DE202013001527U1 - Wind energy plant for special power supply networks and energy supply system - Google Patents

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Abstract

Eine Windenergieanlage, aufweisend einen mit einem Windrotor (110) verbundenen und durch den Windrotor (110) angetriebenen Generator (120), eine Gleichrichter-Einheit (130) geeignet zur Erzeugung von Gleichstrom aus dem Ausgangsstrom des Generators (120); und eine Wechselrichter-Einheit (140) zur Erzeugung von Wechselstrom aus dem von der Gleichrichter-Einheit (130) erzeugten Gleichstrom, wobei der von der Wechselrichter-Einheit (140) erzeugte Wechselstrom eine Frequenz von 16,7 Hz aufweist.A wind turbine comprising a generator (120) connected to a wind rotor (110) and driven by the wind rotor (110), a rectifier unit (130) adapted to generate direct current from the output current of the generator (120); and an inverter unit (140) for generating AC power from the DC power generated by the rectifier unit (130), the AC power generated by the inverter unit (140) having a frequency of 16.7 Hz.

Description

Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf eine Energieversorgungsanlage für Sonderstromversorgungsnetze sowie auf Windenergieanlagen für solche Sonderstromversorgungsnetze.Embodiments of the invention relate to a power supply system for special power supply networks and to wind turbines for such special power supply networks.

Während das öffentliche Stromversorgungsnetz auf der Übertragung von 3-phasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz beruht, werden Sonderstromversorgungsnetze, z. B. die Bahnstromnetze in einigen europäischen Ländern mit Gleichstrom oder mit 1-phasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz betrieben. Dabei speist ein vom öffentlichen Stromversorgungsnetz unabhängiges Sonderstromversorgungsnetz, beispielsweise ein 110 kV/16,7 Hz, 15 kV Oberleitungsanlagen. In das unabhängige Sonderstromversorgungsnetz speisen Wärmekraftwerke und Wasserkraftwerke direkt Strom ein. Zusätzlich kann das Sonderstromversorgungsnetz an Netzkopplungen mit Umrichtern oder Umformern Strom aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz beziehen. Im Zuge der Reduzierung der Kosten für CO2-Lizenzen errichten und unterhalten die Betreiber von Sonderstromversorgungsnetzen auch seit mehreren Jahren Windparks, wobei der in den Windparks erzeugte Strom zunächst in das öffentliche Stromversorgungsnetz und vom öffentlichen Stromversorgungsnetz über 50 Hz:16,7 Hz-Umrichter in das Sonderstromversorgungsnetz eingespeist wird.While the public power grid based on the transmission of 3-phase AC with a frequency of 50 Hz, special power grids, z. As the traction power grids operated in some European countries with direct current or with single-phase alternating current with a frequency of 16.7 Hz. This feeds a separate from the public power grid special power supply network, such as a 110 kV / 16.7 Hz, 15 kV overhead line systems. Thermal power plants and hydroelectric power plants feed electricity directly into the independent special power grid. In addition, the special power supply network can receive power from the public power grid at network couplings with converters or converters. In the course of reducing the costs of CO 2 licenses, the operators of special power supply networks have been constructing and maintaining wind farms for several years, with the electricity generated in the wind farms first in the public power grid and over 50 Hz in the public power grid: 16.7 Hz is fed into the special power supply network.

Es besteht die Aufgabe, das Einspeisen von Windenergie in Sonderstromversorgungsnetze wirtschaftlicher zu gestalten.The object is to make the feeding of wind energy in special power supply networks more economical.

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Schutzansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Windenergieanlage. Ein von einem Windrotor angetriebener Generator erzeugt einen Wechselstrom der von einer Gleichrichter-Einheit gleichgerichtet und geglättet wird. Eine Wechselrichter-Einheit erzeugt aus dem von der Gleichrichter-Einheit erzeugten Gleichstrom direkt 1-phasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz, was der Frequenz im Bahnstromnetz in einigen Regionen Europas entspricht.The object is achieved with the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are mentioned in the subclaims. An embodiment of the invention relates to a wind energy plant. A generator driven by a wind rotor generates an alternating current which is rectified and smoothed by a rectifier unit. An inverter unit generates directly from the direct current generated by the rectifier unit 1-phase alternating current with a frequency of 16.7 Hz, which corresponds to the frequency in the traction current network in some regions of Europe.

Die direkte Umrichtung auf die Frequenz des Bahnstromnetzes vermeidet elektrische Verluste bei der Umsetzung von 50 Hz auf 16,7 Hz Wechselspannung. Die Anpassung bestehender Windenergieanlagen zur Verwendung in einem Bahnstromsystem beziehungsweise zur direkten Einspeisung in das Bahnstromnetz lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand durchführen.The direct conversion to the frequency of the traction current network avoids electrical losses in the conversion of 50 Hz to 16.7 Hz AC voltage. The adaptation of existing wind turbines for use in a traction current system or for direct feed into the traction current network can be carried out with relatively little effort.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander funktional entsprechende Einheiten beziehungsweise Strukturen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen lassen sich miteinander kombinieren.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the figures. In the figures, like reference numerals designate each other functionally equivalent units or structures. The features of the various embodiments can be combined.

Die 1A zeigt schematisch eine Windenergieanlage gemäß einer Ausführungsform mit Getriebe.The 1A schematically shows a wind turbine according to an embodiment with gear.

Die 1B zeigt schematisch eine getriebelose Windenergieanlage gemäß einer anderen Ausführungsform.The 1B schematically shows a gearless wind turbine according to another embodiment.

Die 2A zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Umrichters einer Windenergieanlage gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung.The 2A shows a schematic block diagram of an inverter of a wind turbine according to one embodiment of the invention.

Die 2B zeigt Einzelheiten eines Umrichters gemäß der 2A gemäß einer Ausführungsform, die die Anschaltung an einen Generator mit 3-phasigen Ausgangsstrom vorsieht.The 2 B shows details of an inverter according to the 2A according to an embodiment, which provides the connection to a generator with 3-phase output current.

Die 3A zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Windenergieanlage mit Getriebe und Versorgung von Steuereinheiten der Windenergieanlage aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.The 3A shows a schematic block diagram of a power plant according to an embodiment of the invention with a wind turbine with transmission and supply of control units of the wind turbine from the public power grid.

Die 3B zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Windenergieanlage mit Getriebe für den Inselbetrieb.The 3B shows a schematic block diagram of a power plant according to an embodiment of the invention with a wind turbine with transmission for island operation.

Die 3C zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer getriebelosen Windenergieanlage und mit Versorgung von Steuereinheiten der Windenergieanlage aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.The 3C shows a schematic block diagram of a power plant according to an embodiment of the invention with a gearless wind turbine and supply of control units of the wind turbine from the public power grid.

Die 3D zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer getriebelosen Windenergieanlage mit für den Inselbetrieb.The 3D shows a schematic block diagram of a power plant according to an embodiment of the invention with a gearless wind turbine with for island operation.

Die 3E zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer getriebelosen Windenergieanlage zur Hilfsweisen Versorgung von Steuereinheiten der Windenergieanlage aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz.The 3E shows a schematic block diagram of a power plant according to an embodiment of the invention with a gearless wind turbine for the auxiliary supply of control units of the wind turbine from the public power grid.

Die 4A zeigt schematisch eine getriebelose Windenergieanlage gemäß einer anderen Ausführungsform ohne Gleichstrom-Zwischenkreis.The 4A schematically shows a gearless wind turbine according to another embodiment without DC link.

Die 4B zeigt schematisch eine Energieversorgungsanlage mit einer getriebelosen Windenergieanlage gemäß 4A für den Inselbetrieb. The 4B schematically shows a power supply system with a gearless wind turbine according to 4A for island operation.

Die 1A zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Windrotor 110, der mindestens ein Rotorblatt, typischerweise jedoch zwei, drei oder mehr Rotorblätter aufweist. Der Windrotor 110 treibt einen Generator 120 an, beispielsweise einen 3-phasen-Synchrongenerator oder einen 3-phasen-Asynchrongenerator. Gemäß der Ausführungsform der 1A setzt dabei ein Getriebe 115 die Drehzahl des Windrotors 110 in eine an die Bauart des Generators 120 angepasste Drehzahl um. Der Ausgangsstrom des Generators 120 ist 3-phasig. Die Frequenz des Ausgangsstroms ist generator- und windabhängig und beträgt zwischen 10 und 100 Hz. Ein Umrichter 150 setzt den 3- oder mehrphasigen Ausgangsstrom des Generators 120 in einen 1-phasigen Wechselstrom mit der Frequenz 16,7 Hz um. Der Umrichter 150 kann eine Gleichrichter-Einheit 130 und eine Wechselrichter-Einheit 140 umfassen, wobei die Gleichrichter-Einheit 130 den im Generator 120 erzeugten 3- oder mehrphasigen Wechselstrom in Gleichstrom und die Wechselrichter-Einheit 140 den von der Gleichrichter-Einheit 130 erzeugten Gleichstrom in einen 1- oder mehrphasigen Wechselstrom der Frequenz 16,7 Hz umsetzt. Der erzeugte 1-phasige Wechselstrom kann ohne weitere Frequenzumsetzung in das Sonderstromversorgungsnetz, bspw. in ein Bahnstromnetz oder ein Netz des öffentlichen Personennahverkehrs eingespeist werden.The 1A shows a wind turbine 100 with a wind rotor 110 comprising at least one rotor blade, but typically two, three or more rotor blades. The wind rotor 110 drives a generator 120 on, for example, a 3-phase synchronous generator or a 3-phase asynchronous generator. According to the embodiment of the 1A sets a gearbox 115 the speed of the wind rotor 110 in a to the type of generator 120 adjusted speed around. The output current of the generator 120 is 3-phase. The frequency of the output current is generator- and wind-dependent and is between 10 and 100 Hz. One inverter 150 sets the 3 or more phase output current of the generator 120 into a single-phase alternating current with frequency 16.7 Hz. The inverter 150 can be a rectifier unit 130 and an inverter unit 140 include, wherein the rectifier unit 130 the one in the generator 120 generated 3-phase or multi-phase alternating current into direct current and the inverter unit 140 that of the rectifier unit 130 generated direct current converted into a single-phase or multi-phase alternating current of frequency 16.7 Hz. The generated 1-phase alternating current can be fed without further frequency conversion in the special power supply network, eg. In a traction power network or a network of public transport.

Das Getriebe 115 und der Generator 120 sind in einer Gondel 104 auf der Spitze eines Trägerturms 102 eingebaut. Die Gondel 140 kann um die vertikale Achse des Trägerturms 102 drehbar gelagert sein. Der Umrichter 150 kann im Fuß des Trägerturms 102, in einem Gewerk außerhalb des Trägerturms 102 oder mindestens zum Teil ebenfalls in der Gondel 140 eingerichtet sein.The gear 115 and the generator 120 are in a gondola 104 on the top of a support tower 102 built-in. The gondola 140 can be around the vertical axis of the support tower 102 be rotatably mounted. The inverter 150 may be in the foot of the support tower 102 in a shop outside the carrier tower 102 or at least partly also in the gondola 140 be furnished.

Die Ausführungsform der Windenergieanlage 100 nach 1B bezieht sich auf eine getriebelose Windenergieanlage, bei der der Windrotor 110 direkt mit dem Rotor des Generators 120 verbunden ist. Der Generator 120 ist beispielsweise ein Vielpol-Synchrongenerator. Eine Gleichrichter-Einheit 130 wandelt den vom Generator 120 erzeugten mehrphasigen Ausgangsstrom des Vielpol-Synchrongenerators in Gleichstrom um. Eine Wechselrichter-Einheit 140 setzt den von der Gleichrichter-Einheit 130 erzeugten Gleichstrom in 2- oder mehrphasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz um. Die Gleichrichter-Einheit 130 kann in der Gondel 104, die Wechselrichter-Einheit 140 im Fuß der Windenergieanlage 100 eingerichtet sein.The embodiment of the wind turbine 100 to 1B refers to a gearless wind turbine, where the wind rotor 110 directly to the rotor of the generator 120 connected is. The generator 120 is, for example, a multi-pole synchronous generator. A rectifier unit 130 converts it from the generator 120 generated polyphase output current of Vielpol synchronous generator in DC. An inverter unit 140 sets that of the rectifier unit 130 generated direct current in 2- or multi-phase alternating current with a frequency of 16.7 Hz to. The rectifier unit 130 can in the gondola 104 , the inverter unit 140 in the foot of the wind turbine 100 be furnished.

Konventionelle Windenergieanlagen sind für den Anschluss an öffentliche Stromversorgungsnetze ausgelegt und liefern daher am Ausgang eine 3-phasige 50 Hz Wechselspannung, die über einen Transformator auf die Spannung im örtlichen Stromversorgungsnetz hoch transformiert wird. Zum Anschluss an ein Bahnstromnetz wird bisher der durch solche Windenergieanlagen erzeugte Strom an Netzkopplern durch Umrichter oder Umformer von 50 Hz auf 16,7 Hz umgesetzt. Eine solche zusätzliche Umsetzung oder Umformung entfällt mit den Windenergieanlagen nach 1A und 1B. Die Windenergieanlagen 100 speisen den erzeugten Strom ohne Umweg über das öffentliche Stromnetz direkt in das Bahnstromnetz ein. Die Windenergieanlagen 100 können daher auch in unmittelbarer Nachbarschaft von Bahnanlagen, zum Beispiel Gleisanlagen, errichtet werden.Conventional wind turbines are designed for connection to public power grids and therefore supply at the output a 3-phase 50 Hz AC voltage, which is highly transformed via a transformer to the voltage in the local power grid. For connection to a traction current network, the current generated by such wind turbines is currently implemented in network couplers by converters or converters from 50 Hz to 16.7 Hz. Such additional implementation or reshaping is eliminated with the wind turbines 1A and 1B , The wind turbines 100 feed the generated electricity directly into the traction current network without detour via the public electricity grid. The wind turbines 100 Therefore, they can also be built in the immediate vicinity of railway facilities, such as railway tracks.

2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Umrichter 150, der eine Kombination aus einer Gleichrichter-Einheit 130 und einer Wechselrichter-Einheit 140 umfasst. Der vom Generator 120 erzeugte mindestens 3-phasige Wechselstrom wird beispielsweise über ein Diodenfeld 132 auf zwei Leitungsstränge 133a, 133b gleichgerichtet und der gleichgerichtete Wechselstrom durch einen Kondensator 134 geglättet. Die Wechselrichter-Einheit 140 umfasst ein Leistungsschalterfeld 142 sowie eine Steuereinheit 148, die die Leistungsschalter des Leistungsschaltfelds 142 steuert. Beispielsweise ist die Steuereinheit 148 mit den Gate-Anschlüssen von IGBTs (insulated gate bipolar transistors) eines IGBT-Moduls verbunden und steuert diese abwechselnd so, dass an den beiden Ausgangsleitungen der Wechselrichter-Einheit 140 ein Wechselstrom mit 16,7 Hz anliegt. Die von der Wechselrichter-Einheit 140 erzeugte Spannung u(t) sowie deren Ausgangsfrequenz f(t) können gemessen und an die Steuereinheit 148 zurückgekoppelt werden, so dass die Steuereinheit 148 die Ausgangsfrequenz f(t) und/oder Ausgangspannung u(t) regeln kann. Weitere Eingangsgrößen der Steuereinheit 148 sind zum Beispiel die vom Generator 120 abgegebene Leistung, aus der die Steuereinheit 148 den Leistungsgradienten ermitteln kann, sowie Informationen über einen einzuhaltenden Blindleistungsfaktor cos(φ). Die Steuereinheit 148 kann ein Steuersignal Rot ausgeben, mit dem die Leistungsabgabe der Windenergieanlage 100 beispielsweise durch Veränderung der Rotorstellung abgeregelt werden kann. 2A shows an embodiment of an inverter 150 , which is a combination of a rectifier unit 130 and an inverter unit 140 includes. The generator 120 generated at least 3-phase alternating current is, for example via a diode array 132 on two strands of wire 133a . 133b rectified and the rectified alternating current through a capacitor 134 smoothed. The inverter unit 140 includes a circuit breaker panel 142 and a control unit 148 containing the circuit breakers of the circuit breaker 142 controls. For example, the control unit 148 connected to the gate terminals of IGBTs (insulated gate bipolar transistors) of an IGBT module and controls these alternately so that on the two output lines of the inverter unit 140 an alternating current with 16.7 Hz is present. The from the inverter unit 140 generated voltage u (t) and its output frequency f (t) can be measured and sent to the control unit 148 be fed back, so that the control unit 148 the output frequency f (t) and / or output voltage u (t) can control. Further input variables of the control unit 148 are for example the generator 120 delivered power from which the control unit 148 can determine the power gradient, as well as information about a reactive power factor cos (φ) to be maintained. The control unit 148 For example, a control signal may output red indicating the power output of the wind turbine 100 can be stopped, for example by changing the rotor position.

Die 2B zeigt Einzelheiten einer kombinierten Gleichrichter-Einheit und Wechselrichter-Einheit für einen Dreiphasen-Generator. Der vom Dreiphasen-Generator 120 ausgegebene 3-phasige Wechselstrom wird über die Leitungen L1, L2, L3 an die Gleichrichter-Einheit 130 angeschlossen. Jede der Phasen L1, L2, L3 wird mit einem Netzwerkknoten zwischen zwei seriell verschalteten Gleichrichterdioden 132 verbunden. Die drei Diodenpaare sind parallel zwischen zwei Leitungssträngen 133a, 133b geschaltet. Die beiden Leitungsstränge 133a, 133b werden über einen Tiefpass, der beispielsweise eine gekoppelte Serieninduktivität 136 in beiden Leitungssträngen 133a, 133b sowie einen Kondensator 138 quer zu den beiden Leitungssträngen 133a, 133b umfassen kann, tiefpassgefiltert und dabei geglättet. Die geglättete Gleichspannung liegt am Eingang der Wechselrichter-Einheit 140 an. Die Wechselrichter-Einheit 140 umfasst beispielsweise vier Leistungsschalter 142, wobei jeweils zwei der Schalter seriell zwischen den beiden Leitungssträngen 133a, 133b angeordnet sind. Die Steuereinheit 148 schaltet die Leistungsschalter 142 abwechselnd so ein und aus, dass an den beiden Ausgangsleitungen der Wechselrichter-Einheit 140 eine Frequenz von 16,7 Hz anliegt.The 2 B shows details of a combined rectifier unit and inverter unit for a three-phase generator. The from the three-phase generator 120 output 3-phase alternating current is via the lines L1, L2, L3 to the rectifier unit 130 connected. Each of the phases L1, L2, L3 is connected to a network node between two serially connected rectifier diodes 132 connected. The three pairs of diodes are parallel between two strands 133a . 133b connected. The two strands of wire 133a . 133b are a low-pass, for example, a coupled series inductance 136 in both strands 133a . 133b and a capacitor 138 transverse to the two strands 133a . 133b may include low-pass filtered and smoothed. The smoothed DC voltage is at the input of the inverter unit 140 at. The inverter unit 140 includes, for example, four circuit breakers 142 , wherein in each case two of the switches serially between the two strands of wire 133a . 133b are arranged. The control unit 148 turns off the circuit breakers 142 alternately on and off, that on the two output lines of the inverter unit 140 a frequency of 16.7 Hz is applied.

Die 3A zeigt eine an ein Bahnstromnetz 300 angeschlossene Windenergieanlage 100 als Beispiel für eine Energieversorgungsanlage für ein Sonderstromversorgungsnetz. Gegenüber der Windenergieanlage der 1A weisen die Windenergieanlagen 100 im Folgenden zusätzlich Steuerungseinheiten 160 zur Betriebsführung auf, beispielsweise Motoren zum Ausrichten der Gondel 104 auf dem Trägerturm 102 oder zur Verstellung des Anstellwinkels der Rotorblätter des Windrotors 110. Die Steuerungseinheiten 160 werden über das öffentliche Stromversorgungsnetz mit einer Betriebsfrequenz von 50 Hz versorgt. In der Zuleitung zum öffentlichen Netz erfasst ein Leistungsmessgerät 170 die von den Steuerungseinheiten 160 verbrauchte elektrische Leistung.The 3A shows one to a traction power network 300 connected wind turbine 100 as an example of a power supply system for a special power supply network. Opposite the wind turbine of the 1A Show the wind turbines 100 in the following additional control units 160 for operation management, for example, motors for aligning the nacelle 104 on the support tower 102 or for adjusting the angle of attack of the rotor blades of the wind rotor 110 , The control units 160 are supplied via the public power grid with an operating frequency of 50 Hz. A power meter is included in the supply line to the public grid 170 that of the control units 160 consumed electrical power.

Ein Starkstrom-Transformator 220 transformiert die Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit 140 bei 16,7 Hz auf eine Nennspannung im Bahnstromnetz 300, beispielsweise auf die Nennspannung im Fernleitungsnetz der Bahn, typischerweise 110 kV. Gemäß einer Ausführungsform transformiert der Starkstrom-Transformator 220 die Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit 140 auf die Nennspannung einer entlang der Bahntrasse geführten Freileitung 310, typischerweise 15 kV.A high-voltage transformer 220 transforms the output voltage of the inverter unit 140 at 16.7 Hz to a rated voltage in the traction current network 300 For example, to the rated voltage in the rail network of the train, typically 110 kV. In one embodiment, the power transformer transforms 220 the output voltage of the inverter unit 140 to the nominal voltage of an overhead line routed along the railway line 310 typically 15 kV.

Zwischen dem Starkstrom-Transformator 220 und der Freileitung 310 reguliert und überwacht eine Schaltanlage 280 den Lastfluss. In einem ersten Schaltfeld 281 der Schaltanlage 280 trennt ein Hochspannungsschalter, z. B. ein Leistungsschalter oder ein Lasttrennschalter, die Windenergieanlage 100 bei der Frequenz von 16,7 Hz entsprechend der Klassifizierung der Störlichtbogensicherheit des Bahnnetzes vom Bahnstromnetz 300. In einem zweiten Schaltfeld 282 kann ein weiterer Hochspannungsschalter zu anderen Windenergieanlagen oder anderen Energieerzeugungsanlagen vermitteln.Between the heavy current transformer 220 and the overhead line 310 regulates and monitors a switchgear 280 the load flow. In a first button 281 the switchgear 280 disconnects a high voltage switch, z. As a circuit breaker or a switch-disconnector, the wind turbine 100 at the frequency of 16.7 Hz in accordance with the classification of the arc fault safety of the railway network from the traction current network 300 , In a second button 282 can impart another high voltage switch to other wind turbines or other power generation facilities.

Ein drittes Schaltfeld 283 ist allein der Windenergieanlage 100 zugeordnet. Ein erster Erdungstrennschalter 289 trennt im Betriebsfall die Erdungssysteme des Bahnstromnetzes 300 und des öffentlichen Stromversorgungsnetzes, das zur Versorgung der Steuerungseinheiten 160 an die Windenergieanlage 100 geführt ist. In speziellen Betriebs- und Störsituationen, beispielsweise bei einer Kabelstörung zwischen der Windenergieanlage 100 und der Schaltanlage 280, können die beiden Erdungssysteme durch den ersten Erdungstrennschalter 289 verbunden werden.A third panel 283 is alone the wind turbine 100 assigned. A first earthing switch 289 disconnects the earthing systems of the traction current network during operation 300 and the public power grid, which supply the control units 160 to the wind turbine 100 is guided. In special operating and fault situations, for example in the event of a cable fault between the wind turbine 100 and the switchgear 280 , the two earthing systems can through the first earthing switch 289 get connected.

Ein zweiter Erdungstrennschalter 288 ist im Betriebsfall geöffnet und sichert im Störfall das Bahnstromnetz 300 durch Ableitung eines eventuell erzeugten Stroms auf Erde. Im Bahnstromnetz 300 schalten Lasttrennschalter in jedem Bahnstromblock entlang der Bahntrasse die Oberleitung 320 auf die Freileitung 310.A second earthing switch 288 is open in case of operation and secures the traction current network in the event of a fault 300 by deriving a possibly generated current on earth. In the railway power network 300 switch-disconnector switch in each traction current block along the railway line the overhead line 320 on the overhead line 310 ,

Die Ausführungsform der 3B sieht anstelle der Versorgung der Steuerungseinheiten 160 aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz deren Versorgung aus dem von der Windenergieanlage 100 selbst erzeugten Strom vor. Ein Hilfsumrichter 175, der innerhalb oder außerhalb der Windenergieanlage 100 eingerichtet sein kann, setzt Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit 140 auf 230 V bzw. 50 Hz um. Das Erdungssystem der Windenergieanlage 100 kann mit dem Erdungssystem des Bahnstromnetzes 300 verbunden werden. Der in 3A gezeigte Erdungstrennschalter 289 zur temporären Verbindung zweier sonst getrennter Erdungssysteme erübrigt sich. Beim Anfahren der Windenergieanlage 100 werden die Steuerungseinheiten 160 aus dem Bahnstromnetz 300 versorgt, da die elektrische Verbindung zwischen der Windenergieanlage 100 und dem Bahnstromnetz 300 über die Schaltanlage 280 und den Transformator 220 einen Stromfluss in beide Richtungen zulässt. Durch den Verzicht auf den Anschluss an das öffentliche Stromversorgungsnetz reduzieren sich die Kosten für die Errichtung einer solchen Energieversorgungsanlage je nach Standort teilweise erheblich.The embodiment of the 3B looks instead of supplying the control units 160 from the public power grid their supply from that of the wind turbine 100 self-generated electricity. An auxiliary converter 175 that is inside or outside the wind turbine 100 can be set, sets output frequency and output voltage of the inverter unit 140 to 230 V or 50 Hz. The earthing system of the wind turbine 100 can with the grounding system of the traction current network 300 get connected. The in 3A Grounding disconnector shown 289 It is not necessary to temporarily connect two otherwise separate earthing systems. When starting the wind turbine 100 become the control units 160 from the railway power grid 300 supplied because the electrical connection between the wind turbine 100 and the railway power grid 300 over the switchgear 280 and the transformer 220 allows a flow of current in both directions. By eliminating the connection to the public power grid, the costs for the construction of such a power supply system, depending on the location partially reduced considerably.

Die 3C kombiniert den Ansatz einer Energieversorgungsanlage 900 nach 3A mit der getriebelosen Windenergieanlage der 1B. Die 3D kombiniert den Ansatz einer Energieversorgungsanlage 900 nach 3B mit der getriebelosen Windenergieanlage der 1B.The 3C combines the approach of a power supply system 900 to 3A with the gearless wind turbine of the 1B , The 3D combines the approach of a power supply system 900 to 3B with the gearless wind turbine of the 1B ,

In der Ausführungsform der 3E weist eine Windenergieanlage 100, beispielsweise eine getriebelose Windenergieanlage 100, eine weitere Wechselrichter-Einheit 176 auf, die den Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis in 3-phasigen Wechselstrom mit 50 Hz umsetzt, der unmittelbar zur Versorgung der Steuerungseinheiten 160 dienen kann. Alternativ oder zusätzlich speist die weitere Wechselrichter-Einheit 176 in ein Zweirichtungs-Leistungsmessgerät 172, so dass die Steuerungseinheiten 160 nur bei Bedarf aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz versorgt werden und bei Nichtabnahme des von der Windenergieanlage 100 erzeugten Stroms durch das Bahnstromnetz 300 die Windenergieanlage 100 in das öffentliche Stromversorgungsnetz einspeisen kann.In the embodiment of the 3E has a wind turbine 100 , For example, a gearless wind turbine 100 , another inverter unit 176 on, which converts the direct current from the DC link into 3-phase alternating current at 50 Hz, directly to the supply of the control units 160 can serve. Alternatively or additionally, the further inverter unit feeds 176 in a bidirectional power meter 172 so that the control units 160 only be supplied from the public power grid if necessary and if the wind power plant does not accept it 100 generated electricity through the traction current network 300 the wind turbine 100 into the public power grid can feed.

Die in den 3A bis 3E gezeigten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Wechselrichter-Einheit 140 mit 1-phasigen Wechselstromausgang. Für 2- oder 3-phasige Systeme werden Transformator 220 und Schaltanlage 220 entsprechend der Anzahl der Ausgangsphasen bereitgestellt.The in the 3A to 3E Embodiments shown relate to an inverter unit 140 with 1-phase AC output. For 2- or 3-phase systems become transformers 220 and switchgear 220 provided according to the number of output phases.

Die 4A zeigt eine getriebelose Windenergieanlage 100 mit einem Vielpol-Synchrongenerator 120. Der Vielpol-Synchrongenerator 100 liefert im Nennbetriebspunkt eine Nennfrequenz von 16,7 Hz. Im Leistungsbetrieb ab Windstärken von etwa 1 bis 3 m/s liefert der Vielpol-Synchrongenerator u. U. von der Nennfrequenz so weit abweichende Frequenzen, dass die Spezifikation des Bahnstromnetzes nicht erfüllt werden. Die Windenergieanlage 100 weist einen Frequenzstabilisator 180 auf, beispielsweise einen Direktumrichter, der die Ausgangsfrequenz der Windenergieanlage auf 16.7 Hz stabilisiert ohne zuvor den Ausgangsstrom des Generators 120 gleichzurichten.The 4A shows a gearless wind turbine 100 with a multi-pole synchronous generator 120 , The poly pole synchronous generator 100 provides a rated frequency of 16.7 Hz at the rated operating point. In power mode with wind speeds of approx. 1 to 3 m / s, the multi-pole synchronous generator u. U. from the nominal frequency so far deviating frequencies that the specification of the traction current network are not met. The wind turbine 100 has a frequency stabilizer 180 on, for example, a cycloconverter, which stabilizes the output frequency of the wind turbine to 16.7 Hz without first the output current of the generator 120 rectify.

Die 4B kombiniert die Windenergieanlage 100 nach 4A mit dem Ansatz der 3B, wobei ein Hilfsumrichter 175 die 16,7 Hz Wechselspannung in 50 Hz Wechselspannung umsetzt, beispielsweise 400 V oder 690 V 16,7 Hz in 230 V 50 Hz.The 4B combines the wind turbine 100 to 4A with the approach of 3B , wherein an auxiliary converter 175 converts the 16.7 Hz AC voltage into 50 Hz AC voltage, for example 400 V or 690 V 16.7 Hz in 230 V 50 Hz.

Claims (10)

Eine Windenergieanlage, aufweisend einen mit einem Windrotor (110) verbundenen und durch den Windrotor (110) angetriebenen Generator (120), eine Gleichrichter-Einheit (130) geeignet zur Erzeugung von Gleichstrom aus dem Ausgangsstrom des Generators (120); und eine Wechselrichter-Einheit (140) zur Erzeugung von Wechselstrom aus dem von der Gleichrichter-Einheit (130) erzeugten Gleichstrom, wobei der von der Wechselrichter-Einheit (140) erzeugte Wechselstrom eine Frequenz von 16,7 Hz aufweist.A wind turbine, comprising one with a wind rotor ( 110 ) and through the wind rotor ( 110 ) powered generator ( 120 ), a rectifier unit ( 130 ) suitable for generating direct current from the output current of the generator ( 120 ); and an inverter unit ( 140 ) for generating alternating current from that of the rectifier unit ( 130 ) generated by the inverter unit ( 140 ) has a frequency of 16.7 Hz. Die Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (120) ein Vielpol-Synchrongenerator ist.The wind energy plant according to claim 1, characterized in that the generator ( 120 ) is a multi-pole synchronous generator. Die Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter-Einheit (140) eine Steuereinheit (148) umfasst, die geeignet ist, die Ausgangsfrequenz der Wechselrichter-Einheit (140) zu regeln, wobei die Eingangsgrößen der Steuereinheit (148) mindestens die von der Windenergieanlage abgegebene Leistung, die abgangsseitige Spannung und die abgangsseitige Frequenz von 16,7 Hz umfassen.The wind energy plant according to one of claims 1 or 2, characterized in that the inverter unit ( 140 ) a control unit ( 148 ), which is adapted to the output frequency of the inverter unit ( 140 ), the input variables of the control unit ( 148 ) comprise at least the power delivered by the wind turbine, the outgoing voltage and the outgoing frequency of 16.7 Hz. Die Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen eingangsseitig mit den Ausgängen der Wechselrichter-Einheit (130) und ausgangsseitig mit Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage verbundenen Hilfsumrichter (175), der geeignet ist, Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz der Wechselrichter-Einheit (140) auf 230 V und 50 Hz umzusetzen.The wind energy plant according to one of claims 1 to 3, characterized by an input side with the outputs of the inverter unit ( 130 ) and on the output side with control units ( 160 ) to the operation of the wind turbine connected auxiliary converter ( 175 ), which is suitable for output voltage and output frequency of the inverter unit ( 140 ) to 230 V and 50 Hz. Die Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine eingangsseitig mit den Ausgängen der Gleichrichter-Einheit (130) und ausgangsseitig mit Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage verbundene weitere Wechselrichter-Einheit (176), die geeignet ist, den von der Gleichrichter-Einheit (130) erzeugten Gleichstrom in 3-phasigen Wechselstrom mit 50 Hz umzusetzen.The wind energy plant according to one of claims 1 to 3, characterized by an input side with the outputs of the rectifier unit ( 130 ) and on the output side with control units ( 160 ) connected to the operation of the wind turbine further inverter unit ( 176 ) suitable for use by the rectifier unit ( 130 ) converted into 3-phase AC 50 Hz. Die Windenergieanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein mit den Ausgängen der weiteren Wechselrichter-Einheit (176) verbundenes Zweirichtungs-Leistungsmessgerät (172) zum Anschluss an ein StromversorgungsnetzThe wind energy plant according to claim 5, characterized by a with the outputs of the further inverter unit ( 176 ) connected bidirectional power meter ( 172 ) for connection to a power supply network Eine Energieversorgungsanlage für ein Sonderstromversorgungsnetz, umfassend eine Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; einen Starkstrom-Transformator (220), der geeignet ist, die Ausgangsspannung der Wechselrichter-Einheit (140) auf die Nennspannung des Sonderstromversorgungsnetz zu transformieren; und einen Leistungsschalter, der geeignet ist, die Windenergieanlage (100) bei 16,7 Hz entsprechend der Klassifizierung der Störlichtbogensicherheit des Sonderstromversorgungsnetzes vom Sonderstromversorgungsnetz zu trennen.An energy supply system for a special power supply network, comprising a wind energy plant ( 100 ) according to any one of the preceding claims; a high-voltage transformer ( 220 ), which is suitable for the output voltage of the inverter unit ( 140 ) to the nominal voltage of the special power supply network to transform; and a circuit breaker adapted to operate the wind turbine ( 100 ) at 16.7 Hz according to the classification of the arc fault safety of the special power supply network to be separated from the special power supply network. Die Energieversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage (100), elektrisch über ein zweites Stromversorgungsnetz versorgbar sind, dessen Erdungssystem vom Erdungssystem des Sonderstromversorgungsnetzes getrennt ist, wobei die Energieversorgungsanlage einen Erdungstrennschalter (289) aufweist, über den die Erdungssysteme des zweiten Stromversorgungsnetzes und des Sonderstromversorgungsnetzes temporär miteinander elektrisch verbunden werden können.The energy supply system according to claim 7, characterized in that Control units ( 160 ) for the operation of the wind turbine ( 100 ), are electrically supplied via a second power supply network whose grounding system is disconnected from the earthing system of the special power supply network, wherein the power supply system a grounding circuit breaker ( 289 ), via which the earthing systems of the second power supply network and the special power supply network can be temporarily electrically connected to each other. Die Energieversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungseinheiten (160) zur Betriebsführung der Windenergieanlage (100), mindestens temporär über das Sonderstromversorgungsnetz elektrisch versorgbar sind.The energy supply system according to claim 7, characterized in that control units ( 160 ) for the operation of the wind turbine ( 100 ), at least temporarily over the special power supply network are electrically supplied. Eine Windenergieanlage, aufweisend einen mit einem Windrotor (110) verbundenen und durch den Windrotor (110) angetriebenen Generator (120) mit einer Nennfrequenz zwischen 10 und 50 Hz; und einen Frequenzstabilisator (180) zur Stabilisierung der Frequenz des vom Generator (120) erzeugten Wechselstroms auf eine Frequenz von 16,7 Hz innerhalb der Spezifikationen für die Frequenz in einem 16,7 Hz Bahnstromnetz (300).A wind turbine, comprising one with a wind rotor ( 110 ) and through the wind rotor ( 110 ) powered generator ( 120 ) with a nominal frequency between 10 and 50 Hz; and a frequency stabilizer ( 180 ) for stabilizing the frequency of the generator ( 120 ) to a frequency of 16.7 Hz within the specifications for the frequency in a 16.7 Hz traction power network ( 300 ).
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