EP2501931A1 - Windkraftanlage - Google Patents

Windkraftanlage

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Publication number
EP2501931A1
EP2501931A1 EP10771693A EP10771693A EP2501931A1 EP 2501931 A1 EP2501931 A1 EP 2501931A1 EP 10771693 A EP10771693 A EP 10771693A EP 10771693 A EP10771693 A EP 10771693A EP 2501931 A1 EP2501931 A1 EP 2501931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
control unit
control
power plant
blade
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.)
Withdrawn
Application number
EP10771693A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabio Bertolotti
Hermann Kestermann
Marc-Andre Thier
Tobias Bueltel
Josef Upsing
Tobias Daemberg
Norbert Wibben
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.)
SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
SSB Wind Systems GmbH and Co KG
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 SSB Wind Systems GmbH and Co KG filed Critical SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Publication of EP2501931A1 publication Critical patent/EP2501931A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/024—Adjusting aerodynamic properties of the blades of individual blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F03D7/0208—Orientating out of wind
    • 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
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    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • 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
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/047—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the controller architecture, e.g. multiple processors or data communications
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine with a
  • Machine carrier one about a rotor axis rotatable on
  • Rotary movement about the rotor axis drivable rotor comprising a rotor hub and a plurality of rotor blades, each in the direction of a transverse or substantially transversely to
  • Rotor axis extending blade axis extend and are mounted rotatably about their respective blade axis on the rotor hub, arranged on the rotor Blattwinkelverstellantrieben, by means of which the rotor blades are rotatable about their blade axes, at least one with the Blattwinkelverstellantrieben
  • Modern wind turbines include rotor blades rotatably mounted on a rotor, in which by individual change of the blade angle of the angle of attack of the wind can be varied.
  • a pitch-controlled wind turbine is known for example from DE 103 38 127 B4.
  • the pitch system is connected to an AC power grid and includes a rotor for each rotor blade, the control and regulating devices for
  • Adjustment of the rotor blade and a converter are assigned. In the event of mains faults or power failure, it must be ensured that the power supply to the motor is maintained for at least a short time. Therefore, the pitch system for each rotor blade has one arranged in the rotor
  • EP 1 707 807 A2 shows another pitch system for a wind turbine with a DC drive for the
  • the voltage rectification for the motor is carried out by means of a bridge circuit, the active
  • the pitch system serves as an energy source for the pitch system in case of power disturbances or power failure.
  • the pitch system serves as an energy source for the pitch system in case of power disturbances or power failure.
  • the arrangement of the pitch system in the rotating part of the wind turbine is associated with considerable disadvantages.
  • the components of the pitch system are subject to a high number of fatigue processes caused by the movement of the rotor.
  • the components must therefore be designed especially for their rotational movement both mechanically and electrically special, so that the manufacturing cost of the components are relatively high.
  • the arrangement of the blade angle control device in the rotor is additionally associated with a considerable outlay and costs for the communication of the pitch system with a wind turbine control arranged outside the rotor.
  • the present invention seeks to be able to realize at least partially with simpler components in a wind turbine of the type mentioned, the Blattwinkel Kunststoffongsky.
  • the wind turbine according to the invention comprises a machine carrier, one about a rotor axis rotatable on
  • Rotary movement about the rotor axis drivable rotor having a rotor hub and a plurality of rotor blades, each in the direction of a transverse or substantially transversely to
  • Rotor axis extending blade axis extend and are mounted rotatably about their respective blade axis on the rotor hub, arranged on the rotor Blattwinkelverstellantriebe, by means of which the rotor blades are rotatable about their blade axes, at least one with the Blattwinkelverstellantrieben
  • Blattwinkelverstellantrieben coupled control units comprises, of which a first control unit on the rotor and a second control unit is attached to the machine frame.
  • the blade angle control device By dividing the blade angle control device into a plurality of control units, of which the first control unit is rotatable together with the rotor about the rotor axis relative to the second control unit arranged on the machine control unit, several components of the blade angle control device, in particular the components of the second control unit, on
  • Machine support provided so that the number of rotatable about the rotor axis components is reducible. Thus, fewer components for rotation about the rotor axis
  • An additional advantage is that due to the reduced number of electrical components in the rotor in this more clearance is created so that more space for service staff is available in the rotor. Also, the cabling effort can be reduced.
  • the blade angle control device can preferably be supplied with electrical energy by an electrical power supply device. Further, that of the generator
  • the electrical power supply device is electrically coupled to the network or formed by the network.
  • the power supply device is preferably supplied from the network with electrical energy.
  • Power supply device preferably forms a
  • the network is preferably an AC network, in particular a
  • the Blattwinkelverstellantriebe are preferably controllable and / or regulated by means of the first control unit.
  • the blade angle control device has one or more attached to the rotor and with the first
  • Control unit electrically coupled first electrical
  • Control unit at least temporarily with electrical
  • Energy storage allow in particular an emergency exit, so that the rotor blades are rotatable by the first control means about their blade axes each in a defined position, which offers as little attack surface for the wind and is also referred to as a flag position.
  • the Blattwinkelverstellantriebe include
  • Electric motors which are designed in particular as DC motors or as AC motors. According to one
  • the electric motors by means of the first control unit directly or indirectly electrically connected to the one or more energy storage devices.
  • the direct connection is particularly suitable for DC motors.
  • Auxiliary inverter or inverter attached to the rotor, wherein the electric motors by means of the first control unit with the first or the first electrical energy storage under
  • the Blade angle control means may comprise the auxiliary inverters or inverters.
  • the one or more first energy storage devices are in each case designed in each case as a direct current source.
  • the first energy store or stores each comprise at least one
  • the capacitors include in particular double-layer capacitors, e.g. Ultracaps, where a very high energy density can be achieved. Every one of them
  • Blattwinkelverstellantriebe are preferably associated with one or more of the first energy storage.
  • the Blattwinkelverstellantriebe are preferably controllable and / or regulated by means of the second control unit.
  • the Blattwinkelverstellantriebe are controlled either by means of the first control unit or by means of the second control unit and / or regulated.
  • the second control unit has one or more inverters, by means of which the
  • the inverters have one or more
  • the inverters each have one
  • the inverter (s) are preferably electric with the pitch actuators connected. Furthermore, the converter (s) are preferably electrically connected to the power supply device.
  • the second control unit has an input stage, which is in particular electrically coupled to the power supply device, depending
  • a separate inverter is provided in this embodiment, a plurality of output stages are coupled to the same DC link arrangement, which is powered by only one input stage. This can save costs.
  • the converter or inverters preferably comprise the input stage, the output stages and the DC link arrangement.
  • the input stage is preferably a rectifying input stage, so that it acts as a rectifier or can act.
  • the input stage comprises an inverter or a power converter, such as an inverter.
  • the output stages are preferably controllable.
  • the output stages each comprise a controllable power converter, e.g. in the form of a transistor stage.
  • each of the output stages comprises a plurality of controllable electrical switching elements, preferably to a
  • Bridge circuit are interconnected.
  • the switching elements are formed for example by transistors, in particular by IGBTs.
  • the second control unit preferably has one or several controls by means of which the output stages are controllable.
  • one or at least one computer is provided which completely or partially encompasses or forms the controller or the controllers.
  • the DC link arrangement preferably forms one
  • Each of the Blattwinkelverstellantriebe is preferably associated with one of the output stages, wherein each of the
  • controllable and / or controllable are independently controllable and / or controllable.
  • Energy storage is used in particular at a
  • the Blattwinkelverstellantriebe continue to operate.
  • the Blattwinkelverstellantriebe are preferably then controlled by the second control unit and / or
  • Input stage includes in particular switching devices by means of which a temporary power failure, in particular the temporary mains voltage dip, without switching off the wind turbine and / or separation of the wind turbine can be traversed by the network.
  • the second energy storage is electrically connected via the one or more inverters with the Blattwinkelverstellantrieben.
  • the second energy store with the DC or DC intermediate circuits of or
  • the second energy store is electrically connected to the DC intermediate circuit arrangement
  • the second energy store forms in particular one or at least one DC power source.
  • the second energy store preferably comprises at least one battery, at least one accumulator or at least one capacitor.
  • the blade angle control device is connected in particular to a wind turbine control, preferably electrically.
  • the first control unit and / or the second control unit is connected to the wind turbine control.
  • the entire operation of the wind turbine can be monitored and
  • the blade angle control device and / or the second control unit preferably comprises a mains filter, which is fastened in particular to the machine carrier.
  • a mains filter which is fastened in particular to the machine carrier.
  • only a single mains filter is required, which is in particular connected to the wind turbine control.
  • costs can be saved, since in conventional wind turbines usually each drive is assigned a arranged in the rotor line filter. Also, the
  • Mains filter are connected to the wind turbine control over relatively simple connections, as they do not have to be led out of the rotating rotor. Furthermore, additional space is created in the rotor.
  • Machine carrier rotatable about a yaw axis on a
  • Blade angle control and the yaw angle control can be done via a simple interface, since the connection does not have to be led out of the rotating rotor.
  • the yaw drive preferably comprises at least one
  • Yaw angle control is controllable.
  • the supporting structure is in particular a tower.
  • Yaw angle control can be coordinated, in particular a synchronizable with the blade angle adjustment
  • Yaw angle control possible are the rotor blades in response to a yaw rate or one of these
  • the connecting lines can comprise electrical and / or optical lines.
  • connection elements comprise one or more communication lines, one or more control lines and / or one or more power supply lines.
  • the one or more control lines preferably comprise one or more electrical lines.
  • the one or more power supply lines preferably comprise one or more electrical lines.
  • the connecting elements preferably comprise a plurality of slip rings, over which the one or more of the connecting lines are guided.
  • Slip rings are provided in particular at the separation point between the rotor and the machine carrier.
  • the slip rings are arranged on the rotor, in particular on the rotor shaft.
  • the individual slip rings are preferably offset from one another in the direction of the rotor axis.
  • the one or more control lines and / or the one or more power supply lines are guided over the slip rings.
  • the one or more communication lines preferably comprise one or more optical signals
  • Optical fiber Preferably, the
  • Coupling device in particular at the separation point is provided between the rotor and the machine frame.
  • the optical coupling device is radially in the middle of
  • connection between the optical coupling device and the second control unit is preferably carried out by only one optical line.
  • Between the optical coupling device and the Blattwinkelverstellantrieben preferably extend a plurality of optical lines.
  • Switching device which is also referred to as a motor panel.
  • the switching devices are in particular with the first control unit and / or with the second control unit
  • Electric motor with a motor shaft.
  • the electric motors are preferably the above-mentioned electric motors of
  • the measuring devices each comprise a sensor for detecting the angular position and / or the
  • the measuring devices preferably each include one
  • the switching devices each comprise one
  • Brake control is preferably coupled to the first control unit and / or to the second control unit.
  • the switching devices are coupled to one another via the communication lines and / or the control lines, in particular directly.
  • the switching devices can each at least one of the first
  • Control unit associated with a control cabinet which is preferably arranged radially centered or approximately radially centered in the rotor with respect to the rotor axis.
  • the control unit associated with a control cabinet, which is preferably arranged radially centered or approximately radially centered in the rotor with respect to the rotor axis.
  • Control cabinet inner partitions which divide the interior of the cabinet into several separate areas, which are preferably each bounded by an outer wall of the cabinet, wherein the number of areas corresponds in particular to the number of Blattwinkelverstellantriebe.
  • the inner partitions may e.g. be made mechanically by folding, so that their training no
  • the control cabinet preferably has the shape of a polygon. According to one embodiment of the invention, the control cabinet surrounds the rotor axis. Each of the first energy stores can be on the one
  • the one or more first energy stores are preferably arranged in close spatial proximity to one another and at a distance from the pitch angle adjusting drives.
  • the first energy store (s) are arranged on or in the control cabinet.
  • the one or more first energy storage outside the cabinet are attached to the outer wall or outer walls.
  • Service personnel are the first or the first energy storage thus easier to maintain and / or exchange.
  • the first control unit is arranged in particular in the control cabinet.
  • the first control unit comprises a plurality of sub-control units, wherein each of the sub-control units is arranged in one of the areas.
  • each of the sub-control units is associated with one of the Blattwinkelverstellantriebe. In particular, the number corresponds to the
  • Blade angle adjustment drives
  • the one or more supply lines are preferably led to the first and / or second control unit by each of the switching devices or by each of the blade angle adjusting drives.
  • the attachment of the articles to the rotor can be done either directly or indirectly, e.g. over one or more brackets or other
  • Machine carrier fixed objects are not rotatable together with the rotor about the rotor axis. These items include e.g. the second control unit, the second
  • the attachment of the objects on Machine supports can each be directly or indirectly, for example via one or more brackets or other intermediate elements.
  • Machine carriers mounted objects rotatable about the rotor axis.
  • the invention further relates to a method for adjusting a blade angle of at least one rotor blade of a wind turbine according to the invention by rotating the
  • the wind turbine can be named after all
  • the blade angle is preferably controlled.
  • the blade angle is preferably set to a defined
  • Blade angle adjustment by means of the first control unit in particular in the case of a fault, such as in the case of a failure of the power supply device and / or the network, the Blattwinkelverstellantriebe of one or more on the rotor fixed and coupled to the first control unit supplied first electrical energy storage with electrical energy.
  • Machine carrier attached second energy storage powered by electrical energy.
  • the blade angle control device has a
  • Switching device by means of which a switch from a power supply of the Blattwinkelverstellantriebe by an electrical network to the power supply of
  • FIG. 1 is a schematic representation of a wind turbine according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a partial front view of FIG. 1
  • Blade angle control device according to the first
  • Embodiment a schematic representation of a motor panel according to the first embodiment, a schematic representation of a
  • Leaf angle control device according to a second embodiment of the invention, a schematic representation of a
  • Leaf angle control device according to a third embodiment of the invention, a schematic representation of a
  • Blade angle control device according to a fourth embodiment of the invention, a perspective view of a
  • Wind turbine 1 comprises a standing on a foundation 2 tower 3, at its end remote from the foundation 2 a nacelle 4 is arranged.
  • the machine house 4 has a machine carrier 5 or is fixed thereto, on which a rotor 6 is rotatably mounted about a rotor axis 7, which has a rotor hub 8 and several connected thereto
  • Rotor blades 9, 10 and 67 (see Fig. 2) comprises, which are each mounted about a blade axis 11, 12 and 68 (see FIG. 2) rotatably mounted on the rotor hub 8.
  • the rotor blades 9, 10 and 67 extend in the direction of their respective blade axis 11, 12 and 68 away from the rotor hub 8, wherein the blade axes 11, 12 and 68 extend transversely to the rotor axis 7.
  • the rotor 6 is rotated by the wind 13 about the rotor axis 7 and is by means of a rotor shaft 14 with a on the machine frame fifth
  • FIG. 2 A partial front view of the rotor 6 is shown in FIG. 2.
  • the machine carrier 5 is rotatably mounted about a yaw axis 19 on the tower 3 and rotatable by means of a yaw drive 20 relative to the tower 3 about the yaw axis 19, which coincides here with the longitudinal axis of the tower 3.
  • the yaw drive 20 is attached by means of a machine carrier 5
  • the Blattwinkelverstellantriebe 17, 18 and 69 are each arranged with a rotor 6 arranged in the first control unit 22 and a fixed to the machine frame 5 second
  • Control unit 23 connected. The two control units 22 and
  • Machine carrier 5 is attached. Radial center in the
  • Rotor hub 8 is attached to this fixed cabinet 26, in which the first control unit 22 is received.
  • the rotor 6 is schematically indicated as a dashed box.
  • the Blattwinkelverstellantriebe 17, 18 and 69 each have an electric motor, wherein the
  • Electric motor 28 the Blattwinkelverstellantrieb 18 and the electric motor 29 is assigned to the Blattwinkelverstellantrieb 69.
  • the electric motors 27, 28 and 29 are connected to both the first control unit 22 and the second control unit 23 via a switching device (motor panel) 30 and connecting lines 31, respectively.
  • the connection lines include electrical power supply lines 32,
  • the power supply lines 32 and the control lines 33 are about to seated on the rotor shaft 14 slip rings 35 to the second control unit 23 out.
  • communication lines 34 are connected to the second control unit 23 via an optical coupling device 36 (optical interface) arranged on the rotor axis 7. Furthermore, accumulators 37 are shown, which are fastened to the outside of the control cabinet 26 and are electrically connected to the first control unit 22.
  • the second control unit 23 comprises a rectifier 38, which is connected on the AC side via a mains filter 39 to a power supply device 40, which supplies the second control unit 23 with alternating current and is connected to the network 16.
  • the line filter 39 may also be connected directly to the network 16, so that the
  • Power supply device 40 is omitted or formed by the network 16.
  • the rectifier 38 is DC side with a
  • the output stage 42 is connected via the power supply lines 32 of the motor 27 with the associated switching device 30.
  • Output stage 43 is connected via the power supply lines 32 of the motor 28 with the associated switching device 30. Further, the output stage 44 via the
  • Power supply lines 32 of the motor 29 connected to the associated switching device 30 The motor 27 is controllable by the output stage 42, the motor 28 is controllable by the output stage 43, and the motor 29 is controllable by the output stage 44.
  • the rectifier 38 and the DC bus 41 form with each of the output stages, respectively an inverter. Otherwise, however, it could also be said that the rectifier 38, the DC bus 41 and the output stages 42, 43 and 44 form an inverter having three output stages.
  • the second control unit 23 comprises a controller 45, by means of which the output stages 42, 43 and 44 are controllable. Thus, it is possible to drive the motors 27, 28 and 29 of the pitch actuators 17, 18, and 69 by means of the second control unit 23. Furthermore, at the
  • Accumulator 66 may be permanently electrically connected to DC bus 41 or electrically connected to DC bus 41 by controller 45 and / or input stage 38.
  • Control unit 22 is rotated in the so-called flag position.
  • the power is supplied to the motors 27, 28 and 29 via the accumulators 37. Since it is in the engines 27, 28 and 29 are DC motors, the
  • the motors 27, 28 and 29 may also be designed as AC motors, so that the connection of the accumulators 37 with the motors 27, 28 and 29 takes place with the interposition of inverters 70, the
  • the inverters are preferably provided in the switching devices 30 (see Fig. 4).
  • the inverters may also be provided in the first control unit 22 or connected at a different location between the accumulators 37 and the motors 27, 28 and 29.
  • the rotor blades can be turned into the flag position even if the second control unit 23 has failed and / or the accumulator 66 has been emptied.
  • FIG. 4 is a schematic circuit diagram of the engine 27 associated switching device 30 can be seen, the one
  • Motor shaft 46 which can be braked and / or held by a braking device 47.
  • Brake device 47 is supplied via supply lines 48 with electrical energy, wherein preferably the
  • Power supply lines 32 include the supply lines 48.
  • the switching device 30 has a temperature monitoring 49 with a sensor 50 for detecting the temperature of the motor 27, a sensor 51 for detecting the Winkelpositon and angular velocity of the motor shaft 46 and a
  • Brake control 52 by means of which the braking device 47 is controllable.
  • the monitoring 49, the sensor 51 and the Controller 52 are each electrically connected to an optical communication device 53, which has a
  • Interface to the communication lines 34 forms.
  • the inverter 70 is shown, but can be omitted if the motor 27 is designed as a DC motor.
  • Control unit 23 is electrically connected.
  • the yaw drive 20 comprises two electric motors 54 and 55 which are each connected to the yaw angle control 21 via an inverter 56 or 57.
  • the yaw angle controller 21 includes a plurality of controllable output stages 58, each with the
  • the output stages 58 are preferably connected to the Blattwinkelverstellantrieben so that they additionally by means of the yaw angle control 21, preferably in response to a yaw movement of
  • Machine carrier 5 about the yaw axis 19, are controllable.
  • Switching devices 30 are assigned.
  • a blade angle control device 24 according to a third embodiment of the invention can be seen, wherein the accumulators 37 are not connected to the control cabinet 26, but are arranged in the region of or on the motors 27, 28 and 29. Each of the switching devices 30 is assigned to one of the accumulators 37.
  • Embodiment corresponds. Unlike the third
  • Embodiment is the first control unit 22 but in
  • Switching devices 30 are connected in series via the communication lines 34 and the control lines 33. With regard to the communication lines 34 and the control lines 33, the assembly effort can thus be reduced.
  • FIG. 8 is a perspective view of the
  • the first control unit 22 comprises one pitch control unit 64 per pitch control (see FIG. 9), wherein each of the pitch units 64 is disposed in one of the areas 61.
  • the accumulators 37 can be mounted on the outer sides of the outer walls 62 .
  • a perspective view of the control cabinet 26 with mounted accumulators 37 is shown in FIG. 9, in which also the partial control units 64 arranged in the areas 61
  • Accumulators 37 associated with which are arranged on the outer wall 62 of the respective region 61.
  • a plan view of the control cabinet 26 with accumulators 37 mounted is shown in FIG. 10, wherein the control cabinet 26 is closed by a cover 65.

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Abstract

Windkraftanlage mit einem Maschinenträger (5), einem um eine Rotorachse (7) drehbar am Maschinenträger (5) gelagerten und durch Wind (13) zu einer Drehbewegung um die Rotorachse (7) antreibbaren Rotor (6), der eine Rotornabe (8) und mehrere Rotorblätter (9, 10) umfasst, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse (7) verlaufenden Blattachse (11, 12) erstrecken und um ihre jeweilige Blattachse (11, 12) drehbar an der Rotornabe (8) gelagert sind, am Rotor (6) angeordneten Blattwinkelverstellantrieben (17, 18), mittels welchen die Rotorblätter (9, 10) um ihre Blattachsen (11, 12) drehbar sind, wenigstens einer mit den Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) gekoppelten Blattwinkelsteuereinrichtung (24), mittels welcher die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) steuerbar sind, und wenigstens einem mit dem Rotor (6) mechanisch gekoppelten und durch diesen antreibbaren elektrischen Generator (15), mittels welchem elektrische Energie erzeugbar ist, wobei die Blattwinkelsteuereinrichtung (24) mehrere, jeweils mit den Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) gekoppelte Steuereinheiten (22, 23) umfasst, von denen eine erste Steuereinheit (22) am Rotor (6) und eine zweite Steuereinheit (23) am Maschinenträger (5) befestigt ist.

Description

Windkraftanlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem
Maschinenträger, einem um eine Rotorachse drehbar am
Maschinenträger gelagerten und durch Wind zu einer
Drehbewegung um die Rotorachse antreibbaren Rotor, der eine Rotornabe und mehrere Rotorblätter umfasst, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur
Rotorachse verlaufenden Blattachse erstrecken und um ihre jeweilige Blattachse drehbar an der Rotornabe gelagert sind, am Rotor angeordneten Blattwinkelverstellantrieben, mittels welchen die Rotorblätter um ihre Blattachsen drehbar sind, wenigstens einer mit den Blattwinkelverstellantrieben
gekoppelten Blattwinkelsteuereinrichtung, mittels welcher die Blattwinkelverstellantriebe steuerbar sind, und wenigstens einem mit dem Rotor mechanisch gekoppelten und durch diesen antreibbaren elektrischen Generator, mittels welchem
elektrische Energie erzeugbar ist.
Moderne Windkraftanlagen umfassen drehbar an einem Rotor gelagerte Rotorblätter, bei denen durch individuelle Änderung des Blattwinkels der Anströmwinkel des Winds variiert werden kann. Eine solche pitch-geregelte Windkraftanlage ist z.B. aus der DE 103 38 127 B4 bekannt. Bei diesen Windkraftanlagen ist das Pitch-System für die Verstellung der Rotorblätter vollständig im Rotor, also im rotierenden Teil der Windkraftanalage angeordnet. Das Pitch-System ist mit einem Wechselstromnetz verbunden und umfasst je Rotorblatt einen Gleichstrommotor, dem Steuer und Regeleinrichtungen zur
Verstellung des Rotorblatts sowie ein Umrichter zugeordnet sind. Bei Netzstörungen oder Netzausfall muss sichergestellt werden, dass die Spannungsversorgung des Motors zumindest für kurze Zeit aufrechterhalten bleibt. Daher weist das Pitch- System für jedes Rotorblatt eine im Rotor angeordnete
Gleichspannungsquelle in Form einer Batterie oder eines elektrischen Energiespeichers auf, die bei Netzstörungen direkt mit dem jeweiligen Motor verbunden wird. Durch die Stellbewegung des Motors wird das jeweilige Rotorblatt in die sog. Fahnenstellung gebracht und damit die Windkraftanlage abgeschaltet. Zusätzlich ist bei dem bekannten Pitch-System über Schalteinrichtungen eine Verbindung jeder
Gleichspannungsquelle mit dem jeweiligen Motor über die im Rotor angeordnete Blattwinkelsteuereinrichtung möglich, sodass eine indirekte, gesteuerte oder geregelte Verstellung des Rotorblatts erfolgen kann, ohne dass die Anlage
abgeschaltet werden muss.
Die EP 1 707 807 A2 zeigt ein weiteres Pitch-System für eine Windkraftanlage mit einem Gleichstromantrieb für die
Blattverstellung. Die Spannungsgleichrichtung für den Motor erfolgt mit Hilfe einer Brückenschaltung, die aktive
elektronische Schaltelemente umfasst und die gleichzeitig bei Netzstörungen oder Netzausfall als Energiequelle für das Pitch-System dient. Auch hier ist das Pitch-System
vollständig in dem rotierenden Teil der Windkraftanlage angeordnet . Die Anordnung des Pitch-Systems im rotierenden Teil der Windkraftanlage ist mit erheblichen Nachteilen verbunden. Während der Rotation unterliegen die Komponenten des Pitch- Systems einer hohen Anzahl von Ermüdungsprozessen, die durch die Bewegung des Rotors verursacht werden. Die Komponenten müssen daher insbesondere für ihre Drehbewegung sowohl mechanisch als auch elektrisch speziell ausgelegt werden, sodass die Herstellungskosten für die Komponenten relativ hoch sind. Die Anordnung der Blattwinkelsteuereinrichtung im Rotor ist zusätzlich mit erheblichem Aufwand und Kosten für die Kommunikation des Pitch-Systems mit einer außerhalb des Rotors angeordneten Windkraftanlagensteuerung verbunden.
Die vollständige Anordnung des Pitch-Systems im Rotor ist ferner für die Wartung der Windkraftanlage mit Nachteilen verbunden, da der Zugang zu dem Pitch-System in dem
rotierenden Anlagenteil sehr aufwendig und für das
Servicepersonal hinderlich ist. Darüber hinaus erfordert die beengte Anordnung im Rotor zusätzliche Einrichtungen zur Temperierung dieses Bereichs.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Windkraftanlage der eingangs genannten Art die Blattwinkelsteuereinrichtung zumindest teilweise mit einfacheren Bauelementen realisieren zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Windkraftanlage nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben. Die erfindungsgemäße Windkraftanlage umfasst einen Maschinenträger, einen um eine Rotorachse drehbar am
Maschinenträger gelagerten und durch Wind zu einer
Drehbewegung um die Rotorachse antreibbaren Rotor, der eine Rotornabe und mehrere Rotorblätter aufweist, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur
Rotorachse verlaufenden Blattachse erstrecken und um ihre jeweilige Blattachse drehbar an der Rotornabe gelagert sind, am Rotor angeordnete Blattwinkelverstellantriebe, mittels welchen die Rotorblätter um ihre Blattachsen drehbar sind, wenigstens eine mit den Blattwinkelverstellantrieben
gekoppelte Blattwinkelsteuereinrichtung, mittels welcher die Blattwinkelverstellantriebe steuerbar sind, und wenigstens einen mit dem Rotor mechanisch gekoppelten und durch diesen antreibbaren elektrischen Generator, mittels welchem
elektrische Energie erzeugbar ist, wobei die
Blattwinkelsteuereinrichtung mehrere, jeweils mit den
Blattwinkelverstellantrieben gekoppelte Steuereinheiten umfasst, von denen eine erste Steuereinheit am Rotor und eine zweite Steuereinheit am Maschinenträger befestigt ist.
Durch die Unterteilung der Blattwinkelsteuereinrichtung in mehrere Steuereinheiten, von denen die erste Steuereinheit zusammen mit dem Rotor um die Rotorachse relativ zu der am Maschinenträger angeordneten zweiten Steuereinheit drehbar ist, sind mehrere Bauteile der Blattwinkelsteuereinrichtung, insbesondere die Bauteile der zweiten Steuereinheit, am
Maschinenträger vorgesehen, sodass die Anzahl der um die Rotorachse drehbaren Bauteile reduzierbar ist. Somit sind weniger Bauteile für eine Rotation um die Rotorachse
auszulegen, wodurch Kosten eingespart werden können. Beispielsweise können in der zweiten Steuereinheit einfache elektrische Schütze verwendet werden, die nicht rotationsfest sind. Die Erfindung verfolgt insbesondere das Ziel, die
Anzahl der im Rotor angeordneten Bauteile so gering wie möglich zu halten.
Ferner ergibt sich aufgrund der verringerten Anzahl
elektrischer Bauteile im Rotor der Vorteil, dass im Rotor weniger Wärme produziert wird, sodass die Gefahr einer
Überhitzung von im Rotor angeordneten Bauelementen
reduzierbar ist. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass aufgrund der verringerten Anzahl elektrischer Bauteile im Rotor in diesem mehr Freiraum geschaffen wird, sodass im Rotor mehr Bewegungsraum für Servicepersonal zur Verfügung steht. Auch kann der Verkabelungsaufwand reduziert werden.
Die Blattwinkelsteuereinrichtung ist bevorzugt von einer elektrischen Stromversorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgbar. Ferner ist die von dem Generator
erzeugbare elektrische Energie bevorzugt in ein elektrisches Netz abgebbar. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Stromversorgungseinrichtung mit dem Netz elektrisch gekoppelt oder durch das Netz gebildet. Im ersten Fall ist die Stromversorgungseinrichtung vorzugsweise aus dem Netz mit elektrischer Energie versorgbar. Die
Stromversorgungseinrichtung bildet bevorzugt eine
Wechselstromquelle, insbesondere eine mehrphasige
Wechselstromquelle, wie z.B. eine Drehstromquelle. Das Netz ist bevorzugt ein Wechselstromnetz, insbesondere ein
mehrphasiges Netz, wie z.B. ein Drehstromnetz. Die Blattwinkelverstellantriebe sind vorzugsweise mittels der ersten Steuereinheit steuerbar und/oder regelbar.
Insbesondere weist die Blattwinkelsteuereinrichtung einen oder mehrere am Rotor befestigte und mit der ersten
Steuereinheit elektrisch gekoppelte erste elektrische
Energiespeicher auf, mittels welchen, insbesondere bei einem Ausfall der Stromversorgungseinrichtung und/oder des Netzes, die Blattwinkelverstellantriebe und/oder die erste
Steuereinheit zumindest vorübergehend mit elektrischer
Energie versorgbar sind. Die ersten elektrischen
Energiespeicher ermöglichen insbesondere eine Notausfahrt, sodass die Rotorblätter mittels der ersten Steuereinrichtung um ihre Blattachsen jeweils in eine definierte Stellung drehbar sind, die möglichst wenig Angriffsfläche für den Wind bietet und auch als Fahnenstellung bezeichnet wird.
Bevorzugt umfassen die Blattwinkelverstellantriebe
Elektromotoren, die insbesondere als Gleichstrommotoren oder als Wechselstrommotoren ausgebildet sind. Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektromotoren mittels der ersten Steuereinheit direkt oder indirekt mit dem oder den ersten Energiespeichern elektrisch verbindbar. Die direkte Verbindung ist insbesondere für Gleichstrommotoren geeignet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind
Hilfsumrichter oder Wechselrichter am Rotor befestigt, wobei die Elektromotoren mittels der ersten Steuereinheit mit dem oder den ersten elektrischen Energiespeichern unter
Zwischenschaltung der Hilfsumrichter oder Wechselrichter elektrisch verbindbar sind. Diese indirekte Verbindung ist insbesondere für Wechselstrommotoren geeignet. Die Blattwinkelsteuereinrichtung kann die Hilfsumrichter oder Wechselrichter umfassen.
Der oder die ersten Energiespeicher sind insbesondere jeweils als Gleichstromquelle ausgebildet. Bevorzugt umfassen der oder die ersten Energiespeicher jeweils zumindest einen
Akkumulator, zumindest eine Batterie oder zumindest einen Kondensator. Batterien und/oder Akkumulatoren, welche die für die Blattwinkelverstellantriebe erforderliche elektrische Leistung zur Verfügung stellen können, sind gängige
Energiespeicher. Die Kondensatoren umfassen insbesondere Doppelschicht-Kondensatoren, z.B. Ultracaps, bei denen eine sehr hohe Energiedichte erzielbar ist. Jedem der
Blattwinkelverstellantriebe sind bevorzugt einer oder mehrere der ersten Energiespeicher zugeordnet.
Die Blattwinkelverstellantriebe sind vorzugsweise mittels der zweiten Steuereinheit steuerbar und/oder regelbar.
Insbesondere sind die Blattwinkelverstellantriebe wahlweise mittels der ersten Steuereinheit oder mittels der zweiten Steuereinheit steuerbar und/oder regelbar.
Bevorzugt weist die zweite Steuereinheit einen oder mehrere Umrichter auf, mittels welchen die
Blattwinkelverstellantriebe steuerbar sind. Insbesondere weisen die Umrichter einen oder mehrere
Gleichstromzwischenkreise auf. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Umrichter jeweils einen
Gleichstromzwischenkreis auf. Der oder die Umrichter sind bevorzugt mit den Blattwinkelverstellantrieben elektrisch verbunden. Ferner sind der oder die Umrichter bevorzugt mit der Stromversorgungseinrichtung elektrisch verbunden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Steuereinheit eine Eingangsstufe, die insbesondere elektrisch mit der Stromversorgungseinrichtung gekoppelt ist, je
Blattwinkelverstellantrieb eine mit diesem elektrisch
verbundene Ausgangsstufe und eine zwischen die Eingangsstufe und den Ausgangsstufen geschaltete
Gleichstromzwischenkreisanordnung auf. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, bei denen je
Blattwinkelverstellantrieb ein separater Umrichter vorgesehen ist, sind bei dieser Ausgestaltung mehrere Ausgangsstufen mit derselben Gleichstromzwischenkreisanordnung gekoppelt, die von lediglich einer Eingangsstufe versorgt wird. Hierdurch können Kosten eingespart werden. Der oder die Umrichter umfassen bevorzugt die Eingangsstufe, die Ausgangsstufen und die Gleichstromzwischenkreisanordnung .
Bei der Eingangsstufe handelt es sich bevorzugt um eine gleichrichtende Eingangsstufe, sodass sie als Gleichrichter wirkt oder wirken kann. Bevorzugt umfasst die Eingangsstufe einen Umrichter oder einen Stromrichter, wie z.B. einen
Gleichrichter. Die Ausgangsstufen sind bevorzugt steuerbar. Insbesondere umfassen die Ausgangsstufen jeweils einen steuerbaren Stromrichter, z.B. in Form einer Transistorstufe. Bevorzugt umfasst jede der Ausgangsstufen mehrere steuerbare elektrische Schaltelemente, die vorzugsweise zu einer
Brückenschaltung zusammengeschaltet sind. Die Schaltelemente sind beispielsweise durch Transistoren, insbesondere durch IGBTs gebildet. Die zweite Steuereinheit weist bevorzugt eine oder mehrere Steuerungen auf, mittels welchen die Ausgangsstufen steuerbar sind. Insbesondere ist ein oder wenigstens ein Rechner vorgesehen, der die Steuerung oder die Steuerungen ganz oder teilweise umfasst oder bildet. Ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Lösungen ist, dass eine
Realisierung mit nur einem einzigen Rechner möglich ist. Die Gleichstromzwischenkreisanordnung bildet bevorzugt eine
Gleichstromverbindung, insbesondere einen Gleichstrombus. Jedem der Blattwinkelverstellantriebe ist bevorzugt eine der Ausgangsstufen zugeordnet, wobei jeder der
Blattwinkelverstellantriebe mit der ihm zugeordneten
Ausgangsstufe elektrisch verbunden und mittels dieser
steuerbar und/oder regelbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die
Blattwinkelsteuereinrichtung wenigstens einen am
Maschinenträger befestigten und mit der zweiten Steuereinheit elektrisch gekoppelten zweiten elektrischen Energiespeicher, mittels welchem, insbesondere bei einer vorübergehenden
Beeinträchtigung der Stromversorgungseinrichtung und/oder der Spannung des Netzes, die Blattwinkelverstellantriebe und/oder die zweite Steuereinheit zumindest vorübergehend mit
elektrischer Energie versorgbar sind. Der zweite
Energiespeicher dient insbesondere dazu, bei einem
vorübergehenden Einbruch der Netzspannung die
Blattwinkelverstellantriebe weiter betreiben zu können. Somit sind die Blattwinkelverstellantriebe bevorzugt auch dann mittels der zweiten Steuereinheit steuerbar und/oder
regelbar, wenn sie von dem zweiten Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierdurch ist ein
Durchfahren des vorübergehenden Netzspannungseinbruchs möglich, was auch als LVRT (engl.: low voltage ride through) bezeichnet wird. Die zweite Steuereinheit und/oder die
Eingangsstufe umfasst insbesondere Schaltvorrichtungen, mittels welchen eine vorübergehende Netzstörung, insbesondere der vorübergehende Netzspannungseinbruch, ohne Abschaltung der Windkraftanlage und/oder Trennung der Windkraftanlage vom Netz, durchfahren werden kann.
Bevorzugt ist der zweite Energiespeicher über den oder die Umrichter mit den Blattwinkelverstellantrieben elektrisch verbindbar. Insbesondere ist der zweite Energiespeicher mit dem oder den Gleichstromzwischenkreisen des oder der
Umrichter elektrisch verbunden oder verbindbar. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Energiespeicher mit der Gleichstromzwischenkreisanordnung elektrisch
verbunden oder verbindbar, sodass die
Blattwinkelverstellantriebe von dem zweiten Energiespeicher unter Zwischenschaltung der Ausgangsstufen mit elektrischer Energie versorgbar sind. Der zweite Energiespeicher bildet insbesondere eine oder wenigstens eine Gleichstromquelle. Bevorzugt umfasst der zweite Energiespeicher zumindest eine Batterie, zumindest einen Akkumulator oder zumindest einen Kondensator .
Die Blattwinkelsteuereinrichtung ist insbesondere mit einer Windkraftanlagensteuerung verbunden, vorzugweise elektrisch. Insbesondere ist die erste Steuereinheit und/oder die zweite Steuereinheit mit der Windkraftanlagensteuerung verbunden. Bevorzugt ist mittels der Windkraftanlagensteuerung der gesamte Betrieb der Windkraftanlage überwachbar und
steuerbar. Die Blattwinkelsteuereinrichtung und/oder die zweite Steuereinheit umfasst bevorzugt einen Netzfilter, der insbesondere am Maschinenträger befestigt ist. Bevorzugt ist somit nur noch ein einziger Netzfilter erforderlich, der insbesondere mit der Windkraftanlagensteuerung verbunden ist. Somit können Kosten eingespart werden, da bei herkömmlichen Windkraftanlagen in der Regel jedem Antrieb ein im Rotor angeordneter Netzfilter zugeordnet ist. Auch kann der
Netzfilter mit der Windkraftanlagensteuerung über relativ einfache Verbindungen verbunden werden, da diese nicht aus dem drehenden Rotor herausgeführt werden müssen. Ferner wird im Rotor zusätzlich Freiraum geschaffen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der
Maschinenträger um eine Gierachse drehbar an einer
Tragkonstruktion gelagert und mittels wenigstens eines mit einer Gierwinkelsteuerung gekoppelten Gierantriebs relativ zu der Tragkonstruktion um die Gierachse drehbar, wobei die zweite Steuereinheit insbesondere mit der Gierwinkelsteuerung gekoppelt ist. Die Verbindung zwischen der
Blattwinkelsteuereinrichtung und der Gierwinkelsteuerung kann über eine einfache Schnittstelle erfolgen, da die Verbindung nicht aus dem drehenden Rotor herausgeführt werden muss. Der Gierantrieb umfasst bevorzugt wenigstens einen
Wechselstrommotor, der insbesondere durch die
Gierwinkelsteuerung steuerbar ist. Die Tragkonstruktion ist insbesondere ein Turm.
Bevorzugt ist die Blattwinkelverstellung mit der
Gierwinkelsteuerung koordinierbar, insbesondere ist eine mit der Blattwinkelverstellung synchronisierbare
Gierwinkelsteuerung möglich. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rotorblätter in Abhängigkeit von einer Gierwinkelgeschwindigkeit oder von einer diese
beeinflussenden Führungsgröße um ihre Blattachsen drehbar.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite
Steuereinheit mit den Blattwinkelverstellantrieben über
Verbindungselemente verbunden, die insbesondere
Verbindungsleitungen umfassen. Die Verbindungsleitungen können elektrische und/oder optische Leitungen umfassen.
Bevorzugt umfassen die Verbindungselemente eine oder mehrere Kommunikationsleitungen, eine oder mehrere Steuerleitungen und/oder eine oder mehrere Stromversorgungsleitungen. Die eine oder mehreren Steuerleitungen umfassen bevorzugt eine oder mehrere elektrische Leitungen. Die eine oder mehreren Stromversorgungsleitungen umfassen bevorzugt eine oder mehrere elektrische Leitungen. Die Verbindungselemente umfassen bevorzugt mehrere Schleifringe, über welche die oder mehrere der Verbindungsleitungen geführt sind. Die
Schleifringe sind insbesondere an der Trennstelle zwischen Rotor und Maschinenträger vorgesehen. Vorzugsweise sind die Schleifringe am Rotor, insbesondere auf der Rotorwelle angeordnet. Die einzelnen Schleifringe sind bevorzugt in Richtung der Rotorachse zueinander versetzt. Insbesondere sind die eine oder mehreren Steuerleitungen und/oder die eine oder mehreren Stromversorgungsleitungen über die Schleifringe geführt. Die eine oder mehreren Kommunikationsleitungen umfassen bevorzugt eine oder mehrere optische
Nachrichtenübertragungsleitungen, insbesondere
Lichtwellenleiter. Vorzugsweise umfassen die
Verbindungselemente zumindest eine optische
Kopplungseinrichtung, die insbesondere an der Trennstelle zwischen Rotor und Maschinenträger vorgesehen ist. Bevorzugt ist die optische Kopplungseinrichtung radial mittig zur
Rotorachse angeordnet. Da optische Leitungen viele
Informationen gleichzeitig übertragen können, erfolgt die Verbindung zwischen der optische Kopplungseinrichtung und der zweiten Steuereinheit bevorzugt durch lediglich eine optische Leitung. Zwischen der optische Kopplungseinrichtung und den Blattwinkelverstellantrieben verlaufen bevorzugt mehrere optische Leitungen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die
Blattwinkelverstellantriebe bevorzugt jeweils eine
Schalteinrichtung auf, die auch als Motor-Panel bezeichnet wird. Die Schalteirichtungen sind insbesondere mit der ersten Steuereinheit und/oder mit der zweiten Steuereinheit
gekoppelt und umfassen vorzugsweise jeweils eine
Messeinrichtung, mittels welcher an dem jeweiligen
Blattwinkelverstellantrieb anfallende Messwerte erfasst werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die
Blattwinkelverstellantriebe jeweils wenigstens einen
Elektromotor mit einer Motorwelle. Die Elektromotoren sind bevorzugt die oben genannten Elektromotoren der
Blattwinkelverstellantriebe und können somit als
Gleichstrommotoren oder als Wechselstrommotoren ausgebildet sein. Bevorzugt umfassen die Messeinrichtungen jeweils eine Sensorik zur Erfassung der Winkelposition und/oder der
Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Motorwelle. Ferner umfassen die Messeinrichtungen bevorzugt jeweils eine
Sensorik zur Erfassung der Temperatur des jeweiligen Elektromotors. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die Schalteinrichtungen jeweils eine
Bremsvorrichtung mit einer Bremssteuerung für den jeweiligen Blattwinkelverstellantrieb und/oder Elektromotor. Die
Bremssteuerung ist bevorzugt mit der ersten Steuereinheit und/oder mit der zweiten Steuereinheit gekoppelt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schalteinrichtungen über die Kommunikationsleitungen und/oder die Steuerleitungen, insbesondere direkt, miteinander gekoppelt. Ferner kann den Schalteinrichtungen jeweils zumindest einer der ersten
Energiespeicher zugeordnet sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der ersten
Steuereinheit ein Schaltschrank zugeordnet, der bezüglich der Rotorachse bevorzugt radial mittig oder annähernd radial mittig im Rotor angeordnet ist. Bevorzugt weist der
Schaltschrank innere Trennwände auf, die den Innenraum des Schaltschranks in mehrere separate Bereiche unterteilen, die vorzugsweise jeweils durch eine Außenwand des Schaltschranks begrenzt sind, wobei die Anzahl der Bereiche insbesondere der Anzahl der Blattwinkelverstellantriebe entspricht. Die inneren Trennwände können z.B. mechanisch durch Falten hergestellt sein, sodass zu deren Ausbildung keine
Schweißarbeiten erforderlich sind. Die Bereiche sind
vorzugsweise elektrisch voneinander isoliert. Durch die radial mittige Anordnung des Schaltschranks im Rotor kann Bauraum eingespart werden, sodass mehr Freiraum für
Servicepersonal zur Verfügung steht. Der Schaltschrank weist vorzugsweise die Gestalt eines Polygons auf. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umringt der Schaltschrank die Rotorachse . Jeder der ersten Energiespeicher kann an demjenigen
Blattwinkelverstellantrieb angeordnet und/oder befestigt sein, dem er zugeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, jeden der ersten Energiespeicher direkt an dem jeweiligen Motor und/oder an dem jeweiligen Motor-Panel
(Schalteinrichtung) anzuflanschen. Bevorzugt sind der oder die ersten Energiespeicher aber in enger räumlicher Nähe zueinander und im Abstand zu den Blattwinkelverstellantrieben angeordnet. Vorzugsweise sind der oder die ersten
Energiespeicher im Bereich des Schaltschranks angeordnet. Insbesondere sind der oder die ersten Energiespeicher an oder in dem Schaltschrank angeordnet. Vorzugsweise sind der oder die ersten Energiespeicher außerhalb des Schaltschranks an dessen Außenwand oder Außenwänden befestigt. Für das
Servicepersonal sind der oder die ersten Energiespeicher somit einfacher zu warten und/oder auszutauschen.
Die erste Steuereinheit ist insbesondere in dem Schaltschrank angeordnet. Bevorzugt umfasst die erste Steuereinheit mehrere Teilsteuereinheiten, wobei jede der Teilsteuereinheiten in einem der Bereiche angeordnet ist. Vorzugsweise ist jede der Teilsteuereinheiten einem der Blattwinkelverstellantriebe zugeordnet. Insbesondere entspricht die Anzahl der
Teilsteuereinheiten der Anzahl der
Blattwinkelverstellantriebe .
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind die eine oder mehreren Kommunikationsleitungen, die eine oder mehreren Steuerleitungen und die eine oder mehreren
Versorgungsleitungen von jeder der Schalteinrichtungen oder von jedem der Blattwinkelverstellantriebe zu der ersten und/oder zweiten Steuereinheit geführt. Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung sind die einzelnen Schalteinrichtungen oder Blattwinkelverstellanriebe über die eine oder mehreren Kommunikationsleitungen und/oder über die eine oder mehreren Steuerleitungen in Reihe miteinander verbunden. In diesem Fall ist es möglich, die eine oder mehreren
Kommunikationsleitungen und/oder die eine oder mehreren
Steuerleitungen von lediglich einer der Schalteinrichtungen oder von lediglich einem der Blattwinkelverstellantriebe aus zu der ersten und/oder zweiten Steuereinheit zu führen. Die eine oder mehreren Versorgungsleitungen sind vorzugsweise aber von jeder der Schalteinrichtungen oder von jedem der Blattwinkelverstellantriebe zu der ersten und/oder zweiten Steuereinheit geführt.
Die Ausdruck „am Rotor befestigt" ist insbesondere derart zu verstehen, dass am Rotor befestigte Gegenstände zusammen mit dem Rotor um die Rotorachse drehbar sind. Diese Gegenstände umfassen z.B. die erste Steuereinheit, den oder die ersten Energiespeicher, die Schalteinrichtungen und/oder die
Blattwinkelverstellantriebe. Die Befestigung der Gegenstände am Rotor kann jeweils unmittelbar oder mittelbar erfolgen, z.B. über eine oder mehrere Halterungen oder andere
Zwischenelemente. Ferner ist der Ausdruck „am Maschinenträger befestigt" insbesondere derart zu verstehen, dass am
Maschinenträger befestigte Gegenstände nicht zusammen mit dem Rotor um die Rotorachse drehbar sind. Diese Gegenstände umfassen z.B. die zweite Steuereinheit, den zweiten
Energiespeicher, den Netzfilter und/oder die
Gierwinkelsteuerung. Die Befestigung der Gegenstände am Maschinenträger kann jeweils unmittelbar oder mittelbar erfolgen, z.B. über eine oder mehrere Halterungen oder andere Zwischenelemente. Insbesondere sind am Rotor befestigte
Gegenstände somit zusammen mit dem Rotor relativ zu am
Maschinenträger befestigten Gegenständen um die Rotorachse drehbar. Beispielsweise sind der oder die ersten
Energiespeicher zusammen mit dem Rotor relativ zu dem zweiten Energiespeicher um die Rotorachse drehbar.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verstellen eines Blattwinkels wenigstens eines Rotorblatts einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage durch Verdrehen des
Rotorblatts um seine Blattachse, wobei die
Blattwinkelverstellung des Rotorblatts wahlweise mittels der am Maschinenträger befestigten zweiten Steuereinheit oder mittels der am Rotor befestigten ersten Steuereinheit erfolgt. Die Windkraftanlage kann gemäß allen genannten
Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Bei der Blattwinkelverstellung mittels der zweiten
Steuereinheit wird der Blattwinkel bevorzugt geregelt. Bei der Blattwinkelverstellung mittels der ersten Steuereinheit wird der Blattwinkel vorzugsweise auf einen definierten
Winkel eingestellt, der insbesondere der Fahnenstellung entspricht .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden bei der
Blattwinkelverstellung mittels der ersten Steuereinheit, insbesondere bei einer Störung, wie z.B. bei einem Ausfall der Stromversorgungseinrichtung und/oder des Netzes, die Blattwinkelverstellantriebe von einem oder mehreren am Rotor befestigten und mit der ersten Steuereinheit gekoppelten ersten elektrischen Energiespeichern mit elektrischer Energie versorgt .
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden bei der
Blattwinkelverstellung mittels der zweiten Steuereinheit, insbesondere bei einer Störung, wie z.B. einer
Beeinträchtigung der Stromversorgung und/oder der Spannung des Netzes, die Blattwinkelverstellantriebe von zumindest einem mit der zweiten Steuereinheit gekoppelten und am
Maschinenträger befestigten zweiten Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt.
Bevorzugt weist die Blattwinkelsteuereinrichtung eine
Umschaltvorrichtung auf, mittels welcher eine Umschaltung von einer Stromversorgung der Blattwinkelverstellantriebe durch ein elektrisches Netz auf die Stromversorgung der
Blattwinkelverstellantriebe durch den oder die
Energiespeicher erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine teilweise Vorderansicht des aus Fig. 1
ersichtlichen Rotors, eine schematische Darstellung einer
Blattwinkelsteuereinrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform, eine schematische Darstellung eines Motor-Panels gemäß der ersten Ausführungsform, eine schematische Darstellung einer
Blattwinkelsteuereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, eine schematische Darstellung einer
Blattwinkelsteuereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, eine schematische Darstellung einer
Blattwinkelsteuereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, eine perspektivische Darstellung eines
Schaltschranks gemäß der ersten Ausführungsform im geöffneten Zustand, eine perspektivische Darstellung des Schaltschranks nach Fig. 8 mit montierten Akkumulatoren und eine Draufsicht auf den Schaltschrank nach Fig. 8 im geschlossenen Zustand und mit montierten
Akkumulatoren . Aus Fig. 1 ist eine Windkraftanlage 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei die
Windkraftanlage 1 einen auf einem Fundament 2 aufstehenden Turm 3 umfasst, an dessen dem Fundament 2 abgewandten Ende ein Maschinenhaus 4 angeordnet ist. Das Maschinenhaus 4 weist einen Maschinenträger 5 auf oder ist an diesem befestigt, an dem ein Rotor 6 um eine Rotorachse 7 drehbar gelagert ist, der eine Rotornabe 8 und mehrere mit dieser verbundene
Rotorblätter 9, 10 und 67 (siehe Fig. 2) umfasst, die jeweils um eine Blattachse 11, 12 bzw. 68 (siehe Fig. 2) drehbar an der Rotornabe 8 gelagert sind. Die Rotorblätter 9, 10 und 67 erstrecken sich in Richtung ihrer jeweiligen Blattachse 11, 12 bzw. 68 von der Rotornabe 8 weg, wobei die Blattachsen 11, 12 und 68 quer zur Rotorachse 7 verlaufen. Der Rotor 6 wird durch Wind 13 um die Rotorachse 7 gedreht und ist mittels einer Rotorwelle 14 mit einem am Maschinenträger 5
befestigten elektrischen Generator 15 mechanisch gekoppelt, der von dem Rotor 6 angetrieben wird. Der Generator 15 erzeugt elektrische Energie und speist diese in ein externes elektrisches Netz 16 ein. Die Rotorblätter 9, 10 und 67 sind jeweils über einen Blattwinkelverstellantrieb 17, 18 bzw. 69 um ihre jeweilige Blattachse 11, 12 bzw. 68 relativ zu der Rotornabe 8 drehbar. Eine teilweise Vorderansicht des Rotors 6 zeigt Fig. 2.
Der Maschinenträger 5 ist um eine Gierachse 19 drehbar an dem Turm 3 gelagert und mittels eines Gierantriebs 20 relativ zu dem Turm 3 um die Gierachse 19 drehbar, die hier mit der Längsachse des Turms 3 zusammenfällt. Der Gierantrieb 20 ist mittels einer am Maschinenträger 5 befestigten
Gierwinkelsteuerung 21 steuerbar. Die Blattwinkelverstellantriebe 17, 18 und 69 sind jeweils mit einer im Rotor 6 angeordneten ersten Steuereinheit 22 und mit einer am Maschinenträger 5 befestigten zweiten
Steuereinheit 23 verbunden. Die beiden Steuereinheiten 22 und
23 sind Teil einer aus Fig. 3 ersichtlichen
Blattwinkelsteuereinrichtung 24. Ferner sind die
Gierwinkelsteuerung 21 und die Blattwinkelsteuereinrichtung
24 mit einer Windkraftanlagensteuerung 25 elektrisch
verbunden, die gemäß dieser Ausführungsform am
Maschinenträger 5 befestigt ist. Radial mittig in der
Rotornabe 8 ist ein an dieser befestigter Schaltschrank 26 angeordnet, in dem die erste Steuereinheit 22 aufgenommen ist .
Aus Fig. 3 ist die Blattwinkelsteuereinrichtung 24
ersichtlich, wobei der Rotor 6 schematisch als gestrichelter Kasten angedeutet ist. Die Blattwinkelverstellantriebe 17, 18 und 69 weisen jeweils einen Elektromotor auf, wobei der
Elektromotor 27 dem Blattwinkelverstellantrieb 17, der
Elektromotor 28 dem Blattwinkelverstellantrieb 18 und der Elektromotor 29 dem Blattwinkelverstellantrieb 69 zugeordnet ist. Die Elektromotoren 27, 28 und 29 sind jeweils über eine Schalteinrichtung (Motor-Panel) 30 und Verbindungsleitungen 31 sowohl mit der ersten Steuereinheit 22 als auch mit der zweiten Steuereinheit 23 verbunden. Die Verbindungsleitungen umfassen elektrische Energieversorgungsleitungen 32,
elektrische Steuerleitungen 33 und Kommunikationsleitungen 34, wobei letztere als Lichtwellenleiter ausgebildet sind. Die Stromversorgungsleitungen 32 und die Steuerleitungen 33 sind über auf der Rotorwelle 14 sitzende Schleifringe 35 zu der zweiten Steuereinheit 23 geführt. Die
Kommunikationsleitungen 34 sind hingegen über eine auf der Rotorachse 7 angeordnete optische Kopplungseinrichtung 36 (optische Schnittstelle) mit der zweiten Steuereinheit 23 verbunden. Ferner sind Akkumulatoren 37 dargestellt, die außen am Schaltschrank 26 befestigt und elektrisch mit der ersten Steuereinheit 22 verbunden sind.
Die zweite Steuereinheit 23 umfasst einen Gleichrichter 38, der wechselstromseitig über einen Netzfilter 39 mit einer Stromversorgungseinrichtung 40 verbunden ist, welche die zweite Steuereinheit 23 mit Wechselstrom versorgt und mit dem Netz 16 verbunden ist. Alternativ kann der Netzfilter 39 auch direkt mit dem Netz 16 verbunden sein, sodass die
Stromversorgungseinrichtung 40 entfällt oder durch das Netz 16 gebildet ist.
Der Gleichrichter 38 ist gleichstromseitig mit einem
Gleichstrombus 41 verbunden, an dem drei Ausgangsstufen 42, 43 und 44 angeschlossen sind. Die Ausgangsstufe 42 ist über die Stromversorgungsleitungen 32 des Motors 27 mit der diesem zugeordneten Schalteinrichtung 30 verbunden. Die
Ausgangsstufe 43 ist über die Stromversorgungsleitungen 32 des Motors 28 mit der diesem zugeordneten Schalteinrichtung 30 verbunden. Ferner ist die Ausgangsstufe 44 über die
Stromversorgungsleitungen 32 des Motors 29 mit der diesem zugeordneten Schalteinrichtung 30 verbunden. Der Motor 27 ist durch die Ausgangsstufe 42 steuerbar, der Motor 28 ist durch die Ausgangsstufe 43 steuerbar, und der Motor 29 ist durch die Ausgangsstufe 44 steuerbar. Der Gleichrichter 38 und der Gleichstrombus 41 bilden mit jeder der Ausgangsstufen jeweils einen Umrichter. Anders könnte aber auch davon gesprochen werden, dass der Gleichrichter 38, der Gleichstrombus 41 und die Ausgangsstufen 42, 43 und 44 einen Umrichter bilden, der drei Ausgangsstufen aufweist.
Die zweite Steuereinheit 23 umfasst eine Steuerung 45, mittels welcher die Ausgangsstufen 42, 43 und 44 steuerbar sind. Somit ist es möglich, die Motoren 27, 28 und 29 der Blattwinkelverstellantriebe 17, 18, und 69 mittels der zweiten Steuereinheit 23 anzusteuern. Ferner ist an dem
Gleichstrombus 41 ein Akkumulator 66 angeschlossen. Der
Akkumulator 66 kann mit dem Gleichstrombus 41 dauerhaft elektrisch verbunden sein oder mittels der Steuerung 45 und/oder der Eingangsstufe 38 mit dem Gleichstrombus 41 elektrisch verbunden werden.
Bei einem vorübergehenden Spannungseinbruch des Netzes 16 erfolgt die elektrische Versorgung des Gleichstrombusses 41 durch den Akkumulator 66. Somit ist es möglich, die
Blattwinkelverstellantriebe 17, 18, und 69 solange weiter zu betreiben, bis der Spannungseinbruch vorübergegangen ist und die volle Netzspannung wieder zur Verfügung steht. Dies hat den Vorteil, dass die Windkraftanlage 1 während eines lediglich vorübergehenden Spannungseinbruchs nicht
abgeschaltet werden muss. Übersteigt die Dauer des
Spannungseinbruchs allerdings eine vorgegebene Zeitdauer oder fällt die Spannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert, so werden die Rotorblätter 9, 10 und 67 mittels der ersten
Steuereinheit 22 in die sogenannte Fahnenstellung gedreht. In diesem Fall erfolgt die Stromversorgung der Motoren 27, 28 und 29 über die Akkumulatoren 37. Da es sich bei den Motoren 27, 28 und 29 um Gleichstrommotoren handelt, werden die
Akkumulatoren 37 mittels der ersten Steuereinheit 22 direkt mit den Motoren 27, 28 und 29 elektrisch verbunden.
Alternativ können die Motoren 27, 28 und 29 aber auch als Wechselstrommotoren ausgebildet sein, sodass die Verbindung der Akkumulatoren 37 mit den Motoren 27, 28 und 29 unter Zwischenschaltung von Wechselrichtern 70 erfolgt, die
vorzugsweise in den Schalteinrichtungen 30 vorgesehen sind (siehe Fig. 4) . Alternativ können die Wechselrichter aber auch in der ersten Steuereinheit 22 vorgesehen oder an einer anderen Stelle zwischen die Akkumulatoren 37 und die Motoren 27, 28 und 29 geschaltet sein. Somit können die Rotorblätter selbst dann in die Fahnenstellung gedreht werden, wenn die zweite Steuereinheit 23 ausgefallen und/oder der Akkumulator 66 entleert ist.
Aus Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild der dem Motor 27 zugeordneten Schalteinrichtung 30 ersichtlich, der eine
Motorwelle 46 aufweist, die mittels einer Bremsvorrichtung 47 gebremst und/oder festgehalten werden kann. Die
Bremsvorrichtung 47 wird über Versorgungsleitungen 48 mit elektrischer Energie versorgt, wobei bevorzugt die
Stromversorgungsleitungen 32 die Versorgungsleitungen 48 umfassen .
Die Schalteinrichtung 30 weist eine Temperaturüberwachung 49 mit einer Sensorik 50 zur Erfassung der Temperatur des Motors 27, eine Sensorik 51 zur Erfassung der Winkelpositon und Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle 46 und eine
Bremssteuerung 52 auf, mittels welcher die Bremsvorrichtung 47 steuerbar ist. Die Überwachung 49, die Sensorik 51 und die Steuerung 52 sind jeweils elektrisch mit einer optischen Kommunikationseinrichtung 53 verbunden, die eine
Schnittstelle zu den Kommunikationsleitungen 34 bildet.
Ferner ist der Wechselrichter 70 dargestellt, der aber entfallen kann, wenn der Motor 27 als Gleichstrommotor ausgebildet ist.
Aus den Fig. 5 bis 7 sind weitere Ausführungsformen der
Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind.
Aus Fig. 5 ist eine Blattwinkelsteuereinrichtung 24 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei die Gierwinkelsteuerung 21 mit der zweiten
Steuereinheit 23 elektrisch verbunden ist. Der Gierantrieb 20 umfasst zwei Elektromotoren 54 und 55, die jeweils über einen Umrichter 56 bzw. 57 mit der Gierwinkelsteuerung 21 verbunden sind. Ferner umfasst die Gierwinkelsteuerung 21 mehrere steuerbare Ausgangstufen 58, die jeweils mit dem
Gleichstrombus 51 verbunden sind. Die Ausgangstufen 58 sind bevorzugt mit den Blattwinkelverstellantrieben verbunden, sodass diese zusätzlich mittels der Gierwinkelsteuerung 21, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Gierbewegung des
Maschinenträgers 5 um die Gierachse 19, steuerbar sind.
Ferner sind in Fig. 5 Sensoren 59 dargestellt, die den
Schalteinrichtungen 30 zugeordnet sind.
Aus Fig. 6 ist eine Blattwinkelsteuereinrichtung 24 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei die Akkumulatoren 37 nicht an dem Schaltschrank 26, sondern im Bereich der oder an den Motoren 27, 28 und 29 angeordnet sind. Dabei ist jeder der Schalteinrichtungen 30 jeweils einer der Akkumulatoren 37 zugeordnet.
Aus Fig. 7 ist eine Blattwinkelsteuereinrichtung 24 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei die Anordnung der Akkumulatoren 37 der dritten
Ausführungsform entspricht. Im Unterschied zur dritten
Ausführungsform ist die erste Steuereinheit 22 aber im
Bereich des oder an dem Motor 27 vorgesehen, wobei die
Schalteinrichtungen 30 über die Kommunikationsleitungen 34 und die Steuerleitungen 33 in Reihe miteinander verbunden sind. Hinsichtlich der Kommunikationsleitungen 34 und der Steuerleitungen 33 kann somit der Montageaufwand reduziert werden .
Aus Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung des
Schaltschranks 26 gemäß der ersten Ausführungsform im
geöffneten Zustand ersichtlich, wobei der Innenraum des Schaltschranks durch innere Trennwände 60 in mehrere Bereiche 61 unterteilt ist, die ferner durch Außenwände 62 des
Schaltschranks 26 begrenzt sind. Jedem der
Blattwinkelverstellantriebe 17, 18, und 69 ist genau einer der Bereiche 61 zugeordnet. Die erste Steuereinheit 22 umfasst je Blattwinkelverstellantrieb eine Teilsteuereinheit 64 (siehe Fig. 9), wobei jede der Teilsteuereinheiten 64 in einem der Bereiche 61 angeordnet ist. An den Außenseiten der Außenwände 62 sind Halterungen 63 befestigt, an welche die Akkumulatoren 37 montiert werden können. Eine perspektivische Ansicht des Schaltschranks 26 mit montierten Akkumulatoren 37 zeigt Fig. 9, in der auch die in den Bereichen 61 angeordneten Teilsteuereinheiten 64
schematisch angedeutet sind. Jedem der
Blattwinkelverstellantriebe sind jeweils zwei der
Akkumulatoren 37 zugeordnet, die an der Außenwand 62 des jeweiligen Bereichs 61 angeordnet sind. Eine Draufsicht auf den Schaltschrank 26 mit montierten Akkumulatoren 37 ist aus Fig. 10 ersichtlich, wobei der Schaltschrank 26 mit einem Deckel 65 verschlossen ist.
Bezugs zeichenliste
1 Windkraftanlage
2 Fundament
3 Turm
4 Maschinenhaus
5 Maschinenträger
6 Rotor
7 Rotorachse
8 Rotornabe
9 Rotorblatt
10 Rotorblatt
11 Blattachse
12 Blattachse
13 Wind
14 Rotorwelle
15 elektrischer Generator
16 elektrisches Netz
17 Blattwinkelverstellantrieb
18 Blattwinkelverstellantrieb
19 Gierachse / Turmachse
20 Gierantrieb
21 Gierwinkelsteuerung
22 erste Steuereinheit
23 zweite Steuereinheit
24 Blattwinkelsteuereinrichtung
25 Windkraftanlagensteuerung
26 Schaltschrank
27 Elektromotor
28 Elektromotor Elektromotor
Schalteinrichtung / Motor-Panel
Verbindungsleitungen
Stromversorgungsleitungen
Steuerleitungen
Kommunikationsleitungen
Schleifringe
optische Kopplungseinrichtung
Akkumulator
Gleichrichter
Netzfilter
Stromversorgungseinrichtung
Gleichstrombus / Gleichstromzwischenkreisanordnung Ausgangsstufe
Ausgangsstufe
Ausgangsstufe
Steuerung
Motorwelle
Bremsvorrichtung
Versorgungsleitungen
Temperaturüberwachung
Temperatursensorik
Positions- und Geschwindigkeitssensorik
Bremssteuerung
optische Kommunikationseinrichtung
Elektromotor
Elektromotor
Umrichter
Umrichter
Ausgangsstufe
Sensoren der Schalteinrichtung innere Trennwand des Schaltschranks Bereich des Schaltschrankinnenraums Außenwand des Schaltschranks
Halterung für Akkumulator
Teilsteuereinheit
Deckel des Schaltschranks
Akkumulator
Rotorblatt
Blattachse
Blattwinkelverstellantrieb
Wechselrichter

Claims

Windkraftanlage Patentansprüche
1. Windkraftanlage mit
einem Maschinenträger (5) ,
einem um eine Rotorachse (7) drehbar am Maschinenträger (5) gelagerten und durch Wind (13) zu einer Drehbewegung um die Rotorachse (7) antreibbaren Rotor (6), der eine Rotornabe (8) und mehrere Rotorblätter (9, 10) umfasst, die sich jeweils in Richtung einer quer oder im Wesentlichen quer zur Rotorachse (7) verlaufenden Blattachse (11, 12) erstrecken und um ihre jeweilige Blattachse (11, 12) drehbar an der Rotornabe (8) gelagert sind,
am Rotor (6) angeordneten Blattwinkelverstellantrieben (17, 18), mittels welchen die Rotorblätter (9, 10) um ihre
Blattachsen (11, 12) drehbar sind,
wenigstens einer mit den Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) gekoppelten Blattwinkelsteuereinrichtung (24), mittels welcher die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) steuerbar sind,
wenigstens einem mit dem Rotor (6) mechanisch gekoppelten und durch diesen antreibbaren elektrischen Generator (15), mittels welchem elektrische Energie erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelsteuereinrichtung (24) mehrere, jeweils mit den Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) gekoppelte
Steuereinheiten (22, 23) umfasst, von denen eine erste
Steuereinheit (22) am Rotor (6) und eine zweite Steuereinheit (23) am Maschinenträger (5) befestigt ist.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelsteuereinrichtung (24) einen oder mehrere am Rotor (6) befestigte und mit der ersten Steuereinheit (22) elektrisch gekoppelte erste elektrische Energiespeicher (37) umfasst, mittels welchen die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) zumindest vorübergehend mit elektrischer Energie
versorgbar sind.
3. Windkraftanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) Elektromotoren (27, 28, 29) umfassen, die mittels der ersten Steuereinheit (22) mit dem oder den ersten Energiespeichern (37) direkt oder indirekt elektrisch verbindbar sind.
4. Windkraftanlage nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
Hilfsumrichter oder Wechselrichter (70) am Rotor (6)
befestigt sind, wobei die Elektromotoren (27, 28, 29) mittels der ersten Steuereinheit (22) mit dem oder den ersten
Energiespeichern (37) unter Zwischenschaltung der
Hilfsumrichter oder Wechselrichter (70) elektrisch verbindbar sind .
5. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die ersten Energiespeicher (37) jeweils zumindest einen Akkumulator oder zumindest einen Kondensator umfassen.
6. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) wahlweise mittels der ersten Steuereinheit (22) oder mittels zweiten
Steuereinheit (23) steuerbar oder regelbar sind.
7. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Steuereinheit (23) einen oder mehrere Umrichter aufweist, mittels welchen die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) steuerbar sind.
8. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Steuereinheit (23) eine gleichrichtende
Eingangsstufe (38), je Blattwinkelverstellantrieb (17, 18) eine mit diesem elektrisch verbundene Ausgangsstufe (42, 43, 44) und eine zwischen die Eingangsstufe und den
Ausgangsstufen geschaltete Gleichstromzwischenkreisanordnung (41) aufweist.
9. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelsteuereinrichtung (24) wenigstens einen am Maschinenträger (5) befestigten und mit der zweiten
Steuereinheit (23) elektrisch gekoppelten zweiten
elektrischen Energiespeicher (66) umfasst, mittels welchem die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) zumindest
vorübergehend mit elektrischer Energie versorgbar sind.
10. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher (66) über den oder die Umrichter mit den Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) elektrisch verbindbar ist.
11. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher (66) mit der
Gleichstromzwischenkreisanordnung (41) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, sodass die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) von dem zweiten Energiespeicher (66) unter
Zwischenschaltung der Ausgangsstufen (42, 43, 44) mit elektrischer Energie versorgbar sind.
12. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Energiespeicher (66) zumindest einen Akkumulator oder zumindest einen Kondensator umfasst.
13. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelsteuereinrichtung (24) einen am
Maschinenträger (5) befestigten Netzfilter (39) umfasst.
14. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Maschinenträger (5) um eine Gierachse (19) drehbar an einer Tragkonstruktion (3) gelagert und mittels wenigstens eines mit einer Gierwinkelsteuerung (21) gekoppelten
Gierantriebs (20) relativ zu der Tragkonstruktion (3) um die Gierachse (19) drehbar ist, wobei die zweite Steuereinheit (23) mit der Gierwinkelsteuerung (21) gekoppelt ist.
15. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Steuereinheit (23) mit den
Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) über
Verbindungselemente (31) verbunden ist, die
Kommunikationsleitungen (34), elektrische Steuerleitungen (33) und elektrische Stromversorgungsleitungen (32) umfassen.
16. Windkraftanlage nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kommunikationsleitungen (34) optische
Nachrichtenübertragungsleitungen umfassen .
17. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) jeweils eine eine Messeinrichtung umfassende Schalteinrichtung (30) aufweisen, die sowohl mit der ersten Steuereinheit (22) als auch mit der zweiten Steuereinheit (23) gekoppelt ist.
18. Windkraftanlage nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) jeweils wenigstens einen Elektromotor mit einer Motorwelle (46) umfassen, wobei die Messeinrichtungen jeweils eine Sensorik (51) zur
Erfassung der Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Motorwelle (46) und eine Sensorik (50) zur Erfassung der Temperatur des jeweiligen Elektromotors
umfassen .
19. Windkraftanlage nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinrichtungen (30) jeweils eine Bremsvorrichtung (47) mit einer Bremssteuerung (52) für den jeweiligen
Blattwinkelverstellantrieb (17, 18) umfassen, die sowohl mit der ersten Steuereinheit (22) als auch mit der zweiten
Steuereinheit (23) gekoppelt ist.
20. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 17 bis 19 und nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinrichtungen (30) über die Kommunikationsleitungen (34) und die Steuerleitungen (33) miteinander gekoppelt sind.
21. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20 und nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
den Schalteinrichtungen (30) jeweils zumindest einer der ersten Energiespeicher (37) zugeordnet ist.
22. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der ersten Steuereinheit (22) ein Schaltschrank (26)
zugeordnet ist, der bezüglich der Rotorachse (7) radial mittig im Rotor (6) angeordnet ist.
23. Windkraftanlage nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltschrank (26) innere Trennwände (60) aufweist, die den Innenraum des Schaltschranks (26) in mehrere separate Bereiche (61) unterteilen, die jeweils durch eine Außenwand
(62) des Schaltschranks (26) begrenzt sind, wobei die Anzahl der Bereiche (61) der Anzahl der Blattwinkelverstellantriebe
(17, 18) entspricht.
24. Windkraftanlage nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bereiche (61) elektrisch voneinander isoliert sind.
25. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die ersten Energiespeicher (37) in enger räumlicher Nähe zueinander und im Abstand zu den
Blattwinkelverstellantrieben (17, 18) angeordnet sind.
26. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 22 bis 24 und nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die ersten Energiespeicher (37) an oder in dem Schaltschrank (26) angeordnet sind.
27. Windkraftanlage nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die ersten Energiespeicher (37) außerhalb des
Schaltschranks (26) an dessen Außenwänden (62) befestigt sind .
28. Verfahren zum Verstellen eines Blattwinkels wenigstens eines Rotorblatts einer Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche durch Verdrehen des Rotorblatts um seine Blattachse,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelverstellung des Rotorblatts (9) wahlweise mittels der am Maschinenträger (5) befestigten zweiten
Steuereinheit (23) oder mittels der am Rotor (6) befestigten ersten Steuereinheit (22) erfolgt.
29. Verfahren nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Blattwinkelverstellung mittels der ersten
Steuereinheit (22) die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) von einem oder mehreren am Rotor (6) befestigten und mit der ersten Steuereinheit (22) gekoppelten ersten elektrischen Energiespeichern (37) mit elektrischer Energie versorgt werden .
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Blattwinkelverstellung mittels der zweiten
Steuereinheit (23) die Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) von zumindest einem mit der zweiten Steuereinheit (23) gekoppelten und am Maschinenträger (5) befestigten zweiten Energiespeicher (66) mit elektrischer Energie versorgt werden .
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blattwinkelsteuereinrichtung (24) eine
Umschaltvorrichtung aufweist, mittels welcher eine
Umschaltung von einer Stromversorgung der Blattwinkelverstellantriebe (17) durch ein elektrisches Netz (16) auf die Stromversorgung der Blattwinkelverstellantriebe (17, 18) durch den oder die Energiespeicher (37, 66) erfolgt
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