DE60004845T2 - Windkraftanlage und ihr Betriebsverfahren - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Windmühlen, bei dem ein Primärgenerator durch den Windmühlenrotor, möglicherweise mit einem Getriebemechanismus, mit konstanter oder ungefähr konstanter Drehzahl angetrieben wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Windmühle, bei der ein Primärgenerator durch den Rotor der Windmühle, möglicherweise mit einem Getriebemechanismus, mit konstanter oder ungefähr konstanter Drehzahl angetrieben wird.
  • Es ist bekannt, dass bei Windmühlen gewisse Betriebsvorteile erzielt werden können, wenn man Betrieb mit veränderlicher Drehzahl einrichten kann.
  • Die EP-A-0 635 639 offenbart eine Windturbinenvorrichtung mit einem windgetriebenen Rotor, der mit einer Eingangswelle verbunden ist. Diese Vorrichtung ist mit einer Kraftübertragungsvorrichtung mit veränderlichem Umsetzungsverhältnis versehen, die wiederum mit einem Wechselstromgenerator verbunden ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung der Windturbine enthält eine Planetengetriebestufe, die betriebsfähig ist, ein kontinuierlich veränderliches Übersetzungsverhältnis zwischen einer Eingangsdrehung von einem Windrotor und einer Ausgangsdrehung zu einem Stromgenerator zu erzeugen. Dies ist keine Offenbarung eines Schlupfgenerators.
  • Die EP-A-0 314 822 betrifft einen mittels digitaler Schaltungen realisierten Schlupffrequenzgenerator und ein Verfahren zur Erzeugung der gewünschten Schlupffrequenz-Signalform. Obwohl ein Schlupffrequenzgenerator offenbart ist, offenbart dieser Stand der Technik keine relevante Technik.
  • Viele moderne Typen von Windmühlen sind mit einem direkt mit dem Netz verbundenen Asynchrongenerator versehen. Diese Art von Generator hat bedeutende Vorteile. Auch wenn gewisse Anpassungen der Wicklung vorgenommen wurden, ist der direkt mit dem Netz verbundene Asynchrongenerator im Prinzip einfach ein direkt mit dem Netz verbundener Asynchronmotor, der durch eine externe Energiequelle mit einer supersynchronen Drehzahl angetrieben wird. Ein Asynchronmotor mit kurzgeschlossenem Rotor ist die einfachste und robusteste Form von Elektromotor, und der Asynchrongenerator hat dieselben Vorteile. Die einzigen Verschleißteile werden durch die Lager gebildet. Große Produktionszahlen seitens des Motors bedeuten, dass der Preis pro kW der kleinstmögliche ist.
  • Der direkt mit dem Netz verbundene Asynchronmotor mit kurzgeschlossenem Rotor hat in Verbindung mit Windmühlenbetrieb aber auch bedeutende Nachteile. Die Nachteile hängen mit der weitgehend konstanten Drehzahl für diese Art von Generator zusammen. Bei größeren Ausgangsleistungen kann der Generator nur schwer mit einem 1% übersteigenden Schlupf hergestellt werden, da die im Rotor abgegebene Verlustleistung im Prinzip proportional zum Schlupf ist. Wenn der Schlupf die normale 1-%-Grenze übersteigt, werden die Rotorverluste so groß, dass Wärmeprobleme auftreten können. Mit einem Schlupf von 1% oder weniger bleibt die Drehzahl der Windmühle weitgehend konstant.
  • Eine weitgehend konstante Drehzahl ist Voraussetzung für eine der zwei normalen Formen von Leistungssteuerung, Blockierregelung. Er ist zwar gleichzeitig eine Voraussetzung für die Steuerung, andererseits kann zu kleiner Schlupf aber als Folge von Torsionsschwingungen im Kraftübertragungssystem Probleme mit Leistungsschwankungen hervorrufen. Kleiner Schlupf bedeutet kleine Dämpfung im Generator, und daher können kontinuierliche Schwingungen mit einer gewissen nicht unbedeutenden Stärke auftreten.
  • Bei Blockierregelung überwiegen die Vorteile der weitgehend konstanten Drehzahl normalerweise die Nachteile. Anders bei der anderen der zwei normalen Arten von Leistungssteuerung, Blattsteigungsregelung, die beträchtliche Probleme hervorruft. Blattsteigungsregelung basiert auf mechanischer Einstellung der Flügel auf einen anderen Steigungswinkel an der Rotornabe, wenn die Leistung von der gewünschten Leistung abweicht. Wenn der Rotor mehr Leistung vom Wind aufnimmt als vom Generator aufgenommen wird, beschleunigt der Generator, bis wieder ein Gleichgewicht zwischen der aufgenommenen und abgegebenen Leistung besteht. Wenn der Generatorschlupf klein ist, benötigt der Generator nur eine geringe Beschleunigung, um eine bedeutend verschiedene Leistung abzugeben. Die Zeit für das Steuersystem zum Einstellen der Flügel wird daher sehr kurz, und in der Praxis haben blattsteigungsgeregelte Mühlen mit direkt mit dem Netz verbundenem Asynchrongenerator große Leistungsschwankungen aufgrund von Veränderungen der Windgeschwindigkeit.
  • Der direkt mit dem Netz verbundene Asynchrongenerator hat außerdem gewisse beträchtliche Unzulänglichkeiten im Zusammenhang mit der Netzqualität. Erstens erfordert die Berücksichtigung von Spannungsschwankungen im Netz, dass das Einkuppeln des Generators mit Leistungselektronik erfolgt, da das Einkuppeln mit traditionellen Schützen große Spannungsschwankungen mit sich bringt. Zweitens hat der Asynchrongenerator einen nicht unwesentlichen Verbrauch an Blindleistung zur Magnetisierung. Normalerweise muss man eine Windmühle mit direkt mit dem Netz verbundenem Asynchrongenerator mit einem Phasenausgleich versehen, typischerweise in Form einer Kondensatorbatterie.
  • Das Problem mit dem Blindleistungsverbrauch kann im Prinzip mittels eines direkt mit dem Netz verbundenem Synchrongenerators gelöst werden. Dieser Typ von Generator hat seine eigenen technischen Nachteile, einschließlich eines gewickelten Rotors. Andererseits sind die Netzbedingungen gut. Waren, die Anforderungen an die Netzbedingungen groß, konnte argumentiert werden, dass die Nachteile des Synchrongenerators akzeptabel sind. Der Grund, dass dieser Typ von Generator ohne spezielle Maßnahmen überhaupt nicht in einer direkt mit dem Netz verbundenen Version verwendet werden kann, ist, dass der Schlupf des Synchrongenerators gleich 0 ist. Die oben erwähnten Nachteile des Asynchrongenerators; mit geringem Schlupf erreichen bei dem direkt mit dem Netz verbundenen Synchrongenerator ihre extremste Form, und ein Betrieb mit Schlupf 0 ist wegen Leistungsschwankungen praktisch unmöglich. Der Synchrongenerator kann nur dann in direkter Verbindung mit dem Netz verwendet werden, wenn auf andere Weise ein Schlupf zwischen Getriebe und Generator hergestellt wird. So ein Schlupf kann z.B. mit einer hydraulischen Kupplung erzeugt werden. Jedoch ist es schwierig, auf diese Weise mehr als ein paar Prozent Schlupf zu erzeugen, und normalerweise reicht er nicht aus, um eine vollkommen zufriedenstellende Regelung sicherzustellen.
  • Größerer Schlupf kann mittels einer elektrischen Wirbelstromkupplung erzielt werden. Wird so eine Kupplung mit einstellbarer Magnetisierung versehen, kann der Schlupf geregelt werden, und die Kupplung kann so eingestellt werden, dass das Drehmoment von einem gewissen Schlupf z.B. eine hyperbolische Funktion der Drehzahl wird, wodurch die Ausgangsleistung auf Nennleistung gehalten werden kann. Eine Wirbelstromkupplung gibt zwar die notwendige Regelungsmöglichkeit, sie hat aber einige sehr bedeutende Nachteile. Der wichtigste Nachteil ist wahrscheinlich, dass die Leistung aus dem Schlupf als Wärme in der Kupplung abgegeben wird. Wenn die Windmühle z.B. eine Nennleistung von 1 MW hat und ein Schlupf von 10% erwünscht ist, werden bis zu 100 kW als Wärme in der Kupplung abgegeben. In der Praxis bringt dies solche Anforderungen an Größe und Kühlung der Kupplung mit sich, dass diese Lösung wirtschaftlich ungünstig ist. Ein sekundärer Nachteil ist, dass auch bei Teillast ein gewisser Schlupf notwendig ist, da ein Synchrongenerator andernfalls Leistungsschwankungen verursacht. Und auch in diesem Betriebsbereich wird die Schlupfleistung als Wärme abgegeben. Der Verlust durch Betrieb bei Nennleistung kann zwar aus Sicht des Wirkungsgrades als unwesentlich bezeichnet werden, da reichlich Eingangsleistung zur Verfügung steht und der Verlust somit nur auf die Dimensionierung und Kühlung der Kupplung Einfluss hat, bei Teillast ist der Verlust aus Sicht des Wirkungsgrades aber klar ungünstig. Bei Windgeschwindigkeiten, bei denen die Windmühle nicht die Maximalleistung erbringt, ist es wichtig, dass der Wirkungsgrad so gut wie möglich ist, und ein als Abwärme auftretender Schlupf ist hier nur ein Nachteil.
  • Die Nachteile in Verbindung mit dem direkt mit dem Netz verbundenen Asynchrongenerator mit kurzgeschlossenem Rotor sind seit Langem allgemein bekannt. Für blockiergeregelte Windmühlen, bei denen die Leistungsregelung eine ungefähr konstante Drehzahl voraussetzt, wird der Asynchrongenerator normalerweise als eine Lösung nahe am Optimum angesehen, und man hat die Anstrengungen daher darauf konzentriert, die damit verbundenen Probleme zu mildern. Man hat Verfahren zum Einstellen des Schlupfes bei der Herstellung des Generators selbst entwickelt, so dass die Spezifikationen des Generators im Hinblick auf die dynamischen Eigenschaften des aktuellen Windmühlentyps optimiert werden können. Man hat elektronische Kupplungssysteme entwickelt, und Phasenausgleichssysteme mit sowohl fester als auch einstellbarer Phase können als Standard geliefert werden.
  • Für blattsteigungsgeregelte Windmühlen ist die Situation anders. Die mit dem Betrieb durch Blattsteigungsregelung und kleinem Schlupf verbundenen Nachteile haben sich als bedeutend erwiesen, und weitgehend alle kommerziellen Windmühlen mit Blattsteigungsregelung haben irgendeine Form von veränderlicher Drehzahl.
  • Die veränderliche Drehzahl kann auf verschiedene Weise eingerichtet werden.
  • In einer einfachen Ausführungsform kann der direkt mit dem Netz verbundene Asynchrongenerator mit kurzgeschlossenem Rotor durch einen ebenfalls direkt mit dem Netz verbundenen Asynchrongenerator mit gewickeltem Rotor, Schlupfringen und externen Widerständen ersetzt werden. Bei dieser Gestaltung wird der größere Teil des Rotorverlustes in den externen Widerständen abgegeben, und der Schlupf ist proportional zur Rotorleistung. Es kann ein beliebig großer Schlupf erzielt werden. Die Gestaltung hat jedoch bedeutende Nachteile. Man muss einen gewickelten Rotor und Schlupfringe verwenden, beides kostensteigernde Elemente, und mit Schlupfringen und ihren Bürsten werden Verschleißteile eingeführt, die die Robustheit des Generators beträchtlich vermindern. Wenn eine bedeutende Zunahme des Schlupfes erreicht werden muss, wird der Rotorverlust unerwünscht auch bei Teillast beträchtlich, und normalerweise wird es daher notwendig, eine Art von Regelung der externen Widerstände einzuführen, wodurch weitere Kompliziertheit verursacht wird.
  • In einer fortgeschritteneren Ausführungsform wird ein direkt mit dem Netz verbundener Asynchrongenerator mit gewickeltem Rotor verwendet, bei dem die Schlupfringe und die externen Widerstände durch am Rotor montierte Leistungselektronik und Widerstände ersetzt sind. Wie in der Ausführungsform mit externen Widerständen ist der Schlupf proportional zur Rotorleistung, und mit der Leistungselektronik kann der elektrische Widerstand so geregelt werden, dass die Verluste bei Teillast möglichst klein werden. Die Schwierigkeiten mit Schlupfringen und Bürsten werden zwar vermieden, diese Anordnung hat jedoch wesentliche Nachteile. Man muss immer noch einen gewickelten Rotor verwenden, und das Entfernen der Schlupfringe impliziert Anwendung von rotierender Leistungselektronik, die mit der stationären Steuerung der Windmühle in Verbindung steht, was wiederum die Robustheit des Generators auf ein bedeutendes Maß vermindert. Da die Widerstände nicht extern sind, gibt es Grenzen für die Größe der Wärmelast, die abgeleitet werden kann, und dadurch, wie groß der Schlupf sein kann. Typischerweise werden Werte von 10% angezeigt.
  • Den zwei oben erwähnten Lösungen ist gemeinsam, dass mit vergrößertem Schlupf nur Aufwärtsregelung der Drehzahl verglichen mit der synchronen Drehzahl möglich ist, keine Abwärtsregelung. Hinzu kommt, dass das Problem mit dem Blindverbrauch für Magnetisierung für den Asynchrongenerator unverändert bleibt, so dass immer noch ein externer Phasenausgleich zu verwenden ist.
  • In einer dritten Ausführungsform wird das Problem mit dem Blindverbrauch gleichzeitig mit größerer Drehzahlflexibilität gelöst. Wieder wird ein direkt mit dem Netz verbundener Asynchrongenerator mit gewickeltem Rotor und Schlupfringen verwendet, jedoch werden die externen Widerstände durch einen 4-Quadranten-Frequenzwandler ersetzt, der mit dem Netz gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die im Rotor abgegebene Leistung umgewandelt und an das Netz zurückgeführt werden. Die Nennleistung des Stators kann entsprechend reduziert werden, mit einem Leistungsbeitrag vom Rotor. Durch geeignete Dimensionierung des Frequenzwandlers kann der Statorwicklung Blindleistung zugeführt werden, und die Notwendigkeit für externen Phasenausgleich kann beseitigt werden. Im Gegensatz zu den oben erwähnten Lösungen kann die Drehzahl sowohl hoch- als auch heruntergeregelt werden, und es ist hauptsächlich die Dimensionierung des Frequenzwandlers, die den Drehzahlveränderungen Grenzen setzt. Die Dimensionierung ist nicht ganz einfach, wenn der Frequenzwandler außerdem dem Stator Blindleistung zuführen muss, jedoch gilt allgemein, dass der Frequenzwandler eine Größe im Vergleich zum Stator entsprechend dem gewünschten Schlupf haben muss. Typischerweise kann ein Regelungsbereich von +/- 20% erforderlich sein.
  • Trotz der größeren Flexibilität hat die Anordnung mit einem Frequenzwandler auf einem gewickelten Rotor jedoch ihre spezifischen Nachteile. Man muss immer noch einen gewickelten Rotor und Schlupfringe verwenden. Da die Rotorspannung proportional zum Schlupf ist, können außerdem schädliche Überspannungen am Frequenzwandler auftreten, wenn der Schlupf während der Regelung den gewünschten Wert übersteigt. Umgekehrt ist eine Regelung nahe an der synchronen Drehzahl gewöhnlich nicht möglich, da der Schlupf hier klein ist, womit die Spannungen klein sind.
  • In einer vierten Ausführungsform wird ein direkt mit dem Netz verbundener Asynchron generator mit kurzgeschlossenem Rotor verwendet, der mit einem 4-Quadranten-Frequenzwandler verbunden ist, der mit dem Netz gekoppelt ist. Auf diese Weise wird die ganze Leistung umgewandelt, bevor sie an das Netz zurückgeführt wird. Der Frequenzwandler kann dem Generator Blindleistung zuführen, und die Notwendigkeit für externen Phasenausgleich kann beseitigt werden. Die Drehzahl kann sowohl hoch- als auch heruntergeregelt werden, und da der Frequenzwandler auf Vollleistung dimensioniert ist, ist der Regelungsbereich typischerweise 10 bis 150%.
  • Trotz der einfacheren Konstruktion, bei der der robuste Kurzschlußkäfiggenerator verwendet werden kann, hat jedoch auch die Anordnung mit voller Frequenzwandlung ihre eigenen Nachteile. Der Frequenzwandler selbst wird groß und kostspielig, da er die gesamte Leistung übertragen muss. Die Verluste im Frequenzwandler werden entsprechend groß, typischerweise 3 bis 4% der Generatorleistung. Dies führt zu beträchtlichen Kühlungsanforderungen, und die physischen Abmessungen des Frequenzwandlers selbst können implizieren, dass er nur mit Schwierigkeiten in der Windmühle selbst angeordnet werden kann. Obwohl durch den Frequenzwandler aus statischer Sicht gute Netzbedingungen erzielt werden können, gibt ein Frequenzwandler bis zu einem gewissen Grade auch harmonische Überfrequenzen auf das Netz. Dies gilt auch für die Lösung mit einem Frequenzwandler auf der Rotorseite, nur dass in dieser Situation der Statorkreis bis zu einem gewissen Grade als Filter arbeitet. In der hier erwähnten Lösung mit voller Frequenzwandlung werden die Überfrequenzen nicht gefiltert, und es kann erforderlich sein, außerdem externe Reaktoren und außerdem einen Spezialtyp von Transformator zu verwenden, der zur Filterung beiträgt.
  • Es sind viele weitere Kombinationen von Typen von Generatoren und Frequenzwandlern bekannt, einschließlich fortgeschrittenerer Rotorgestaltungen, dauermagnetisierter Generatoren usw., allen gemeinsam ist aber, dass sie immer noch ihre individuellen Nachteile haben.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von Windmühlen mit veränderlicher Drehzahl bereitzustellen, die die mit den bekannten Verfahren verbundenen Nachteile vermindern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein in der Einleitung erwähntes Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem Rotor der Windmühle und dem Primärgenerator eine Vorrichtung angeordnet ist, die einen Schlupfgenerator und einen daran angepassten Frequenzwandler oder Widerstand aufweist und die das Drehmoment mit einem gewissen Schlupfbetrag zum Primärgenerator übertragen kann, und wobei die aus dem Schlupf stammende Leistung über den Schlupfgenerator und den Frequenzwandler für das Stromnetz wiedergewonnen werden kann oder über den Widerstand an einem wahlfreien Ort als Wärme abgegeben werden kann.
  • Die Windmühle gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor der Windmühle und dem Primärgenerator eine Vorrichtung angeordnet ist, die einen Schlupfgenerator und den daran angepassten Frequenzwandler oder Widerstand aufweist und die das Drehmoment mit einem gewissen Schlupfbetrag zum Primärgenerator übertragen kann, und wobei die aus dem Schlupf stammende Leistung über den Schlupfgenerator und den Frequenzwandler für das Stromnetz wiedergewonnen werden kann oder über den Widerstand an einem wahlfreien Ort als Wärme abgegeben werden kann.
  • Somit wird eine Lösung bereitgestellt, die auf einem zwischen dem Getriebe und dem Primärgenerator eingefügten regenerativen Schlupfgenerator basiert. Der regenerative Schlupfgenerator kann als Sekundärgenerator angesehen werden, dessen Ausgangsleistung proportional zum Schlupf ist. Der Schlupfgenerator wird mit einem Frequenzwandler gesteuert, der die Leistung aus dem Schlupf an das Netz zurückführt. Man kann sagen, dass der Schlupfgenerator als Schlupfkupplung wirkt.
  • Alternativ wird entweder ein fester oder ein einstellbarer Widerstand (ein Heizelement) verwendet, was es ermöglicht, die Wärme an einem wahlfreien Ort, wo der Widerstand montiert ist, als Wärme abzugeben.
  • Diese Lösungen können viele Vorteile haben.
  • Der Primärgenerator kann als Standard-Synchrongenerator mit den damit verbundenen Vorteilen hinsichtlich der Netzbedingungen konstruiert werden. Da der Synchrongenerator nicht mit einem Frequenzwandler versehen werden muss, erfordert nicht die normalerweise dafür erforderlichen speziellen Modifizierungen, wie isolierte Lager und besonderen Schutz gegen Einschaltstöße. Durch Herstellung des Schlupfgenerators als getrennte Einheit wird daher der Vorteil erzielt, dass der Primärgenerator ein Standardgenerator ohne vergrößerte Kompliziertheit sein kann.
  • Die Gesamtleistung der Windmühle wird die Summe der Leistung des Schlupfgenerators und des Primärgenerators. Der Primärgenerator braucht daher weniger Leistung als die Nennleistung der Windmühle zu erbringen. Die Dimensionierung erfolgt auf Basis der Notwendigkeit für Drehzahlveränderung. Experimente zeigen, dass eine Drehzahlveränderung von weniger als 10% für eine zufriedenstellende Regelung ausreicht. Mit einer etwas konservativen Dimensionierung kann der Schlupfgenerator z.B. entsprechend einem normalen Schlupf von 10% und dadurch einer Leistung von 10% der Nennleistung der Windmühle hergestellt werden. Der Primärgenerator wird dann so hergestellt, dass er 90% der Nennleistung der Windmühle erbringt.
  • Wird der Schlupfgenerator entsprechend einem Schlupf von 10% hergestellt, muss auch der Frequenzwandler, der den Schlupfgenerator steuert, nur eine Leistung von 10% der Nennleistung der Windmühle haben. Dies bedeutet, dass die Verluste in und die harmonischen Störungen aus dem Frequenzwandler verglichen mit den Situationen, in denen der Frequenzwandler die gesamte Leistung übertragen muss, beträchtlich vermindert sind.
  • Mit einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Schlupfgenerators kann der sehr bedeutende Vorteil erzielt werden, dass eine vorhandene Windmühle nachträglich damit ausgerüstet werden kann. Dadurch kann eine Windmühle, die ungünstige Betriebsbedingungen bei konstanter Drehzahl zu haben scheint, ohne wesentliche Maßnahmen leicht für veränderliche Drehzahl umgebaut werden.
  • Der Schlupfgenerator kann im Prinzip eine ungefähr lineare Drehmomentcharakteristik bei reiner ohmscher Last haben. Dadurch erhält man die Möglichkeit von Redundanz im System, wenn der Frequenzwandler versagen sollte. Im Falle von Ausfall des Wandlers wird der Ausgang des Schlupfgenerators mit Widerständen kurzgeschlossen, und die Windmühle kann weiterarbeiten. Der Schlupfgenerator wirkt als Reibungskupplung, deren Charakteristik derjenigen einer hydraulischen Kupplung entspricht, mit dem mit der hydraulischen Kupplung verbundenen Nachteil in Form von lastabhängigem Verlust, aber obgleich diese Betriebsart auf lange Sicht nicht wünschenswert ist, ist sie einer Situation stark vorzuziehen, in der die Windmühle stillstehen muss. Nicht zuletzt auf seegestützten Windmühlenfarmen, wo die Zugangsbedingungen schwierig sein können, kann eine automatische Nebenkupplung des Frequenzwandlers im Falle von Ausfall eine beträchtliche Zunahme an Sicherheit gegen Verfügbarkeitsverlust bringen.
  • Verglichen mit Windmühlen mit direkter Kopplung von Getriebe und Generator kann durch den Schlupfgenerator der Vorteil erzielt werden, dass die Regelung des Schlupfgenerators durch den Frequenzwandler so eingestellt werden kann, dass das Drehmoment nur in einer Richtung vom Getriebe zum Generator übertragen wird. Hierdurch wird vermieden, dass die Windmühle bei kurzen Abfällen der Windgeschwindigkeit nach Art eines Ventilators Leistung absorbieren kann, wenn die mittlere Windgeschwindigkeit über der Geschwindigkeit liegt, bei der die Windmühle Leistung zu erbringen beginnt.
  • Der Schlupfgenerator hat weiterhin den Vorteil, dass er mit einer wohldefinierten Obergrenze für seine Drehmoment-Tauglichkeit hergestellt werden kann. Dadurch wirkt er bei kurzen Drehmomentstößen vom Primärgenerator als Schlupfkupplung. Solche Drehmomentstöße können z.B. durch Netzstörungen auftreten und können durch direkte Kopplung von Getriebe und Generator Schäden am Getriebe verursachen. Mit dem Schlupfgenerator kann die Gefahr von Schäden vollständig beseitigt werden.
  • Beim Einkuppeln der Windmühle müssen sowohl die Phasen- als auch die Frequenzbedingungen für den Primärgenerator zum Netz passen. Die Möglichkeit von ohmscher Belastung des Schlupfgenerators kann verwendet werden, um in einer Einkuppelsituation besondere Vorteile zu erzielen. Der Startpunkt ist, dass die Windmühle stillsteht und zum Betrieb freigegeben wird. Der Rotor der Windmühle wird durch den Wind beschleunigt. Der Frequenzwandler des Schlupfgenerators wird mit Widerständen nebengekuppelt, die so dimensioniert sind, dass die Charakteristik der Kupplung einem relativ großem Schlupf entspricht. Da das Trägheitsmoment des Primärgenerators relativ klein ist, wird der Rotor des Generators während der Beschleunigungsphase ungefähr mit derselben Drehzahl wie die Ausgangswelle des Getriebes angetrieben. Wenn die synchrone Drehzahl erreicht ist, wird die Drehzahl durch Blattsteigungsregelung des Rotors der Windmühle so weit wie möglich auf synchroner Drehzahl gehalten. Wegen der Turbulenz des Windes wird die Drehzahl jedoch manchmal schwanken. Während die Drehzahl ungefähr auf synchroner Drehzahl gehalten wird, wird der Primärgenerator mittels des Frequenzwandlers, der in dieser Situation nicht zum Betrieb des Schlupfgenerators nötig ist, der eine rein ohmsche Last hat, am Netz eingekuppelt. Das Einkuppeln kann allmählich stattfinden, so dass die Phasen- und Frequenzbedingungen für den Generator sanft an das Netz angepasst werden. Das Einkuppeln wird beendet, indem die Frequenz mit einem Schutz nebengekuppelt wird, wenn die Netz- und Generatorseiten des Frequenzwandlers vollständig synchronisiert sind. Der Primärgenerator ist nun direkt mit dem Netz gekoppelt. Die Dimensionierung der Widerstände des Generators zu einem relativ großen Schlupf impliziert, dass Drehzahlveränderungen keine inakzeptablen Leistungsschwankungen vom Primärgenerator erzeugen. Der Frequenzwandler wird nun mit dem Schlupfgenerator verbunden, die ohmsche Last des Schlupfgenerators wird entkuppelt, und der Frequenzwandler kann dann die Kupplung wie gewünscht steuern und regeln.
  • Durch das obige Verfahren zum Einkuppeln wird die Verwendung von konventioneller Synchronisierungsausrüstung für den Primärgenerator vermieden, was allein in einer Einsparung resultieren kann. Noch wichtiger ist jedoch, dass das Einkuppeln auf eine beliebig sanfte Weise gewählt werden kann, so dass der Primärgenerator auch mit sehr schwachen Netzen gekoppelt werden kann, ohne Spannungsschwankungen zu erfahren.
  • In seiner grundlegenden Form ist der Schlupfgenerator ein langsam laufender Generator, der drehsymmetrisch oder auf andere Weise ausgeglichen ist, so dass sowohl Stator als auch Rotor eine Drehung mit der Nenndrehzahl des Primärgenerators der Windmühle ertragen, vorzugsweise 1500 Umdrehungen pro Minute.
  • Der Schlupfgenerator kann zweckmäßig für eine Nenndrehzahl (relativ zwischen Stator und Rotor des Schlupfgenerators) von 150 Umdrehungen pro Minute ausgelegt werden. Die Relativdrehzahl zwischen Stator und Rotor im Schlupfgenerator wird dann als die interne Drehzahl bezeichnet, und die Drehzahl, mit der beide Komponenten drehen gelassen werden, wird als die externe Drehzahl bezeichnet.
  • Der Schlupfgenerator kann für ein Nenndrehmoment entsprechend dem Drehmoment für den Primärgenerator ausgelegt werden. Es ist ein Vorteil, wenn das Drehmoment über den ganzen internen Drehzahlbereich des Schlupfgenerators aufrechterhalten werden kann. Für eine 1-MW-Windmühle kann dieses Drehmoment 7 kNm sein.
  • Somit ist ein mehrpoliger, langsam laufender Generator vorzusehen, der unabhängig von der internen Drehzahl ein ungefähr konstantes Drehmoment erbringen kann und der gleichzeitig Drehzahlen von 1500 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise etwas mehr aushalten kann.
  • Für eine 1-MW-Windmühle mit 7 kNm beträgt die Leistung im Schlupfgenerator ungefähr 100 kW bei einer internen Nenndrehzahl von 150 Umdrehungen pro Minute. Bei einer internen Drehzahl von 0 Umdrehungen pro Minute, bei der das Drehmoment auf 7 kNm gehalten wird, ist die Wirkleistung natürlich gleich 0, während es im Gegenteil einen kleinen Verlust zum Aufrechterhalten eines stationären Magnetfeldes gibt, das den Rotor erhalten kann.
  • Sofern es einen sicher arbeitenden Frequenzwandler gibt, ist es somit möglich, den Schlupfgenerator mit aufrechterhaltenem vollen Drehmoment in einem internen Drehzahlbereich von –150 bis +150 Umdrehungen pro Minute zu betreiben. Somit kann der Schlupfgenerator als eine völlig starre Kupplung zwischen dem Getriebe und dem Primärgenerator wirken, er kann aber auch bis zu 10% Drehzahldifferenz oder mehr zwischen dem Getriebe und der Generatorwelle verursachen, wenn die externe Nenndrehzahl gleich 1500 Umdrehungen pro Minute ist.
  • Durch Belastung mit einem festen Widerstand, der als Heizelement wirkt, wird ein Drehmoment erzielt, das bei einer internen Drehzahl von 0 gleich 0 ist und das bei der internen Nenndrehzahl maximal ist. Diese Gestaltung ist im Sinne der Regelung passiv, könnte einem Motor oder Generator mit kleinem oder keinem Schlupf jedoch einen externen Schlupf geben, was in manchen Situationen Torsionsschwingungen verhindern kann. In dieser Anwendung hat der Schlupfgenerator die Funktion, für die man häufig hydraulische Kupplungen oder Wirbelstromkupplungen verwendet. Es besteht aber der Vorteil, dass Abwärme aus dem Schlupf nicht in der Kupplung, sondern an dem wahlfreien Ort des Heizelements abgegeben wird.
  • Bei Belastung mit einem einstellbaren Widerstand ist es möglich, anfänglich mit einem Kurzschluss zu arbeiten und den Widerstand allmählich zu vergrößern. Hier würde der Schlupfgenerator ein Drehmoment erbringen, das größer wird, wenn die interne Drehzahl 0 übersteigt. Durch Einkuppeln des einstellbaren Widerstandes ist es möglich, das volle Drehmoment von der Drehzahl 0 bis zur internen Nenndrehzahl aufrechtzuerhalten. Hierdurch kann eine gleichförmige Last bei externer Nennleistung erzielt werden, und man kann sagen, dass die Funktion erfüllt wird, die frühere hydraulische Kupplungen oder Wirbelstromkupplungen hatten. Auch hier wird ein Vorteil erzielt, indem Abwärme aus dem Schlupf nicht in der Kupplung, sondern an dem wahlfreien Ort des Heizelements abgegeben wird.
  • Mit einer Konstruktion einer Windmühle gemäß der Erfindung, bei der der Schlupfgenerator von dem Frequenzwandler belastet oder gespeist wird, kann man innerhalb von +/- interne Nenndrehzahl mit wahlfreier Drehmomentbelastung arbeiten. Verglichen mit einer Konstruktion mit Widerständen besteht somit die Möglichkeit eines erweiterten Drehzahlbereichs und gleichzeitig voller Flexibilität bei der Regelung, auch wenn der Generator in den Motorbereich hinuntergeht und gleichzeitig die Schlupfleistung wiedergewonnen und dem Stromnetz zugeführt wird.
  • Wegen der Mittel zur Erzielung der gewünschten Wirkung wird auf die Ansprüche Bezug genommen.
  • Es folgt eine nähere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren. Der Primärgenerator in der Beschreibung sei ein Synchrongenerator mit fester Drehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute, während der Schlupfgenerator ein Synchrongenerator sei, der mit einem Frequenzwandler versehen ist, der einen Drehzahlbereich von 0 bis 250 Umdrehungen pro Minute in der Kupplung ergibt. In einer realen Ausführungsform können andere Generatortypen und Drehzahlbereiche gewählt werden.
  • Beschreibung der Zeichnung
  • Es folgt eine nähere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der:
  • 1 eine Teilansicht eines Kraftübertragungssystems einer Windmühle gemäß der Erfindung ist,
  • 2 ein vergrößertes Detail von 1 ist, und
  • 3 bis 6 Kurven für Drehmoment- und Leistungsbedingungen bei einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Windmühle sind.
  • 1 zeigt ein Detail eines Kraftübertragungssystems in einer Windmühle gemäß der Erfindung. Ein Getriebe 1 ist mit einer Bremsscheibe 2 und einem Bremssattel 3 versehen. Eine elastische Kupplung 4 verbindet das Getriebe mit einem Schlupfgenerator 5. Der Schlupfgenerator wird von einem Primärgenerator 16 getragen, so dass der Schlupfgenerator zwischen dem Getriebe und dem Primärgenerator montiert ist. Die Kupplung ist im Halbquerschnitt gezeigt, während die meisten anderen Komponenten, die bei Windmühlen Standard sind, in normaler Seitenansicht gezeigt sind.
  • 2 zeigt, dass die elastische Kupplung 4 ein elastisches Element 15 aufweist. Das Statorgehäuse 6 des Schlupfgenerators ist mit einer Statorpackung 7 und einer Statorwicklung 8 versehen. Das Statorgehäuse ist mit einem Verbindungsstück 9 mit dem elastischen Kupplungselement 15 verbunden. Das Verbindungsstück trägt die Schlupfringe 10, die die Leistung von der Statorwicklung 8 aufnehmen. Der Rotor der Kupplung hat eine Hohlwelle 11, die auf der Welle 12 des Primärgenerators montiert ist. Der Rotor 13 trägt eine Anzahl von Polen 14, hier als Dauermagneten hergestellt. Ein Frequenzwandler und Widerstände für die Kupplung sind in der Figur nicht gezeigt.
  • 3 zeigt ein Beispiel für eine Drehmomentcharakteristik eines gemäß der Erfindung hergestellten Schlupfgenerators.
  • Wenn der Schlupf gleich 0 ist, hält die Primärgeneratorwelle mit der Ausgangswelle des Getriebes Schritt, und das Kupplungsdrehmoment ist gleich 0. Wenn die Drehzahl des Getriebes zunimmt, nimmt auch der Schlupf zu, und die Drehmomentcharakteristik ist von 0 bis 5% Schlupf ungefähr linear. Wenn das volle Drehmoment erreicht worden ist, ändert sich die Drehmomentcharakteristik des Schlupfgenerators so, dass das Drehmoment in eine hyperbolische Funktion des Schlupfes umgeformt wird. Wenn der Schlupf eine bestimmte Grenze übersteigt, findet Umschalten auf eine neue hyperbolische Funktion statt, die die Leistung des Schlupfgenerators auf einem bestimmten Pegel hält, um thermische Überlastung der Kupplung zu vermeiden.
  • 4 zeigt die Leistungsbedingungen der Windmühle als Resultat einer Drehmomentcharakteristik wie in 3 gezeigt.
  • Bei der synchronen Drehzahl, 100%, hält die Primärgeneratorwelle mit der Getriebeausgangswelle Schritt, und im Schlupfgenerator wird keine Leistung abgegeben. Wenn die Drehzahl des Getriebes zunimmt, nimmt der Schlupf zwischen dem Getriebe und dem Generator zu, und im Schlupfgenerator wird ein größeres Drehmoment übertragen. Wenn bei 5% Schlupf volles Drehmoment erreicht ist, erbringt die Windmühle 100% Leistung. Die Drehmomentcharakteristik des Schlupfgenerators ändert sich wie in 3 gezeigt, so dass die Gesamtleistung auf 100% gehalten wird. Wenn die Drehzahl zunimmt, nimmt auch die von der Kupplung absorbierte Leistung zu (obwohl das Drehmoment etwas abnimmt), und die Leistung des Primärgenerators fällt entsprechend, so dass die Gesamtleistung konstant wird. Diese Charakteristik erfordert keinerlei Steuerung des Primärgenerators, sondern wird durch die klare Verbindung von Drehzahl und Drehmoment am Schlupfgenerator erreicht, gesteuert durch den Frequenzwandler. Wenn der Schlupf eine bestimmte Grenze übersteigt, wird der Schlupfgenerator auf einem bestimmten Pegel gehalten, um Überlastung zu vermeiden, und die Gesamtleistung der Windmühle beginnt wieder zu fallen.
  • Die gezeigte Charakteristik ist nur ein Beispiel für ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb der Windmühle. Mit dem Schlupfgenerator sind viele andere Drehmomentcharakteristiken und dadurch Gesamtcharakteristiken für die Windmühle möglich. Eine spezielle Gruppe wird durch Charakteristiken gebildet, bei denen der Schlupfgenerator im unteren Teil des Betriebsbereichs als Motor betrieben wird. Dadurch kann der Drehzahlbereich der Windmühle beträchtlich erweitert werden.
  • 5 zeigt ein Beispiel für eine Drehmomentcharakteristik eines Schlupfgenerators gemäß der Erfindung, wobei die Kupplung in einem Teil des Betriebsbereichs als Motor betrieben wird.
  • Die Kupplung wird als Motor mit einer Drehmomentcharakteristik betrieben, die eine lineare Funktion des Schlupfes ist. Wenn der Schlupf gleich 0 ist, hält die Primärgeneratorwelle mit der Getriebeausgangswelle Schritt, und das Drehmoment der Kupplung ist maximal. Die Drehmomentcharakteristik des Schlupfgenerators ändert sich hier so, dass das Drehmoment in eine hyperbolische Funktion des Schlupfes umgeformt wird, während die Kupplung gleichzeitig als Generator zu arbeiten beginnt. Wenn der Schlupf eine bestimmte Grenze übersteigt, findet Umschalten auf eine neue hyperbolische Funktion statt, die die Leistung des Schlupfgenerators auf einem bestimmten Pegel hält, um thermische Überlastung der Kupplung zu vermeiden.
  • 6 zeigt die Leistungsbedingungen für die ganze Windmühle als Resultat einer Drehmomentcharakteristik wie in 5 gezeigt.
  • Bei der subsynchronen Drehzahl, hier 70%, wo die Kupplung Drehmoment zu erbringen anfängt, beginnt die Windmühle Leistung zu erbringen. Im Bereich von 0 bis 100% Leistung erbringt der Primärgenerator zusätzliche Leistung im Vergleich mit der von der Windmühle erbrachten Leistung, die der von der Kupplung als Motor absorbierten Leistung entspricht. Wenn der Schlupf gleich 0 ist, wird das Drehmoment der Kupplung maximal, aber da der Schlupf gleich 0 ist, wird keine Leistung im Schlupfgenerator abgegeben. Die Gesamtleistung wird hier vom Primärgenerator erbracht, und der Pegel wurde als 100% der Nennleistung gewählt. Hier ändert sich die Drehmomentcharakteristik des Schlupfgenerators wie in 5 gezeigt, so dass die Gesamtleistung auf 100% gehalten wird. Wenn die Drehzahl zunimmt, steigt auch die von der Kupplung absorbierte Leistung an (obwohl das Drehmoment etwas abfällt), und die Leistung vom Primärgenerator fällt entsprechend, so dass die Gesamtleistung konstant wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Windmühle, bei der ein Primärgenerator (16) durch den Windmühlenrotor, möglicherweise durch einen Getriebemechanismus, mit konstanter oder ungefähr konstanter Drehzahl angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor der Windmühle und dem Primärgenerator eine Vorrichtung angeordnet ist, die einen Schlupfgenerator (5) und einen daran angepassten Frequenzwandler oder Widerstand aufweist und die das Drehmoment mit einem gewissen Schlupfbetrag zum Primärgenerator (16) übertragen kann, und wobei die aus dem Schlupf stammende Leistung über den Schlupfgenerator (5) und den Frequenzwandler für das Stromnetz wiedergewonnen werden kann oder über den Widerstand an einem wahlfreien Ort als Wärme abgegeben werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment in der Vorrichtung auf eine solche Weise geregelt wird, dass die Gesamtausgangsleistung der Windmühle über einen gewissen Schlupfbereich konstant gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung sowohl als Motor als auch als Generator betrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Schlupf zwischen dem Windmühlenrotor und dem Primärgenerator (16) stammende Leistung dem Stromnetz durch den Frequenzwandler zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf zwischen dem Windmühlenrotor und dem Primärgenerator (1E) eine Größe von –50% bis +50% hat.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler der Vorrichtung vorübergehend von der Vorrichtung getrennt wird und beim Synchronisieren des Primärgenerators (16) auf das Stromnetz verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand in Konstruktionen mit wenig Schlupf verwendet wird, um Torsionsschwingungen und dergleichen zu verhindern.
  8. Windmühle, bei der ein Primärgenerator durch den Rotor der Windmühle, möglicherweise mit einem Getriebemechanismus (1), mit konstanter oder ungefähr konstanter Drehzahl angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor der Windmühle und dem Primärgenerator (16) eine Vorrichtung angeordnet ist, die einen Schlupfgenerator (5) und den daran angepassten Frequenzwandler oder Widerstand aufweist und die das Drehmoment mit einem gewissen Schlupfbetrag zum Primärgenerator (16) übertragen kann, und wobei die aus dem Schlupf stammende Leistung über den Schlupfgenerator (5) und den Frequenzwandler für das Stromnetz wiedergewonnen werden kann oder über den Widerstand an einem wahlfreien Ort als Wärme abgegeben werden kann.
  9. Windmühle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Synchrongenerator ist, der auf der Welle des Primärgenerators montiert ist.
  10. Windmühle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass sie entweder als Motor, als Generator oder sowohl als Motor als auch als Generator arbeiten kann.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027534A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-29 Siemens Ag Windkraftanlage
WO2008081049A1 (es) * 2006-12-28 2008-07-10 Wind To Power System, S.L. Generador asíncrono con control de la tensión aplicada al estator
JP2008199783A (ja) * 2007-02-13 2008-08-28 Seiko Epson Corp 流体力を利用した発電装置
DE102011106372A1 (de) * 2011-07-04 2013-01-10 Auma Riester Gmbh & Co. Kg Stellantrieb mit einer Baugruppe zur elektrischen manuellen Betätigung eines Stellantriebs
WO2013083139A2 (en) 2011-12-08 2013-06-13 Vestas Wind Systems A/S Method and system for controlled shutdown of wind turbines
US9419442B2 (en) 2012-08-14 2016-08-16 Kr Design House, Inc. Renewable energy power distribution system
US20180112648A1 (en) * 2016-10-20 2018-04-26 James Bond Hybrid wind turbine for power output in low and zero wind conditions
US11698053B2 (en) * 2020-12-02 2023-07-11 General Electric Renovables Espana, S.L. System and method for controlling a wind turbine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4461957A (en) * 1982-06-17 1984-07-24 Control Data Corporation Speed tolerant alternator system for wind or hydraulic power generation
JPS60128861A (ja) * 1983-12-15 1985-07-09 Daikin Mfg Co Ltd エネルギ−回生型クラツチ装置
US4819179A (en) * 1987-11-03 1989-04-04 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Digital slip frequency generator and method for determining the desired slip frequency
IL106440A0 (en) * 1993-07-21 1993-11-15 Ashot Ashkelon Ind Ltd Wind turbine transmission apparatus
US5907192A (en) * 1997-06-09 1999-05-25 General Electric Company Method and system for wind turbine braking
US6476513B1 (en) * 2000-09-28 2002-11-05 Lubomir B. Gueorguiev Electrical generator system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000076055A1 (en) 2000-12-14
DE60004845D1 (de) 2003-10-02
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AU5061100A (en) 2000-12-28
ATE248456T1 (de) 2003-09-15
EP1192702B1 (de) 2003-08-27
US6737757B1 (en) 2004-05-18

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