildeter Energiespeicher 8 vorgesehen sind. Denn in diesem Fall kann die gesamte Rückspeiseenergie über den Abwärtswandler 10 in den Energiespeicher 8 zurückgespeist werden.Between the rectifier 4 and the power terminals L1, L2, L3 is a line filter 11 arranged. The in 1 illustrated brake chopper 7 can be completely eliminated if a boost converter 9 and a down-converter 10 and an energy storage formed by lithium-ion batteries or capacitors 8th are provided. Because in this case, the total energy back through the down converter 10 in the energy store 8th be fed back.

Der Aufwärtswandler 9 besteht aus einem elektronischen Schalter 12, einer Drosselspule 13 und einer Freilaufdiode 14.The up-converter 9 consists of an electronic switch 12 , a choke coil 13 and a freewheeling diode 14 ,

Im Normalbetrieb ist der beispielsweise als Schalttransistor ausgebildete Schalter 12 offen, wobei durch die als Sperrdiode dienende Diode 14 ein Stromfluss in Richtung des einen niedrigen Spannungswert aufweisenden Energiespeichers 8 verhindert wird.In normal operation, for example, the switch formed as a switching transistor 12 open, wherein the serving as a blocking diode diode 14 a current flow in the direction of the low voltage having energy storage 8th is prevented.

Bricht die Netzspannung UN bei Ausfall der Netzstromversorgung ein, fließt ein Strom 2 von dem Energiespeicher 8 über die Drosselspule 4 und der Diode 14 zu dem Zwischenkreis 5. Der Stromfluss setzt ein, sobald die aktuelle Zwischenkreisspannung UZ kleiner ist als ein vorgegebener Spannungswert. Dann der Aufwärtswandler an und transformiert die relativ niedrige Energiespeicherspannung UE auf die vorgegebenen Nennspannung UZ des Zwischenkreises 5.If the mains voltage U N breaks down when the mains power supply fails, a current flows 2 from the energy store 8th over the choke coil 4 and the diode 14 to the DC link 5 , The current flow sets in as soon as the current intermediate circuit voltage U Z is less than a predetermined voltage value. Then the boost converter and transforms the relatively low energy storage voltage U E to the predetermined nominal voltage U Z of the intermediate circuit 5 ,

Dem Schalter 13 sind Steuermittel zugeordnet, so dass bei Absinken des Stroms I unter einen vorgegebenen unteren Schwellwert oder in Abhängigkeit von einer Zeit der Schalter 12 derart angesteuert wird, dass er in den Einschaltzustand versetzt wird. Der Schalter 12 ist an einem zwischen der Speicherdrossel 13 und der Diode 14 angeordneten Verzweigungspunkt V einerseits und einem Anschluss A2 des Energiespeichers 8 andererseits angeschlossen. Während des Einschaltzustands des Schalters 12 nimmt die Speicherdrossel 13 elektrischer Energie auf. Diese Energie wird im Ausschaltzustand des Schalters 12 an den Zwischenkreis 5 abgegeben. Der Schalter 12 wird mittels Steuermitteln in den Ausschaltzustand in Abhängigkeit von einem vorgegebenen oberen Schwellwert des Stroms I geschaltet. Der Stromfluss kommutiert von dem Zweig des Schalters 12 auf den Zweig der Freilaufdiode 14, wobei der Strom nach und nach abnimmt. Wird ein vorgegebener Stromschwellwert unterschritten, wird der Schalter 12 mittels der Steuermittel wieder von dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand versetzt. Durch Betrieb des Aufwärtswandlers 9 kann somit von dem Energiespeicher 8 eine Zwischenkreisspannung UZ bereitgestellt werden, die der Höhe der Nennspannung Zwischenkreisspannung UZ im Normalbetrieb zumindest ent spricht. Optional kann die bereitgestellte Spannung UZ auch größer sein.The switch 13 are associated control means, so that when the current I falls below a predetermined lower threshold value or depending on a time of the switch 12 is driven so that it is put into the on state. The desk 12 is at one between the storage choke 13 and the diode 14 arranged branch point V on the one hand and a terminal A2 of the energy storage 8th on the other hand connected. During the switch-on state of the switch 12 takes the storage throttle 13 electrical energy. This energy is in the off state of the switch 12 to the DC link 5 issued. The desk 12 is switched by means of control means in the off state in response to a predetermined upper threshold of the current I. The current flow commutates from the branch of the switch 12 on the branch of the freewheeling diode 14 , with the current gradually decreasing. If a predetermined current threshold is undershot, the switch 12 again switched from the off state to the on state by means of the control means. By operating the boost converter 9 can thus from the energy storage 8th an intermediate circuit voltage U Z are provided, which at least corresponds to the height of the nominal voltage intermediate circuit voltage U Z in normal operation ent. Optionally, the voltage U Z provided may also be larger.

Eine nicht dargestellte Regel- und/oder Steuereinheit ist vorgesehen, mittels derer bei Vorliegen einer Netzspannung UN, die vom Stromnetz gespeist ist, der Schalter 12 in den Ausschaltzustand versetzt wird, so dass der Notfallbetrieb beendet ist. Da die aktuelle Zwischenkreisspannung UZ im Normalbetrieb stets höher als die Spannung UE des Energiespeichers 8, wird der Stromfluss mittels der Diode 14 über den Aufwärtswandler 9 verhindert.An unillustrated control and / or control unit is provided, by means of which, in the presence of a mains voltage U N , which is fed from the mains, the switch 12 is put into the off state so that the emergency operation is completed. Since the current DC link voltage U Z in Normally always drove higher than the voltage U E of the energy storage 8th , the current flow is through the diode 14 over the up-converter 9 prevented.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Notstromeinrichtung 2 gemäß 2 kann der Energiespeicher 10 auch über eine Ladeschaltung 18 wiederaufgeladen werden.According to an alternative embodiment of the emergency power device 2 according to 2 can the energy storage 10 also via a charging circuit 18 be recharged.

Nach einer alternativen Ausführungsform gemäß 3 kann ein integrierter Aufwärts-/Abwärtswandler 19 vorgesehen sein, bei dem im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sowohl der Aufwärtswandler als auch der Abwärtswandler eine gemeinsame Speicherdrossel 20 nutzen.According to an alternative embodiment according to 3 can be an integrated up / down converter 19 be provided, in which, in contrast to the previous embodiment, both the boost converter and the buck converter, a common storage inductor 20 use.

Der Energiespeicher 8 weist einen Anschluss A1 auf, an dem die Speicherdrossel 13 angeschlossen ist. Ferner ist an dem Anschluss A1 eine Spule 15 des Abwärtswandlers 10 angeschlossen. Der Abwärtswandler 10 umfasst ferner einen elektronischen Schalter 16 sowie eine Diode 17. Im Einschaltzustand des Schalters 16 fließt ein Strom von dem Ausgang des Gleichrichters 4 über die Spule 15 zu dem Energiespeicher 8. Die während der Einschaltzeit des Schalters 16 von der Drossel 15 aufgenommene Energie wird bei wieder geöffnetem Schalter 16 (Ausschaltzustand) über die Freilaufdiode 17 an den Ausgang des Abwärtswandlers 9 bzw. an den Eingang des Energiespeichers 8 abgegeben.The energy storage 8th has a port A1, at which the storage throttle 13 connected. Further, at the terminal A1 is a coil 15 the down converter 10 connected. The down converter 10 further includes an electronic switch 16 as well as a diode 17 , When the switch is on 16 a current flows from the output of the rectifier 4 over the coil 15 to the energy store 8th , The during the switch-on time of the switch 16 from the throttle 15 Energy absorbed will be at re-opened switch 16 (OFF state) via the freewheeling diode 17 to the output of the buck converter 9 or to the input of the energy storage 8th issued.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energiespeichers ist dieser als Blei- oder Lithium-Ionen-Akkumulator (Lithium-Ionen-Akkumulatorsatz) bzw. als ein Kondensator ausführbar. Als Kondensator sind vorteilhafter Weise Ultracaps einsetzbar, wobei diese auch als Superkondensatoren bzw. als Ultrakondensatoren bezeichnet werden. Der Kondensator ist beispielsweise ein einzelner Kondensator oder als ein Kondensatorsatz ausgeführt.In an advantageous embodiment of the energy storage is this As a lead or lithium-ion battery (lithium-ion battery pack) or as a capacitor executable. As a capacitor are advantageously used Ultracaps, wherein These are also referred to as supercapacitors or as ultracapacitors become. The capacitor is for example a single capacitor or designed as a capacitor set.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Notstromversorgungseinrichtung ist ein Abwärtswandler integriert, welcher die Zwischenkreisspannung herunter transformiert und den Akkumulatorsatz lädt. Dieser Abwärtswandler ist bei Bleiakkus erheblich kleiner zu dimensionieren als der Aufwärtswandler, da die zulässigen Ladeströme viel kleiner sind als die maximalen Entladeströme.In an advantageous embodiment of the emergency power supply device is a down-converter integrated, which transforms the DC link voltage down and the Battery pack loads. This down converter is to be dimensioned considerably smaller with lead batteries than the up-converter, since the permissible charging currents much smaller than the maximum discharge currents.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Notstromversorgungseinrichtung zumindest eine Sicherung auf. Durch die Sicherung ist die Notstromversorgung vor zu hohen Strömen geschützt. Diese Sicherung ist in den Zeichnungen aufgrund besserer Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.In a further advantageous embodiment, the emergency power supply device at least one backup. The backup is the emergency power supply against high currents protected. These Fuse is in the drawings for better clarity not shown.

Werden Li-Ionen-Akkus oder Ultrakondensatoren eingesetzt, so kann der Ladestrom nahe der zulässigen Entladeströme der Akkus liegen, so dass der Abwärtswandler von der Strombelastbarkeit gleich dem Aufwärtswandler dimensioniert werden kann. Das bringt den Vorteil, dass nur eine Drossel für den Aufwärts- und Abwärtswandler benötigt wird.Become Li-ion batteries or ultracapacitors used, so the charging current near the allowed discharge The batteries are located so that the buck converter equal from the current carrying capacity the up-converter can be dimensioned. This has the advantage that only one throttle for the up and down down converter needed becomes.

Bei der Konfiguration mit Li-Ionen-Akkus oder Ultrakondensatoren kann auch Bremsenergie vom Antrieb in den Akkusatz zurückgeführt werden. In diesem Fall kann auf einen Bremschopper oder Ballastschaltung oder Netzrückspeisung verzichtet werden, wenn der Akkumulatorsatz nicht überladen wird. Die nominelle Ladung sollte in diesem Fall nicht 100 % betragen.at the configuration with Li-ion batteries or ultracapacitors can Also, braking energy from the drive are returned to the battery pack. In This case can be on a brake chopper or ballast or Regenerative feedback be omitted if the battery pack is not overloaded. The nominal charge should not be 100% in this case.

Wird die Steuer- und Regeleinheit der Notstromversorgungseinrichtung mit einer Schnittstelle zur Temperaturmessung, zur einzelnen Blockspannungsmessung und zur Kommunikation mit evtl. Equalizermodulen auf den einzelnen Akkus ausgestattet, so kann die Notstromversorgung auch das Batteriemanagement übernehmen, wenn die nötige Software integriert ist. Diese Lösung bietet sich an, da die Messwerte wie Akkumulatorstrom und Spannung schon durch die vorhandenen Messwandler erfasst werden.Becomes the control unit of the emergency power supply device with an interface for temperature measurement, for individual block voltage measurement and for communication with any equalizer modules on the individual Equipped batteries, the emergency power supply can also take over the battery management, if the necessary software is integrated. This solution makes sense, since the measured values such as accumulator current and voltage already be detected by the existing transducers.

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

Claims (14)

Vorrichtung zum Verstellen von Rotorblättern einer Windkraftanlage mit einem Verstellmotor und mit einer Notstromversorgungseinrichtung enthaltend einen Energiespeicher, der im Notfallbetrieb mit dem Verstellmotor verbindbar ist zur Wahlstellung der für eine Verstellung der Rotorblätter in eine Fahnenstellung derselben erforderlichen elektrischen Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Notstromversorgungseinrichtung (2) mit einer Netzstromversorgungseinrichtung (1) gekoppelt ist, die für den elektrischen Energiefluss von einem Stromnetz zu dem Verstellmotor (3) einen stromnetzseitigen Gleichrichter (4), einen demselben nachgeordneten Zwischenkreis (5) und einem demselben nachgeordneten Wechselrichter (6) aufweist, und dass der Energiespeicher (8) mittels eines Wandlers (9) an dem Zwischenkreis (5) der Netzstromversorgungseinrichtung (2) gekoppelt ist, derart, dass im Notfallbetrieb zumindest eine im Normalbetrieb am Zwischenkreis (5) anliegende Zwischenkreisnennspannung (UZ) bereitgestellt wird.Device for adjusting rotor blades of a wind turbine with an adjusting motor and having an emergency power supply, which is connectable in an emergency operation with the adjusting motor for selecting the required for an adjustment of the rotor blades in a flag position of the same electrical energy, characterized in that the emergency power supply device ( 2 ) with a mains power supply ( 1 ), which is responsible for the electrical energy flow from a power supply to the adjusting motor ( 3 ) a rectifier ( 4 ), a subordinate DC link ( 5 ) and a downstream inverter ( 6 ), and that the energy store ( 8th ) by means of a transducer ( 9 ) on the DC link ( 5 ) of the mains power supply device ( 2 ) is coupled in such a way that in emergency operation at least one in normal operation at the intermediate circuit ( 5 ) applied DC link nominal chip tion (U Z ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzstromversorgungseinrichtung (1) und die Notstromversorgungseinrichtung (2) in einer gemeinsamen Schaltungsanordnung integriert angeordnet sind.Device according to Claim 1, characterized in that the mains power supply device ( 1 ) and the emergency power supply device ( 2 ) are arranged integrated in a common circuit arrangement. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (9) als ein Aufwärtswandler ausgebildet ist, der in einem Ausschaltzustand eines Schalters (12) einen direkten Energiefluss von dem Energiespeicher (8) zu dem Zwischenkreis (5) freigibt.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the transducer ( 9 ) is formed as an up-converter, which in an off state of a switch ( 12 ) a direct energy flow from the energy store ( 8th ) to the DC link ( 5 ) releases. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Energiespeicher (8) und dem Zwischenkreis (5) eine Speicherdrossel (13) und eine Freilaufdiode (14) angeordnet sind, derart, dass im Notfallbetrieb und im Ausschaltzustand des Schalters (12) die in der Speicherdrossel (13) gespeicherte elektrische Energie an den Zwischenkreis (5) abgegeben wird.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the energy store ( 8th ) and the DC link ( 5 ) a storage choke ( 13 ) and a freewheeling diode ( 14 ) are arranged such that in emergency mode and in the off state of the switch ( 12 ) in the storage choke ( 13 ) stored electrical energy to the DC link ( 5 ) is delivered. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (12) an einem zwischen der Speicherdrossel (13) und der Freilaufdiode (14) angeordnete Verzweigungspunkt (V) und einem Anschluss (A2) des Energiespeichers (8) angeschlossen ist, derart, dass im Einschaltzustand des Schalters (12) die vom Energiespeicher (8) abgegebene elektrische Energie in der Speicherdrossel (13) zwischengespeichert wird.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switch ( 12 ) at one between the storage choke ( 13 ) and the freewheeling diode ( 14 ) branch point (V) and a terminal (A2) of the energy store ( 8th ) is connected such that in the on state of the switch ( 12 ) from energy storage ( 8th ) delivered electrical energy in the storage choke ( 13 ) is cached. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel vorgesehen sind, derart, dass der Schalter (12) im Notfallbetrieb bei Erreichen eines oberen Stromschwellwertes von dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand und bei Erreichen eines unteren Stromschwellwertes von dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand versetzt wird.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that control means are provided, such that the switch ( 12 ) is switched in an emergency operation on reaching an upper current threshold from the on state to the off state and upon reaching a lower current threshold from the off state to the on state. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regel- und/oder Steuereinheit vorgesehen ist, derart, dass bei Vorliegen einer Netzspannung (UN) an dem Zwischenkreis (5) des Schalters (12) in den Ausschaltzustand versetzt wird.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a control and / or control unit is provided, such that in the presence of a mains voltage (U N ) at the intermediate circuit ( 5 ) of the switch ( 12 ) is put into the off state. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufdiode (14) im Normalbetrieb eine das Entladen des Energiespeichers (8) verhinderte Sperrdiode (17) bildet.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the freewheeling diode ( 14 ) in normal operation, the unloading of the energy storage ( 8th ) prevented blocking diode ( 17 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (12) als ein Schalttransistor ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the switch ( 12 ) is formed as a switching transistor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8) über einen Abwärtswandler (10) mit einem Anschluss des Stromnetzes (L1, L2, L3) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the energy store ( 8th ) via a down converter ( 10 ) is connected to a connection of the power grid (L1, L2, L3). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwärtswandler (9) als ein Netzteil ausgebildet ist, welches einen Wechsel- oder Drehstromnetzeingang, einen Energiespeichereingang und einen Zwischenkreisausgang zur Versorgung eines Wechselrichters aufweist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the up-converter ( 9 ) is designed as a power supply having an AC or three-phase AC input, an energy storage input and a DC link output for supplying an inverter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwärtswandler (9) in einem Umrichter integriert angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the up-converter ( 9 ) is arranged integrated in a converter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit derart ausgelegt ist, dass ein direkt am Zwischenkreis (5) aufgeschalteter Gleichstrommotor (3) als Verstellmotor im Bereich zwischen der Energiespeicherspannung (UE) und der maximalen Zwischenkreisspannung (UZ) im Notfallbetrieb regelbar ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the control and / or regulating unit is designed such that a directly on the DC link ( 5 ) connected DC motor ( 3 ) is adjustable as an adjusting motor in the range between the energy storage voltage (U E ) and the maximum intermediate circuit voltage (U Z ) in emergency operation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8) als ein Lithium-Ionen-Akkumulatorsatz ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the energy store ( 8th ) is formed as a lithium-ion battery pack.
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