DE202007016800U1 - Wind turbine with sync switch - Google Patents

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Abstract

Windenergieanlage, umfassend eine auf einem Turm angebrachte Maschinengondel, einem um eine im wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagerten Windrotor, der einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt, wobei der Generator die elektrische Energie über einen Transformator und einen Synchronisierungsschalter in ein elektrisches Mittelspannungsnetz einspeist, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisierungsschalter zwischen dem Transformator und dem Mittelspannungsnetz angeschlossen ist.Wind turbine comprising a machine nacelle mounted on a tower about a substantially horizontal axis of rotation rotatably mounted Wind rotor, a generator for generating electrical energy drives, with the generator over the electrical energy a transformer and a synchronization switch in an electrical Medium voltage network feeds, characterized in that the Synchronization switch between the transformer and the medium-voltage network connected.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage, umfassend eine auf einem Turm angebrachte Maschinengondel, einem um eine im wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagerten Rotor, der einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt, wobei der Generator die elektrische Energie direkt über einen Transformator und einen Synchronisierungsschalter in ein elektrisches Mittelspannungsnetz einspeist.The The invention relates to a wind energy plant, comprising one on one Tower mounted nacelle, one around a substantially horizontal Rotary axis rotatably mounted rotor, which generates a generator electrical energy drives, the generator being the electrical Power directly through a transformer and a sync switch fed into an electrical medium voltage network.

Windkraftanlagen sind häufig über einen Transformator an ein Mittelspannungsnetz angeschlossen. Dabei sind die Windenergieanlagen über einen Trennschalter vom elektrischen Netz trennbar. Sobald die Windenergieanlage gestartet wird, wird der Trennschalter geschlossen und die Windkraftanlage wird mit dem Netz schlagartig synchronisiert. Dieser Vorgang führt zu unerwünschten Momenten und Strömen im mechanischen und elektrischen Triebstrang der Windenergieanlage.Wind turbines are often connected to a medium voltage network via a transformer connected. The wind turbines are over a Disconnector disconnected from the electrical network. Once the wind turbine is started, the circuit breaker is closed and the wind turbine is synchronized with the network abruptly. This process leads to unwanted moments and currents in the mechanical and electric drive train of the wind turbine.

Eine Verbesserung stellt die aus dem Patent US 7 205 676 bekannte Windkraftanlage dar. In dieser Anordnung erfolgt das Schliessen des Schalters der Windenenergieanlage erst, wenn die von der Windenergieanlage abgegebene Leistung synchron zum angeschlossenen Netz ist.An improvement from the patent US Pat. No. 7,205,676 known wind turbine. In this arrangement, the closure of the switch of the wind turbine takes place only when the output from the wind turbine power is synchronous to the connected network.

Nachteilig an dieser Lösung ist aber, dass der angeschlossene Transformator nicht berücksichtigt wird. Befindet sich der Synchronisierungsschalter auf der Niederspannungsseite des Transformators, so ist der Transformator beim Schliessen des Synchronisierungsschalters noch nicht erregt und es fließt kurzzeitig auch bei netzsynchronem Zuschalten ein sehr hoher Einschaltstrom ins Netz. Dieser Einschaltstrom kann dabei ein bis zu 12faches des Nennstroms der Windenergieanlage betragen.adversely but at this solution is that the connected transformer is not considered. Is the sync switch on? the low-voltage side of the transformer, so is the transformer not yet energized when closing the sync switch and it also flows in for a short time with mains-synchronous connection very high inrush current into the grid. This inrush current can thereby be up to 12 times the rated current of the wind turbine.

Bislang wurden dazu aufwändige regeltechnische Verfahren vorgeschlagen, die unter anderem ein gleichzeitiges Zuschalten mehrerer Windenergieanlagen an das elektrische Netz vermeiden.So far For this purpose complicated control engineering procedures have been proposed, among other things, a simultaneous connection of several wind turbines to avoid the electrical network.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Windenergieanlage hinsichtlich der vorgenannten Nachteile zu verbessern.Of the Invention is the object of the wind turbine with respect to improve the aforementioned disadvantages.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The Solution according to the invention lies in the features the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist bei einer Windenergieanlage, die eine auf einem Turm angebrachten Maschinengondel umfasst, sowie einen um eine im wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagerten Windrotor, der einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt, wobei der Generator die elektrische Energie über einen Transformator und einen Synchronisierungsschalter in ein elektrisches Mittelspannungsnetz einspeist, vorgesehen, dass der Synchronisierungsschalter zwischen dem Transformator und dem Mittelspannungsnetz angeschlossen ist.According to the invention in a wind turbine, one mounted on a tower Includes nacelle, as well as a substantially horizontal Rotary axis rotatably mounted wind rotor, which is a generator for Generation of electrical energy drives, the generator is the electrical Power through a transformer and a sync switch fed into a medium voltage electrical network, provided that the Synchronization switch between the transformer and the medium-voltage network connected.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer derartigen Anordnung der Transformator vor dem Schließen des Synchronisierungsschalters durch die Windenergieanlage bereits miterregt wird und der Transformator dann eine höhere Induktivität besitzt als wenn er vor dem Schliessen des Synchronisierungsschalters nicht erregt wurde. Die höhere Induktivität des Transformators bewirkt, dass die Höhe des Einschaltstroms nach dem Schließen des Synchronisierungsschalters geringer ist. Nachteilige Einflüsse, wie zum Beispiel das Auslösen von Schutzkomponenten des angschlossenen elektrischen Netzes, können somit weitgehend vermieden werden.Of the The invention is based on the finding that in such a Position the transformer before closing the sync switch is already miterregt by the wind turbine and the transformer then has a higher inductance than if he was not energized before closing the sync switch has been. The higher inductance of the transformer causes the level of inrush current after closing the Sync switch is lower. Adverse influences, such as the triggering of protection components of the connected electrical network, can thus largely be avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Generator um einen doppeltgespeisten Asynchrongenerator, der einen Teil der elektrischen Energie indirekt über einen Wechselrichter dem Transformator zuführt.In a preferred embodiment is in the Generator around a double-fed asynchronous generator, the one Part of the electrical energy indirectly via an inverter Transformer feeds.

In einer Ausführungsvariante ist der Transformator als Dreiwicklungstransformator ausgeführt.In In one embodiment, the transformer is a three-winding transformer executed.

Mit Transformator sind auch jene Anordnungen mit gemeint bei der der Transformator aus mehreren Untertransformatoren bestehen, die in Reihe und/oder parallel geschaltet können.With Transformer are also those arrangements meant by the Transformer consist of several sub-transformers, which in Row and / or can be connected in parallel.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Übertragung der elektrischen Leistung des Stators des Generators direkt an den Transformator erfolgen kann, ohne dass Schaltelemente im Übertragungsweg notwendig sind.Especially advantageous is an embodiment in which the transmission the electric power of the stator of the generator directly to the Transformer can be made without switching elements in the transmission path necessary.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht zusätzlich noch einen Leistungsschalter zwischen dem Mittelspannungsnetz und dem Transformator vor, mit dem die Windenergieanlage bei Versagen des Synchronisierungsschalters vom Netz getrennt werden kann.A advantageous development of the invention additionally another circuit breaker between the medium voltage network and the transformer before, with the wind turbine in case of failure of the synchronization switch can be disconnected from the mains.

Der Trennschalter kann dabei ein Schütz, Druckgas-, Strömungs- oder Vakuumschalter oder auch eine einfache Sicherung sein, die bei bestimmten Überströmen die Windenergieanlage vom Netz trennt.Of the Disconnector can be a contactor, compressed gas, flow or vacuum switch or even a simple fuse that at certain overcurrents the wind turbine of Network disconnects.

Darüber hinaus kann ein Synchronisationsmodul vorgesehen sein, dass die elektrischen Größen beidseitig des Synchronisierungsschalters erfasst und den Synchronisierungsschalter erst dann schließt, wenn die Abweichungen der elektrischen Größen minimal sind. Das Synchronisationsmodul kann dabei so ausgeführt sein, dass es die Abweichungen und/oder die elektrischen Messgrößen an die Steuerung der Windenergieanlage übermittelt. Die Windenergieanlage kann basierend auf den übermittelten Werten die vom Generator und/oder Umrichter erzeugten elektrischen Ströme und/oder Spannungen so regeln, dass die Abweichungen minimiert werden.In addition, a synchronization module may be provided that detects the electrical variables on both sides of the synchronization switch and the synchronization switch only then closes when the deviations of the electrical quantities are minimal. The synchronization module can be embodied such that it transmits the deviations and / or the electrical measured variables to the control of the wind energy plant. Based on the transmitted values, the wind energy plant can regulate the electrical currents and / or voltages generated by the generator and / or converter in such a way that the deviations are minimized.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht.The The present invention will now be described with reference to an embodiment a device according to the invention with reference illustrated on the drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 : a schematic view of a wind turbine according to the invention

2: eine bevorzugte Ausführungsform der Windenergieanlage 2 a preferred embodiment of the wind turbine

3: eine variante der Ausführungsform mit mehreren Untertransformatoren 3 a variant of the embodiment with multiple sub-transformers

1 zeigt eine erfindungsgemäße Windenergieanlage 1, die einen sich drehenden Windrotor 2 besitzt, der über ein Getriebe 3 mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator 4 verbunden ist, der einen Stator 5 und einen Rotor 6 aufweist. Der Stator 5 des Generators 4 ist elektrisch mit einem Transformator 8 verbunden. Der Rotor 6 ist mit einem Umrichter 7 verbunden, der die erzeugte Leistung des Rotors in eine dem elektrischen Netz 10 angepasste elektrische Leistung umformt. Zwischen dem Transformator 8 und dem elektrischen Netz 10 ist ein Synchronisierungsschalter 9 angeschlossen. 1 shows a wind turbine according to the invention 1 holding a spinning wind rotor 2 owns that over a gearbox 3 with a doubly fed asynchronous generator 4 connected to a stator 5 and a rotor 6 having. The stator 5 of the generator 4 is electric with a transformer 8th connected. The rotor 6 is with a converter 7 connected to the power generated by the rotor in an electrical network 10 adapted electrical power transforms. Between the transformer 8th and the electrical network 10 is a synchronization switch 9 connected.

Wird die Windenergieanlage 1 in Betrieb genommen, ist der Synchronisierungsschalter 9 zunächst geöffnet und die Windenergieanlage 1 speist noch keine Leistung in das Netz 10 ein.Will the wind turbine 1 put into operation, is the synchronization switch 9 initially opened and the wind turbine 1 feeds no power into the network yet 10 one.

Auch wenn die Windenergieanlage 1 keine Leistung in das Netz 10 einspeist, wird bereits jetzt der Transformator 8 durch die anliegende Spannung erregt.Even if the wind turbine 1 no power in the network 10 feeds, is already the transformer 8th excited by the applied voltage.

Wie in 2 dargestellt, misst nun das an den Synchronisierungsschalter angeschlossene Synchronisationsmodul über die maschinenseitige und netzseitige Messstelle (92, 93) die Phasenlage, Frequenz und Spannung netzseitig und maschinenseitig des Synchronisierungsschalters 9. Die Abweichungen der jeweiligen maschinenseitigen Größen zu den netzseitigen Größen werden an die Steuerung 20 der Windenergieanlage 1 übertragen. Die Steuerung 20 regelt nun über die im Umrichter 7 vorhandenen Wechselrichter 71, 73 die Lage und Frequenz der maschinenseitigen elektrischen Spannungen, so dass die Abweichungen am Synchronisierungsschalter 9 minimal werden.As in 2 shown, now measures the synchronization module connected to the synchronization switch via the machine-side and network-side measuring point ( 92 . 93 ) the phase position, frequency and voltage on the network side and on the machine side of the synchronization switch 9 , The deviations of the respective machine-side sizes to the network-side sizes are sent to the controller 20 the wind turbine 1 transfer. The control 20 now regulates over in the inverter 7 existing inverter 71 . 73 the location and frequency of the machine-side electrical voltages, so that the deviations on the synchronization switch 9 be minimal.

Sobald die Abweichungen minimal sind, schließt das Synchronisationsmodul 91 den Synchronisierungsschalter 9, und die Windenergieanlage 1 speist elektrische Leistung in das Netz 10 ein, ohne dass es beim Schließen des Synchronisierungsschalters 9 durch die mangelnde Erregung des Transformators 8 zu einer übermäßigen Stromspitze kommt.As soon as the deviations are minimal, the synchronization module closes 91 the sync switch 9 , and the wind turbine 1 feeds electrical power into the grid 10 without closing the sync switch 9 due to the lack of excitement of the transformer 8th comes to an excessive current spike.

Zusätzlich ist noch ein Leistungsschalter 11 zwischen dem Synchronisierungsschalter 9 und dem Netz 10 angebracht, der bei Störungen im Netz 10 oder in der Windenergieanlage 1 die elektrische Verbindung unterbricht, um kritische Wechselwirkungen zu vermeiden.In addition, there is a circuit breaker 11 between the sync switch 9 and the network 10 attached, which in case of disturbances in the net 10 or in the wind turbine 1 breaks the electrical connection to avoid critical interactions.

3 stellt eine Variante der Auführungsform dar bei der der Transformator 8 aus zwei Untertransformatoren (81, 82) besteht. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Spannung der vom Stator abgegebenen elektrischen Leistung nicht gleich der Spannung der vom Umrichter abgegebenen elektrischen Leistung sein muss. Der Synchronisierungsschalter ist aber auch bei dieser Ausführungsform mittelspannungsseitig des Transformators angeordnet. 3 represents a variant of Auführungsform in which the transformer 8th from two sub-transformers ( 81 . 82 ) consists. This arrangement has the advantage that the voltage of the electrical power delivered by the stator does not have to be equal to the voltage of the electrical power delivered by the converter. The synchronization switch is also arranged in this embodiment, the medium-voltage side of the transformer.

Die in 1 gezeigte Anordnung der Komponenten kann selbstverständlich auch anders gewählt werden. So können die verschiedenen Komponenten auch in der Gondel, dem Turmfuss und/oder in einer im Umkreis der Anlage angeordneten Transformatorstation angeordnet sein.In the 1 Of course, the arrangement of the components shown can also be chosen differently. Thus, the various components can also be arranged in the nacelle, the tower base and / or in a transformer station arranged in the vicinity of the installation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 7205676 [0003] US 7205676 [0003]

Claims (12)

Windenergieanlage, umfassend eine auf einem Turm angebrachte Maschinengondel, einem um eine im wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagerten Windrotor, der einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt, wobei der Generator die elektrische Energie über einen Transformator und einen Synchronisierungsschalter in ein elektrisches Mittelspannungsnetz einspeist, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisierungsschalter zwischen dem Transformator und dem Mittelspannungsnetz angeschlossen ist.A wind energy plant, comprising a mounted on a tower nacelle, a rotatably mounted about a substantially horizontal axis of rotation wind rotor which drives a generator for generating electrical energy, wherein the generator feeds the electrical energy via a transformer and a synchronization switch in a medium voltage electrical network, characterized in that the synchronization switch is connected between the transformer and the medium-voltage network. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein doppelt gespeister Asynchrongenerator ist, der einen Teil der elektrischen Energie indirekt über einen Wechselrichter dem Transformator zuführt.Wind energy plant according to claim 1, characterized that the generator is a double-fed asynchronous generator, one part of the electrical energy indirectly over one Inverter feeds to the transformer. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator mindestens drei Wicklungen umfasst.Wind energy plant according to claim 2, characterized that the transformer comprises at least three windings. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator aus mehreren Untertransformatoren besteht, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the transformer consists of several sub-transformers consists of connected in series or in parallel. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator des Generators ohne weitere Schaltelemente an den Transformator angeschlossen ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the stator of the generator without further Switching elements is connected to the transformer. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage noch einen zusätzlichen Trennschalter zur Trennung der Windenergieanlage vom Netz umfasst, der zwischen Transformator und Mittelspannungsnetz angeschlossen ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the wind turbine still an additional circuit breaker to separate the wind turbine from the grid, which is between Transformer and medium voltage network is connected. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronisierungsmodul vorsehen ist, das die Spannung, Frequenz und/oder Phasenlage beidseitig des Synchronisierungsschalters erfasst und den Synchronisierungsschalter betätigt.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that provide a synchronization module is that the voltage, frequency and / or phase angle on both sides of Sync switch detects and the sync switch actuated. Windenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisierungsmodul Signalausgänge aufweist, mit denen die Abweichungen der gemessenen Spannung, Frequenz und/oder Phasenlage der jeweiligen Größen zueinander an die Windenergieanlage übertragen wird.Wind energy plant according to claim 6, characterized that the synchronization module has signal outputs, with which the deviations of the measured voltage, frequency and / or phase position the respective sizes transmitted to each other to the wind turbine becomes. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen der maschinenseitig anliegenden elektrischen Spannung zur netzseitig anliegenden elektrischen Spannung des Synchronschalters vor dem Schliessen in Frequenz, Amplitude und/oder Phasenlage minimiert werden.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the deviations of the machine side applied electrical voltage to the mains side adjacent electrical Voltage of the synchronous switch before closing in frequency, amplitude and / or phase position can be minimized. Windenergieanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimierung der Abweichungen mittels mindestens einem der Wechselrichter vorgenommen wird.Wind energy plant according to claim 9, characterized minimizing deviations by means of at least one of Inverter is made. Windenergieanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimierung der Abweichungen mittels des generatorseitigen Wechselrichters vorgenommen wird.Wind energy plant according to claim 9 or 10, characterized characterized in that the minimization of the deviations by means of Generator-side inverter is made. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisierungsschalter in der Gondel oder im unteren Ende des Turmfusses angebracht ist.Wind turbine according to one of the preceding Claims, characterized in that the synchronization switch in the nacelle or in the lower end of the tower base is attached.
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