DE202015104680U1 - Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage - Google Patents

Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage Download PDF

Info

Publication number
DE202015104680U1
DE202015104680U1 DE202015104680.4U DE202015104680U DE202015104680U1 DE 202015104680 U1 DE202015104680 U1 DE 202015104680U1 DE 202015104680 U DE202015104680 U DE 202015104680U DE 202015104680 U1 DE202015104680 U1 DE 202015104680U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
inverter
boost converter
current boost
converter
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE202015104680.4U
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Priority to DE202015104680.4U priority Critical patent/DE202015104680U1/de
Publication of DE202015104680U1 publication Critical patent/DE202015104680U1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7064—Application in combination with an electrical generator of the alternating current (A.C.) type
    • F05B2220/70642—Application in combination with an electrical generator of the alternating current (A.C.) type of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/08—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Umrichter (8) für ein Kraftwerk, das einen drehzahlvariablen Synchrongenerator (1) mit einem ersten und einem zweiten galvanisch getrennten Wicklungssystem (11, 12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (8) einen Wechselrichter (5) mit einem Halbstrom-Hochsetzsteller (20) mit ersten und zweiten Eingangsanschlüssen als Eingangsstufe umfasst, wobei Phasenanschlüsse (10) des ersten und zweiten Wicklungssystem (11, 12) jeweils über einen zugeordneten Gleichrichter (3) des Umrichters (8) mit zugeordneten Eingangsanschlüssen des Halbstrom-Hochsetzsteller (20) verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Umrichter für ein Kraftwerk mit drehzahlvariablem Synchrongenerator, insbesondere für ein Windkraftwerk.
  • Ein großer Anteil an Elektrizität wird unter Einsatz von Kraftwerken mit Generatoren erzeugt, deren Drehzahl variabel ist. Zur Einspeisung der durch den Generator erzeugten Energie in ein Netz mit konstanter Frequenz ist ein Umrichter erforderlich. In einem solchen Umrichter wird die als Wechselspannung vorliegende Leistung zunächst in eine Gleichspannung und dann weiterhin eine Wechselspannung mit Netzfrequenz umgewandelt. Zur Erzielung einer effizienten Einspeisung ist es wünschenswert, mit einer möglichst hohen Zwischenkreisspannung von beispielsweise 1500 V arbeiten zu können. Diese Spannung soll bei den unterschiedlichen Drehzahlen des Generators möglichst konstant sein.
  • Hierzu ist es bekannt, den Generator mit variabler Erregung zu betreiben, so dass bei niedrigen Drehzahlen eine über Erregung des Generators erfolgt. Hierzu kann der Rotor des Generators mit einer Erregerwicklung versehen sein, die ausschließlich oder in Verbindung mit einem Permanentmagneten die erforderliche Erregung bereitstellt.
  • Eine andere Möglichkeit, die Ausgangsspannung des Generators bei variabler Drehzahl konstant zu halten, ist es, den Umrichter mit einer Hochsetzsteller-Stufe zu versehen, die die Generatorspannung nach der Gleichrichtung auf den gewünschten Wert hochsetzt.
  • Ein typischer Aufbau eines drehzahlvariablen Synchrongenerators, wie er beispielsweise bei Windkraftwerken zum Einsatz kommt, weist mehrere Gruppen von Wicklungssystemen auf, die galvanisch voneinander getrennt sind. Eine solche Aufteilung in mehrere Wicklungssysteme ist erforderlich, um eventuell auftretende Kurzschlussströme zu begrenzen, um den Generator im Kurzschlussfall nicht zu beschädigen. Die Gruppen werden dann über getrennte Gleichrichter mit dem Zwischenkreis verbunden, an denen dann wiederum der Wechselrichter angeschlossen wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Umrichter bereitzustellen, der die von einem drehzahlvariablen Synchrongenerator erzeugte elektrische Leistung effizient und mit wenigen Bauteilen zur Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz umwandeln kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Umrichter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ein solcher Umrichter kann Bestandteil einer Windkraftanlage gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 sein. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben.
  • Ein erfindungsgemäßer Umrichter für ein Kraftwerk mit einem drehzahlvariablen Synchrongenerator mit einem ersten und einem zweiten galvanisch getrennten Wicklungssystem weist einen Wechselrichter mit einem Halbstrom-Hochsetzsteller mit ersten und zweiten Eingangsanschlüssen als Eingangsstufe auf. Phasenanschlüsse des ersten und zweiten Wicklungssystems sind jeweils über einen zugeordneten Gleichrichter des Umrichters mit entsprechenden Eingangsanschlüssen des Halbstrom-Hochsetzstellers verbunden. Hierdurch können beide Wicklungssysteme mit nur einem Halbstrom-Hochsetzsteller über einen Zwischenkreis mit einer Wechselrichterbrücke des Umrichters verbunden werden. Zusätzlich kann zwischen dem Halbstrom-Hochsetzsteller und einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichters ein Brems-Chopper angeordnet sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Brems-Chopper einen bifilar gewickelten Widerstand aufweisen. Hierdurch wird die Eigeninduktivität des Widerstandes minimiert, was unter anderem die Spannungsbelastung eines Schaltelementes oder der Schaltelemente reduziert. Vorzugsweise werden im Brems-Chopper Schaltelemente des gleichen Typs wie im Halbstrom-Hochsetzsteller verwendet.
  • Bevorzugt sind die Wicklungssysteme symmetrisch zueinander ausgeführt, so dass den beiden Halbstrom-Hochsetzstellern im Wesentlichen gleiche Leistungen bei gleichen Spannungsbeträgen zugeführt werden. Die Wicklungssysteme sind dabei so ausgeführt, dass im gesamten zulässigen Drehzahlbereich des Generators lediglich ein Spannungsverhältnis zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Halbstrom-Hochsetzstellers zwischen 1:1 und 1:2 notwendig wird. Bevorzugt kann der Halbstrom-Hochsetzsteller nur getaktet werden, wenn die Generator-Drehzahl unter 90% der Nenndrehzahl des Generators liegt. Bei höheren Drehzahlen unterbleibt eine Ansteuerung des oder der Schaltelemente des Halbstrom-Hochsetzstellers, so dass das Spannungsverhältnis dann 1:1 ist.
  • In einer bevorzugten Variante weist der Umrichter einen Halbstrom-Hochsetzsteller mit einem zentralen Schaltelement mit zwei in Reihe geschalteten Schaltern auf, deren Mittelpunkt mit einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises verbunden ist. Diese Anordnung erlaubt zusätzlich durch eine unterschiedliche Ansteuerung der beiden in Reihe geschalteten Schalter einen Ausgleich von Leistungsunterschieden zwischen den beiden Wicklungssystemen. Bei gleicher Leistung werden die beiden Schalter mit gleichem Tastgrad synchron oder auch versetzt getaktet.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Umrichters kann als eine Ausführungsform der Erfindung eine Windkraftanlage bereitgestellt werden. Zur Minimierung des Verkabelungsaufwandes können die Gleichrichter und der Halbstrom-Hochsetzsteller generatornah in einer Gondel der Windkraftanlage installiert sein. In diesem Fall ist lediglich der Ausgang des Halbstrom-Hochsetzstellers mit einem geeignet dimensionierten Kabel mit dem Wechselrichter verbunden, der sich bevorzugt in einem Fuß eines Turmes der Windkraftanlage oder auch außerhalb des Turmes, zum Beispiel in einem separaten Schaltschrank befinden kann.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt und beschrieben, von denen
  • 1 eine schematische Darstellung der Topologie einer Windkraftanlage,
  • 2 eine Topologie gemäß einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage und
  • 3 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Umrichters zeigt.
  • Ein konventionelles Kraftwerk, beispielweise ein Windkraftwerk nach 1 umfasst einen Synchrongenerator 1, der von einem Rotor 2 angetrieben wird. Der Synchrongenerator 1 weist getrennte Wickelsysteme auf, die mit getrennten Gruppen von Phasenausgängen 10 verbunden sind, über die die vom Synchrongenerator 1 erzeugte elektrische Leistung an einen der jeweiligen Gruppe zugeordneten Gleichrichter 3 übertragen wird. Die Wicklungssysteme sind in diesem Fall aus drei Teilwicklungen gebildet, die wahlweise in Stern- oder in Dreieckskonfiguration miteinander und mit drei Phasenausgängen 10 verbunden sind. Andere Anzahlen von Teilwicklungen bzw. anderen Anzahlen von Phasenausgängen sind denkbar.
  • Ausgangsseitig sind die Gleichrichter 3 der Gruppen parallel geschaltet und speisen die Leistung über einen gemeinsamen Zwischenkreis 4 in einen nachgeschalteten Wechselrichter 5. Der Wechselrichter 5 wandelt die elektrische Leistung in eine netzkonforme Wechselspannungs-Leistung um und speist diese in ein angeschlossenes Netz 6 ein. Der Umrichter in einem solchen Kraftwerk umfasst die Gleichrichter 3, den Zwischenkreis 4 und den Wechselrichter 5. Die Anzahl an getrennten Wickelsystemen wird so gewählt, dass in einem Kurzschlussfall entstehende Kurzschluss-Ströme in einem beherrschbaren Bereich verbleiben. Eine entsprechende Anzahl an Gleichrichtern 3 muss vorgesehen sein. Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichter im Betriebsfall nicht ausreichend hoch ist oder für zulässige Drehzahlen des Synchrongenerators 2 unter eine Mindestspannung fallen würde, kann jedem Gleichrichter ein Hochsetzsteller nachgeschaltet werden(nicht gezeigt), so dass die Anzahl der erforderlichen Hochsetzsteller der Anzahl der Gleichrichter entsprechen kann. Das kann von Vorteil sein, weil auf Grund der großen Leistung ohnehin eine Parallelschaltung mehrerer Teilumrichter zur Aufteilung der Leistung erforderlich ist. Es kann aber auch ein gemeinsamer Hochsetzsteller verwendet werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Umrichter 8 eines Kraftwerkes 9 ist in 2 gezeigt. Anstelle der ausgangsseitigen Parallelschaltung der Gleichrichter 3 sind die Gleichrichter 3 mit getrennten Eingangsanschlüssen eines Halbstrom-Hochsetzstellers 20 verbunden. Der Halbstrom-Hochsetzsteller 20 wandelt die an den Eingangsanschlüssen anliegende Spannung in eine gemeinsame Ausgangsspannung um, um diese über einen gemeinsamen Zwischenkreis 4 einem Wechselrichter 5 zuzuführen. Der Halbstrom-Hochsetzsteller kann eine Ausgangsspannung bereitstellen, die jeden Wert zwischen dem Wert der jeweiligen Eingangsspannungen und der Summe der Eingangsspannungen annehmen kann. Um über einen möglichst großen Drehzahlbereich des Synchrongenerators eine gewünschte Zwischenkreisspannung bereitzustellen, kann das Übersetzungsverhältnis des Halbstrom-Hochsetzstellers 20 entsprechend der Drehzahl gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichters wird der Synchrongenerator 1 so ausgelegt, dass die Ausgangsspannungen beider Gleichrichter 3 dem gewünschten Wert oder Wertebereich der Zwischenkreisspannung entspricht, wenn die Drehzahl des Synchrongenerators 1 oberhalb von 90% der Nenndrehzahl liegt. In diesem Fall wird der Halbstrom-Hochsetzsteller 20 nicht getaktet bzw. deaktiviert, so dass das Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsspannung des Halbstrom-Hochsetzstellers 20 1:1 beträgt. Sinkt die Drehzahl unter einen Wert von 90% der Nenndrehzahl, wird der Halbstrom-Hochsetzsteller 20 mit einem geeigneten Tastgrad in Abhängigkeit der Drehzahl betrieben.
  • Die Wahl der gewünschten Zwischenkreisspannung kann in Abhängigkeit der Netzspannung des angeschlossenen Netzes 6, der maximal zulässigen Schalterspannungen der Schalelemente des Wechselrichters 6 und der zu übertragenden Leistung gewählt werden. Ein Wert von 1500 V für die Zwischenkreisspannung ist hierbei von besonderem Vorteil.
  • Optional kann dem Umrichter ein Brems-Chopper 7 hinzugefügt werden, der in den Leistungspfad zwischen Halbstrom-Hochsetzsteller 20 und Zwischenkreis 4 oder zwischen Zwischenkreis 4 und Wechselrichter 5 geschaltet wird. Der Brems-Chopper 7 dient zur zeitweisen Umwandlung eines Teiles der erzeugten elektrischen Leistung in Wärme, zum Beispiel um eine Zwischenkreisspannung zu reduzieren. Eine überhöhte Zwischenkreisspannung kann beispielsweise entstehen, wenn während des Betriebs des Windkraftwerks eine Netzstörung auftritt und keine Leistung, mehr ins Netz abgegeben werden kann. Dann steigt die Drehzahl und damit die Spannung im Zwischenkreis so lange an, bis geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die vom Windkraftwerk erzeugte Leistung zu begrenzen Schaltelemente des Umrichters 8, insbesondere Schalelemente der Wechselrichterbrücke können bei einer derart erhöhten Spannung beschädigt oder zerstört werden. Durch Ansteuerung des Brems-Choppers 7 kann die Zwischenkreisspannung in einem zulässigen Bereich gehalten werden.
  • In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Umrichters 8 kann der Brems-Chopper eine in 3 gezeigte Topologie aufweisen. Hierbei umfasst der Brems-Chopper 7 eine Reihenschaltung von zwei Schaltern 71, 72 zwischen den Leitungen des Leistungspfades, wobei die beiden Schalter 71, 72 über einen bifilar gewickelten Widerstand 73 mit zwei Teilwiderständen miteinander verbunden sind. Durch die bifilare Wicklung wird die den gewickelten Widerständen inhärente Induktivität minimiert. Zur Vermeidung von Spannungsspitzen an den Teilwiderständen durch die verbleibende Induktivität ist beiden Teilwiderständen jeweils eine Freilaufdiode parallel geschaltet. Ein Mittelpunkt der Teilwiderstände ist hierbei mit einem Mittelpunkt der Kondensatoren eines geteilten Zwischenkreises verbunden.
  • In einer besonders kostengünstigen Variante des Brems-Choppers 7 werden dessen Komponenten so gewählt, dass als Schaltelemente die gleichen Halbleiter-Module zur Verwendung kommen wir im Halbstrom-Hochsetzsteller 20. Gegebenenfalls werden mehrere Halbleiter-Module parallel geschaltet, um einen maximal auftretenden Strom im Brems-Chopper 7 schalten zu können.
  • Weiterhin ist in 3 eine bevorzugte Topologien eines Halbstrom-Hochsetzstellers 20 gezeigt, wie sie bereits aus der Schrift EP2355325 grundsätzlich bekannt ist. Eingangsseitig sind an den Halbstrom-Hochsetzsteller 20 ein erster Gleichrichter 3 mit ersten Eingangsanschlüssen 23, 24 und ein zweiter Gleichrichter 3 mit zweiten Eingangsanschlüssen 25, 26 verbunden. Jeweils ein positiver Leistungspfad ist von dem Eingangsanschluss 23 zu einem Ausgangsanschluss 27 und ein negativer Leistungspfad ist von dem Eingangsanschluss 26 zu einem Ausgangsanschluss 28 des Halbstrom-Hochsetzstellers 20 direkt verbunden. Zwischen dem positiven und negativen Leistungspfad ist eine Reihenschaltung einer ersten Diode, verbunden mit einem ersten Schalter 71, verbunden mit einem zweiten Schalter 72, verbunden mit einer zweiten Diode angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen den Schaltern 71, 72 ist weiterhin mit einem Mittelpunkt eines zwischen den Leistungspfaden angeordneten Kondensatoren eines geteilten Zwischenkreises verbunden. Der Eingangsanschluss 24 ist über eine erste Drossel mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Schalter 22 und der zweiten Diode verbunden, und der Eingangsanschluss 25 ist über eine zweite Drossel mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schalter 21 und der ersten Diode verbunden, so dass sich eine überkreuzende Verbindungskonfiguration ergibt. Durch eine synchrone Ansteuerung kann eine an den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen bereitgestellte elektrische Leistung gemeinsam hochgesetzt und an den Ausgangsanschlüssen 27, 28 bereitgestellt werden, während eine asynchrone Ansteuerung zu einer unterschiedlichen Leistungsentnahme zwischen den Eingangsanschlüssen genutzt werden kann. Sofern auf die Möglichkeit einer selektiven Leistungsentnahme an den Eingangsanschlüssen durch asynchrone Taktung verzichtet werden kann, kann auch eine in der Schrift EP2355325 in 1 gezeigte Topologie mit nur einem Schalter genutzt werden. Diese vereinfachte Ausführung eines Halbstrom-Hochsetzstellers kann in diesem Fall anstelle der in den Figuren offenbarten Ausführung eingesetzt werden. Weitere Details der Ansteuerung und Details zu bevorzugten Ausführungen des Halbstrom-Hochsetzstellers können dieser Schrift ebenfalls entnommen werden, deren gesamter Inhalt als Teil dieser Offenbarung gelten soll.
  • Erfindungsgemäß kann zwischen den Anschlüssen 23 und 24 Zwischen den Anschlüssen 24 und 25 und zwischen den Anschlüssen 25 und 26 jeweils ein Kondensator vorgesehen sein. Dieser dient zur Reduzierung der Störaussendung und zur Vermeidung von Überspannungsspitzen. Die Kondensatoren können nur teilweise bestückt sein oder auch entfallen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Synchrongenerator
    2
    Rotor
    3
    Gleichrichter
    4
    Zwischenkreis
    5
    Wechselrichter
    6
    Netz
    7
    Brems-Chopper
    8
    Umrichter
    9
    Kraftwerk
    10
    Phasenanschluss
    11, 12
    Wicklungssystem
    20
    Halbstrom-Hochsetzsteller
    21, 22
    Schalter
    23–26
    Eingangsanschluss
    27, 28
    Ausgangsanschluss
    71, 72
    Schalter
    73
    bifilar gewickelter Widerstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2355325 [0024, 0024]

Claims (10)

  1. Umrichter (8) für ein Kraftwerk, das einen drehzahlvariablen Synchrongenerator (1) mit einem ersten und einem zweiten galvanisch getrennten Wicklungssystem (11, 12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (8) einen Wechselrichter (5) mit einem Halbstrom-Hochsetzsteller (20) mit ersten und zweiten Eingangsanschlüssen als Eingangsstufe umfasst, wobei Phasenanschlüsse (10) des ersten und zweiten Wicklungssystem (11, 12) jeweils über einen zugeordneten Gleichrichter (3) des Umrichters (8) mit zugeordneten Eingangsanschlüssen des Halbstrom-Hochsetzsteller (20) verbunden sind.
  2. Umrichter (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungssysteme (11, 12) symmetrisch zueinander sind.
  3. Umrichter (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Halbstrom-Hochsetzsteller (20) und einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichter (5) ein Brems-Chopper (7) angeordnet ist.
  4. Umrichter (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brems-Chopper (7) einen bifilar gewickelten Widerstand (73) aufweist.
  5. Umrichter (8) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbstrom-Hochsetzsteller (20) und der Brems-Chopper (7) unter Verwendung von Schaltelementen gleichen Typs gebildet sind.
  6. Umrichter (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbstrom-Hochsetzsteller (20) ein zentrales Schaltelement mit zwei in Reihe geschalteten Schaltern (21, 22) aufweist, deren Mittelpunkt mit einem Mittelpunkt eines geteilten Zwischenkreises verbunden ist.
  7. Umrichter (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Halbstrom-Hochsetzsteller (20) derart ausgelegt ist, dass eine Taktung des Halbstrom-Hochsetzstellers (20) nur für Drehzahlen unterhalb 90 % der Nenndrehzahl des Synchrongenerators (1) erforderlich ist.
  8. Windkraftanlage mit einem Umrichter (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  9. Windkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbstrom-Hochsetzsteller (20) sich in einer Gondel der Windkraftanlage und der Wechselrichter (5) sich in einem Turm oder außerhalb des Turmes befindet.
  10. Windkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wechselrichter (5) in einem Turmfuß oder in einem Schaltschrank am Turmfuß befindet.
DE202015104680.4U 2014-09-12 2015-09-03 Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage Active DE202015104680U1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202015104680.4U DE202015104680U1 (de) 2014-09-12 2015-09-03 Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014113200.9 2014-09-12
DE102014113200 2014-09-12
DE202015104680.4U DE202015104680U1 (de) 2014-09-12 2015-09-03 Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202015104680U1 true DE202015104680U1 (de) 2015-09-16

Family

ID=54250366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202015104680.4U Active DE202015104680U1 (de) 2014-09-12 2015-09-03 Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202015104680U1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2355325A2 (de) 2010-01-29 2011-08-10 Diehl AKO Stiftung & Co. KG Schaltungsanordnung mit einem Hochsetzsteller und Wechselrichterschaltung mit einer solchen Schaltungsanordnung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2355325A2 (de) 2010-01-29 2011-08-10 Diehl AKO Stiftung & Co. KG Schaltungsanordnung mit einem Hochsetzsteller und Wechselrichterschaltung mit einer solchen Schaltungsanordnung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2148417B1 (de) Wechselrichterschaltungsanordnung für einen Photovoltaikgenerator mit mehreren eingangs seriell geschalteten Stromrichtern
EP2283233B1 (de) Windenergieanlage und windenergiepark mit einer vielzahl von windenergieanlagen
EP3014725B1 (de) Energiespeichereinrichtung mit gleichspannungsversorgungsschaltung und verfahren zum bereitstellen einer gleichspannung aus einer energiespeichereinrichtung
DE102013212682B4 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
DE102019106485B4 (de) Weissach-Gleichrichteranordnung
EP3602768B1 (de) Windpark mit mehreren windenergieanlagen
DE102012202867A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
WO2008098812A1 (de) Wechselrichter
DE102013212426A1 (de) Umrichteranordnung mit parallel geschalteten Mehrstufen-Umrichtern sowie Verfahren zu deren Steuerung
DE102013221830A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
WO2012104333A1 (de) Verfahren zur lieferung von blindstrom mit einem umrichter sowie umrichteranordnung und energieversorgungsanlage
EP3850721A1 (de) Windpark mit einer leistungsflusseinheit sowie eine solche leistungsflusseinheit
DE102012202856A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
DE102013212692A1 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung
EP2911260A1 (de) Einrichtung zur Einspeisung windkrafterzeugter elektrischer Energie in ein elektrisches Netz
DE102014101571B4 (de) Wechselrichter sowie verfahren zum betrieb eines wechselrichters
DE202015104680U1 (de) Umrichter mit Halbstrom-Hochsetzsteller und Windkraftanlage
EP2608384A1 (de) Modularer Stromrichter mit Fehlererkennung
EP3331118B1 (de) Anlage zum übertragen elektrischer leistung
DE102014100257A1 (de) Modularer Umrichter und Energieübertragungseinrichtung
DE102014114248A1 (de) Energieerzeugungsanlage und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters
DE102013207894A1 (de) Elektrische Schaltung
EP2911286A1 (de) Einrichtung zur Einspeisung windkrafterzeugter elektrischer Energie in ein elektrisches Netz
EP2523339B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Energie mittels einer Photovoltaikanlage mit Ausgleich von Energie zwischen den Zweigen der Gleichspannungsgeneratoren
DE102021119899B4 (de) Verfahren zum betrieb eines wechselrichters und wechselrichter

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years
R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years
R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years