EP3698463A1 - Anordnung mit einer asynchronmaschine und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Anordnung mit einer asynchronmaschine und verfahren zu deren betrieb

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EP3698463A1
EP3698463A1 EP17826445.3A EP17826445A EP3698463A1 EP 3698463 A1 EP3698463 A1 EP 3698463A1 EP 17826445 A EP17826445 A EP 17826445A EP 3698463 A1 EP3698463 A1 EP 3698463A1
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EP
European Patent Office
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arrangement
asynchronous machine
stator
rotor
frequency
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17826445.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedemann Augsburger
Rainer Gruber
German KUHN
Kunal SHARMA
Alexander Rentschler
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3698463A1 publication Critical patent/EP3698463A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/26—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with an Asynchronma machine with a rotor and a stator, wherein the arrangement is set up in a generator mode for feeding electrical energy into an AC voltage network.
  • Known power generation plants which are usually driven with tur bines, are at high nominal power na almost exclusively coupled via synchronous generators to the alternating voltage network.
  • the alternating voltage network is usually an electrical supply or distribution network.
  • the synchronous machine is a mechanical Turbi nenfrequenz to that of the electrical mains frequency or an integer divider thereof set.
  • the fixed mechanical turbine frequency significantly limits the optimization of the drive with regard to efficiency, costs and performance.
  • the object of the invention is to propose a kind of arrangement that is as cost effective and flexible in use.
  • the object is erfindungsge accordance with an artful arrangement in that the asynchronous double-fed ge is operable, the asynchronous machine by means of a modular Mehrmenumrichters in matrix configuration with the AC mains is connectable, the modu lare Mehrmenumrichter in a motor operation of the arrangement to a start of Asynchronous short-circuiting of the rotor or the stator is set up.
  • the asynchronous machine of the invention is to order a double-fed induction machine (Double Feed Induction Generator, DFIG).
  • the asynchronous machine is connected in matrix configuration with the AC voltage network via the modular multistage converter.
  • the modular multi-stage converter is characterized by a modular design.
  • the modular multi-stage converter includes two-pole
  • Switching modules which are switchable in series with each other, wherein each switching module comprises a power semiconductor circuit and egg nen own energy storage.
  • Each of the switching modules can be controlled individually by means of a control device.
  • a voltage dropping across a series connection of the switching modules is equal to the sum of voltages falling off the associated switching modules.
  • the modular Mehrmenum judge is a particularly advantageous step-shaped Wech selledge generated.
  • Matrix configuration is in the present context, a configuration of the multi-stage converter, in which a multi-phase output AC voltage is directly converted to the alternator in a multi-phase AC voltage, ie in particular without egg nen DC intermediate circuit.
  • the advantage of scalability is the use of a modular multi-level converter in matrix configuration for connecting a DFIG to the AC power grid. Due to its scalability, the modular multi-stage converter can be adapted to the respective application and the respective asynchronous machine or DFIG using components of the same type become. This lowers the cost of the arrangement. Another advantage arises from the fact that the modular Mehrmenum judge the arrangement according to the invention must be designed for a lower rated power than the full converter of the known arrangement, which also provides a cost advantage. In addition, can be reduced by the already described advantageous sinusoidal shape of the voltage generated by means of the modular multistage voltage or current, the thermal loading of the asynchronous machine Chine.
  • the modular multi-stage converter is set up in a motor operation of the arrangement for starting the asynchronous machine with short-circuiting of the rotor or the stator.
  • the multi-stage converter is set up to remove electrical energy from the alternating voltage network during engine operation of the arrangement and to use it to start the Asynchron machine.
  • the startup or startup of the Asyn chronmaschine or the connected turbine is doing un ter shorting of the rotor or the stator made.
  • the invention is based on the finding that the modular multi-stage inverter in matrix configuration We sentlichen can only be operated technically meaningful if the at the input and output of the multi-stage converter he testified voltage frequencies are sufficiently different. Due to the configuration of the arrangement when driving the asynchronous machine, the multi-stage converter to generate an output voltage with a starting frequency that corresponds to the difference between the turbine frequency and the grid frequency in the AC mains or nearly equal (the slip is taken into account). At startup, the turbine frequency is initially zero so that the difference between turbine frequency and grid frequency is equal to or nearly equal to the grid frequency.
  • the short-circuiting of the rotor or the stator is in this context understood as an electrical Ver bind, in particular low-resistance connecting the individual phases of the rotor or the stator (or the Ro torwicklept or the stator windings) with each other, so that the phases short-circuited, in particular sym metric shorted, are.
  • the modular multi-stage converter is connected to the rotor of the asynchronous machine. At the same time is the
  • the modular multi-stage converter can be designed for a relatively small rated power.
  • the modular multi-stage converter is designed for a rated power that is 20% to 50% of a rated input power of the asynchronous machine.
  • the input rated power corresponds, for example, to the mechanical rated power output by a turbine connected to a shaft of the asynchronous machine.
  • the modular multi-stage converter can be selectively connected to the rotor or the stator of the asynchronous machine by means of suitable switching devices.
  • the multi-stage converter feeds either on the rotor or on the stator.
  • the short-circuiting of the rotor can be canceled, wherein the multi-stage converter is connected to the rotor.
  • the arrangement comprises a Kurzschliesßvorraum for shorting the rotor or a short-circuiting device for short-circuiting of the stator, wherein the Kurzsch Stammvorrich device has at least one (possibly earthed) resistance element.
  • the short-circuiting therefore takes place via a counterclaim.
  • Both variants, namely the short-circuiting of the stator and the shorting of the rotor are reali sierbar in this way.
  • the short-circuiting device may comprise one or more resistive elements in series with a suitable short-circuiting switch.
  • the stator may be connectable to ground via the short-circuiting device. In such a case, the Mehrmenum judge expediently connected to the rotor or
  • the multi-stage converter can advantageously be connected to the stator or the rotor by means of suitable switching devices.
  • the short-circuiting switch is suitable for establishing or canceling the short circuit (possibly via resistors) and optionally a grounding.
  • the Kurzsch.vorrich device comprises a plurality of resistive elements, which are connected to a (possibly grounded) star point. This represents a particularly effective variant of the short-circuiting device for a multiphase AC voltage connection.
  • the multistage converter comprises a plurality of converter arms, each converter arm comprising a series circuit of bipolar switch modules, each of the switch modules having turn-off power semiconductor switches and an energy store.
  • Each Umrichtarm expediently extends between a phase of a first multi-phase AC voltage terminal of the Mehreasenum richters and a phase of a second multi-phase alternating voltage connection of the multi-stage inverter.
  • the power semiconductor switches may be, for example, IGBT, IGCT or the like.
  • the multi-stage inverter has an n-phase first AC terminal connected to the asynchronous machine and an m-phase second AC terminal connected to the AC mains, each of the n phases of the AC input being connected to each of the m Phases of the second Messpan connection via exactly one of the inverter arms is connected.
  • the connection to the AC voltage network can be done for example via a transformer.
  • the power semiconductor switch short: semiconductor switch
  • the energy storage of the switching modules each in a full bridge Circuit interconnected.
  • a full bridge module scarf device is characterized in that two series circuits of two semiconductor switches are connected in parallel, wherein parallel to the series circuits of the semiconductor switches of the energy storage, usually in the form of a capacitor, is arranged.
  • the full bridge module circuit has two terminal terminals or poles, one of which is arranged with a potential point between the semiconductor switches of one series circuit and the other one with a potential point between the semiconductor switches of the other series circuit.
  • At the terminals of the semiconductor switching module is a drop in the energy storage or anste immediate energy storage voltage, a zero voltage or the inverse energy storage voltage can be generated.
  • At least one charging resistor which is arranged in one of the converter arms and can be bridged by means of a bridging switch.
  • the charging resistor was used to pre-charge the energy storage units of the switching modules.
  • Each of the converter arms can be equipped with such Ladewi resistance.
  • the multi-stage converter is connected via a transformer transformer to the AC mains.
  • the arrangement may comprise further components, such as a grounding or short-circuiting device, and / or a neutral point generator for balancing unbalanced errors, which are arranged between the multi-stage converter and the transformer.
  • the asynchronous machine is on the input side mechanically connected to a turbine of a conventional energy system.
  • Turbi ne may be, for example, a gas turbine, a steam turbine or a turbine driven by water power.
  • a startup of the turbine can advantageously be made possible by means of the multi-stage inverter from the AC voltage network voltage related electrical energy into a mechanical Rotational energy of the turbine is converted.
  • the turbine is operable at a turbine frequency, wherein the turbine frequency and the frequency of the AC mains are different.
  • a 50 Hz turbine can be operated by means of the arrangement in conjunction with a 60 Hz alternating voltage network (or vice versa).
  • generators with Polzipiere greater than one can be connected to an AC voltage network different network frequency, where appropriate, in oversynchronous operation. This enables the operation of frequency-variable and mains-unsynchronized turbines.
  • the arrangement comprises a control device for controlling the multi-stage converter.
  • the regulating device is set up to regulate reactive power at the asynchronous machine and in the alternating voltage network.
  • the arrangement itself by means of the modular multi-stage inverter neces sary reactive power can provide both on the network side and on the generator side.
  • the invention further relates to a method for operating egg ner arrangement for feeding electrical energy into an AC voltage network with an asynchronous machine.
  • the object of the invention is to propose such a procedural ren, which is as cost effective and flexible.
  • the object is achieved according to the invention by a procedural ren, in which the asynchronous generator is operated in generator mode using a modular multi-stage inverter in matrix configuration, and on drive the asynchronous by means of modular multi-stage converter with shorting a rotor or a stator of the asynchronous machine is carried out.
  • the essential advantages of the method according to the invention correspond to those which have already been described in connection with the arrangement according to the invention.
  • the inventive method is especially against a start of the asynchronous machine by means of the multi-stage converter without short circuiting of the stator or the ro tor, ie in the same interconnection as in normal operation of the arrangement, advantageous. Because this would make sense from a minimum speed of the turbine of more than one third of the rated speed reasonable and economical.
  • the method is to drive the asynchronous stator short-circuited, where at the rotor by means of the multi-stage converter with a driving frequency below a network frequency of the AC clamping voltage network is fed. Accordingly, for the initial run-up or starting a deviating operation of the energy generating Nor the configuration of the arrangement is set.
  • the stator is short-circuited, for example by means of one of the previously described variants of the short-circuiting device. To short-circuit the stator of the sen phase lines or phase outputs miteinan are electrically connected.
  • the multi-stage converter converts an electrical power from the AC voltage network and supplies it to the rotor, whereby the frequency of the supplied power or voltage generated by the multi-stage converter is lower than the mains frequency Initially, the starting frequency can be almost zero betra gene.
  • a suitable control or control can be set a desired driving torque for the shaft of a connected turbine.
  • the starting frequency is increased over time.
  • the voltage and starting frequency generated by the multi-stage converter are suitably increased in accordance with a U / f characteristic of the asynchronous machine.
  • a corresponding ramp slope and the duration of the run-up can expediently be so dimensioned or limited that the te to overcome the inertial te of components of the arrangement (for example, the turbine blades or asynchronous machine) and the resistors (essentially the turbine compressor ) required driving torque to a tilting torque of the asynchronous machine never exceeds.
  • a slip frequency of the asynchronous machine is monitored.
  • a rotor circuit current can be monitored.
  • a torque-limiting control acting via the slip frequency is also conceivable.
  • the startup frequency reaches or exceeds a predetermined frequency threshold
  • the shorting of the stator is canceled and the stator is connected to the AC power grid.
  • the cancellation of the short circuit and the connection to the AC mains can be carried out immediately or with a defined time delay. Also, the cancellation of the short circuit and the connection to the AC voltage network must not happen at the same time.
  • the frequency threshold can be determined as a function of parameters of the asynchronous machine, such as, for example, the inductances of the asynchronous machine and / or of a modulation limit of the multistage converter and / or the design of the multistage converter.
  • the rotor shortge is closed to start the asynchronous machine, wherein the stator is fed by means of the multi-stage converter with a starting frequency below a mains frequency of the AC voltage network.
  • the short-circuiting of the rotor can be realized substantially similar to the short-circuiting of the stator.
  • the starting frequency is increased over time.
  • the voltage generated by the multi-stage converter and starting frequency in accordance with a U / f characteristic of the asynchronous machine are suitably increased in the course of this speed upramp.
  • the corresponding ramp steepness and the duration of the run-up can be expediently dimensioned or be limited be that to overcome the moments of inertia of components of the assembly (for example, the turbine blades or asynchronous machine) and the resistors (essentially the turbine compressor ) required driving torque to a tilting torque of the asynchronous machine never exceeds.
  • a slip frequency of the asynchronous machine is monitored.
  • a rotor circuit current can be monitored.
  • a torque-limiting control acting via the slip frequency is also conceivable.
  • the startup frequency reaches or exceeds a predetermined frequency threshold
  • the short circuit of the rotor is canceled, and the stator is connected to the AC power grid and the rotor is connected to the multi-stage inverter.
  • the individual steps do not necessarily have to be carried out at the same time.
  • the phase of the process until the frequency threshold is exceeded can also be referred to as the first start-up phase.
  • a second start-up phase is provided. Accordingly, the starting frequency is further increased above the frequency threshold and fed the asynchronous machine by means of the multi-stage converter with the starting frequency until the starting frequency reaches a second frequency threshold.
  • the multi-stage converter is operated by a motor.
  • the interconnection corresponds to that used in normal operation of the arrangement (generator operation). Accordingly, in the second start-up phase, the turbine system continues to accelerates (for example within the scope of a suitable torque control) by means of Ro tor currents generated by the multi-stage converter with a suitable starting frequency and direction of rotation.
  • the second frequency threshold is preferably close to the nominal speed of the asynchronous machine.
  • the turbine can be used to assist throughout the described process or in individual parts.
  • the support provided by the turbine can advantageously shorten the run-up time.
  • the turbine may be fired at a starting frequency that is about 25% of the nominal turbine speed.
  • a full turbine torque can be achieved at approximately 70% of the nominal speed.
  • the motor operation of the asynchronous machine from the ignition of the turbine can be redu ed or terminated. It is conceivable to dispense with the second driving phase of the method by the turbine, after reaching the first frequency threshold value by the starting frequency, accelerating further on its own. In the meantime, in such a case, the pre-reconfiguring reconfiguration of the multi-stage converter to the normal or generator operation can already be brought forward in time.
  • a third start-up phase defined who the.
  • a transition to a normal or generator operation is performed.
  • the control of the arrangement may change to a constant speed control mode.
  • the control can be superordinate or inte grated into the multi-stage controller.
  • the following division of the control functions may be useful here: - Fast converter control; the desired speed and / or the operating point are set by generating a generator of the opposite counteracting regenerative torque;
  • a superordinate slow turbine control which serves to adjust the power and / or the Energyerzeu supply.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventions to the invention arrangement in a schematic representation
  • Figure 2 shows a second embodiment of an inventions to the invention arrangement in a schematic representation
  • Figure 3 shows an example of a modular multi-stage inverter in matrix configuration for the arrangements of Figures 1 and 2;
  • Figure 4 shows an example of Umrichterarms the Mehrstu fenumrichters of Figure 3 in a schematic representation
  • FIG. 5 shows an example of a switching module of the arrangement of FIGS. 1 to 4 in a schematic representation.
  • Figure 6 shows a schematic flow diagram for an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • an arrangement 1 is shown in Figure 1, by means of which a mechanical energy is provided at an output 2 of a turbine 3, umwan delbar in electrical energy and can be fed into an AC voltage network 4.
  • the turbine 3 is a gas turbine and operates according to the example shown in FIG. 1 with a turbine frequency of 50 Hz.
  • the mains frequency in the AC voltage network 4 in the example shown here is 60 Hz.
  • the arrangement 1 comprises an asynchronous machine 5 in the form of egg nes doubly fed asynchronous generator (DFIG).
  • DFIG doubly fed asynchronous generator
  • Asychron machine 5 comprises a stator 6, which is connected directly to the alternating voltage network 4. Furthermore, the asynchronous machine 5 comprises a rotor 7 which is connected by means of slip rings 8a-c with and via optional smoothing inductances 9a-c (see FIG. 3) to a first, three-phase alternating voltage connection 11 of a modular multistage inverter 10 in matrix configuration.
  • the stator 6 can be short-circuited by means of a short-circuiting device 17.
  • the short-circuiting device 17 comprises a short-circuiting switch SR in series with three resistive elements Rs connected together in a grounded star point circuit 18. In general, earthing the short circuit is optional.
  • the arrangement 1 further comprises a power switch Snetz and two further switches SN1 and SN2.
  • the multi-stage converter 10 also has a second, three-phase AC voltage terminal 12, which is connected via a transformer 13 to the AC voltage network 4.
  • the transformer 13 transforms the network-side clamping voltage at the multi-stage converter 10 in the example shown high on 25 kV.
  • the arrangement 1 additionally comprises a regulating device 14 which is set up to regulate current and voltage both on the network side and on the rotor side of the multistage converter 10 by suitable control of power semiconductor switches of the multistage converter 10. Furthermore, a turbine control 15 is provided for controlling the turbine 3.
  • a higher-level control device 16 is suitable, taking into account measured actual values from the alternating voltage network 4 to make a control of the switching devices of the order 1 and to influence the control of the turbine 3 and the multi-stage converter 10.
  • the first switch SN1 and the second switch SN2 are closed.
  • the short-circuit switch SR is open, so that the stator 6 verbun directly (via the transformer 13) with the AC voltage network 4 is the.
  • the multi-stage converter 10 is placed in a motor operation of the arrangement 1 and feeds electrical power to the rotor 7.
  • the multi-stage converter 10 At the first AC voltage connection 11, the multi-stage converter 10 generates an output voltage having a starting frequency which is initially close to zero and is increased over time. If the starting frequency in this process exceeds a predetermined frequency threshold, the short-circuiting switch SR opens and the first switch SN1 is closed.
  • Other phases of start-up described above can be performed in this configuration of the arrangement.
  • Figure 2 is a second embodiment of an Anord tion 20, by means of which a mechanical energy is provided at an output from a turbine 2 3, convertible into electrical energy and can be fed into an AC voltage network 4.
  • a mechanical energy is provided at an output from a turbine 2 3, convertible into electrical energy and can be fed into an AC voltage network 4.
  • Figures 1 and 2 the same and similar elements are provided with the same reference numerals. For reasons of clarity, therefore, in the following single Lich on the differences of the arrangements 1 and 20 a closer gone.
  • the multi-stage converter 10 is connected to both the stator 6 - with means of a first auxiliary switch Be - and with the rotor 7 - by means of a second auxiliary switch Sc2 - connectable.
  • the first switch SN1 and the second auxiliary switch Sc2 open.
  • the first auxiliary switch Sei and the short-circuiting switch SR are closed.
  • the rotor 7 is short-circuited and the multi-stage converter 10 feeds on the stator.
  • the first switch SN1 and the second auxiliary switch Sc2 are closed, while the short-circuiting switch SR and the second auxiliary switch Sc2 ge opens.
  • the multi-stage converter 10 feeds on the rotor 7, while the stator 6 is connected to the AC mains 4.
  • FIG. 3 shows a modular multi-stage converter 10 in matrix configuration, which can be used for example in one of the arrangements 1 and 20 of FIGS. 1 and 2.
  • the multi-stage converter 10 comprises nine converter arms A1-A9, wherein each one phase of the first AC voltage terminal lla-c is connected to one phase of the second AC voltage terminal 12a-c via one of the converter arms A1-A9. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, all the converter arms A1-A9 have a similar structure. On the construction on the converter arms A1-A9 is discussed in more detail in the following Figure 4.
  • the multi-stage converter 10 further includes the phases of the first AC voltage terminal 11a-c to ordered smoothing inductances 9a-c.
  • FIG. 4 shows an example of the structure of one of
  • FIG. 4 shows a converter arm A which can be switched between a phase of a first AC voltage terminal 11 a-c and a phase of a second AC voltage terminal 12 a-c (see FIG.
  • the Umrichterarm A includes a series switching two-pole switching modules SM, in the embodiment shown here, for example, all switching modules SM are constructed similar.
  • the number of series-connected switching modules SM is basically arbitrary and can be adapted to the respective appli cation, which is indicated in Figure 4 by a dotted Li never L.
  • In series with the switching modules SM Arminduktivi ity 21 is arranged.
  • the converter arm A has a charging resistor 22, which can be bridged by means of a controllable switch 23
  • FIG. 5 An example of a switching module SM in the form of a full bridge module circuit 101 is shown schematically in Figure 5.
  • the full bridge circuit 101 has a first semiconductor switch 102 in the form of an IGBT to which a first freewheeling diode 103 is connected in antiparallel and a second semicon terschalter 104 in the form of an IGBT, the second freewheeling diode 105 is connected in antiparallel.
  • the forward direction of the two semiconductor switches 102 and 104 is tet Gleichgerich.
  • the full bridge circuit 101 comprises a th th semiconductor switch 109 in the form of an IGBT, the th third freewheeling diode 110 is connected in antiparallel and a fourth semiconductor switch 111 in the form of an IGBT, the fourth freewheeling diode 112 is connected in antiparallel.
  • a first pole or connection XI of the switching module SM is arranged at a potential point 113 between the semiconductor switches 102, 104, and a second pole or connection X2 of the switching module SM is arranged at a potential point 114 between the semiconductor switches 109, 111.
  • the voltage present at the terminals XI, X2 can be generated, but the voltage at the capacitor 106 rising voltage Uc, but the voltage dropping across the capacitor 106 voltage with opposite polarity (- Uc) or zero voltage.
  • IGCT opposite polarity
  • FIG. 6 shows a flow chart.
  • the flow chart illustrates an exemplary embodiment of a method for operating one of the arrangements of FIGS. 1 or 2.
  • a first method step 201 the stator or the rotor of the asynchronous machine is short-circuited. If the stator is short-circuited, the multi-stage inverter is connected to the rotor. If the rotor is short-circuited, the multi-stage inverter is connected to the stator.
  • a second method step 202 the Asyn chronmaschine by means of the Mehreasenumrichters in a Mo door operation with a starting frequency below a Netzfre frequency of the AC voltage network fed.
  • the starting frequency is increased in time.
  • a third method step 203 after the driving frequency to a predetermined frequency threshold he goes or exceeds, the short-circuiting of the stator or the rotor canceled.
  • the stator is connected in such a way that it is connected to the AC mains.
  • the multi-speed converter feeds on the rotor.
  • a fourth method step 204 the starting frequency is further increased above the frequency threshold value.
  • the asynchronous machine is fed by means of the multi-stage converter with the starting frequency until the starting frequency reaches a second frequency threshold.
  • the second frequency threshold is close to a nominal frequency of the turbine.
  • a fifth method step 205 the generator mode is switched so that the energy generated by means of the turbine is converted into electrical energy and fed into the AC voltage network.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) mit einer Asynchronmaschine (5) mit einem Rotor (7) und einem Stator (6), wobei die Anordnung in einem Generatorbetrieb zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz (4) eingerichtet ist. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Asynchronmaschine doppelt gespeist betreibbar ist, wobei die Asynchronmaschine mittels eines modularen Mehrstufenumrichters in Matrixkonfiguration mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar ist, wobei der modulare Mehrstufenumrichter (10) in einem Motorbetrieb der Anordnung zu einem Anfahren der Asynchronmaschine unter Kurzschließen des Rotors oder des Stators eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der Anordnung.

Description

Beschreibung
Anordnung mit einer Asynchronmaschine und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Asynchronma schine mit einem Rotor und einem Stator, wobei die Anordnung in einem Generatorbetrieb zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz eingerichtet ist.
Bekannte Energieerzeugungsanlagen, die üblicherweise mit Tur binen angetrieben werden, sind bei größerer Nennleistung na hezu ausschließlich über Synchrongeneratoren an das Wechsels pannungsnetz gekoppelt. Das Wechselspannungsnetz ist dabei meist ein elektrisches Versorgungs- oder Verteilnetz. Bei Verwendung der Synchronmaschine ist eine mechanische Turbi nenfrequenz auf diejenige der elektrischen Netzfrequenz oder einen ganzzahligen Teiler davon festgelegt. Die feste mecha nische Turbinenfrequenz schränkt die Optimierung des Antriebs bezüglich Wirkungsgrad, Kosten und Leistung maßgeblich ein.
Im Falle von Synchronmaschinen werden zur Übertragung der elektrischen Leitung üblicherweise Voll-Umrichter einge setzt, die jedoch relativ kostenintensiv sind, da die gesamte Leistung über den Voll-Umrichter übertragen wird, der dement sprechend darauf ausgelegt sein muss.
Aus der WO 2006/072498 Al ist es bekannt, eine von einem An trieb angetriebene und doppelt gespeiste Asynchronmaschine als Generator zusammen mit einem Vierquadranten-Umrichter zu verwenden, um elektrischen Drehstrom veränderlicher Frequenz bereitzustellen. Jedoch sind derartige Vierquadranten- Umrichter aufwändig herzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine artgemäße Anordnung vorzuschlagen, die möglichst kostengünstig und flexibel im Einsatz ist. Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Anordnung erfindungsge mäß dadurch gelöst, dass die Asynchronmaschine doppelt ge speist betreibbar ist, wobei die Asynchronmaschine mittels eines modularen Mehrstufenumrichters in Matrixkonfiguration mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar ist, wobei der modu lare Mehrstufenumrichter in einem Motorbetrieb der Anordnung zu einem Anfahren der Asynchronmaschine unter Kurzschließen des Rotors oder der Stators eingerichtet ist.
Demnach ist die Asynchronmaschine der erfindungsgemäßen An ordnung eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine (Double Feed Induction Generator, DFIG) . Die Asynchronmaschine ist über den modularen Mehrstufenumrichter in Matrixkonfiguration mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. Der modulare Mehrstufen umrichter zeichnet sich durch einen modularen Aufbau aus. Da zu umfasst der modulare Mehrstufenumrichter zweipolige
Schaltmodule, die in Reihe miteinander schaltbar sind, wobei jedes Schaltmodul eine Leistungshalbleiterschaltung sowie ei nen eigenen Energiespeicher umfasst. Jedes der Schaltmodule ist mittels einer Ansteuereinrichtung einzeln ansteuerbar. Eine an einer Reihenschaltung der Schaltmodule abfallende be ziehungsweise anstehende Spannung ist gleich der Summe von Spannungen, die an den zugehörigen Schaltmodulen abfallen be ziehungsweise anstehen. Mittels des modularen Mehrstufenum richters ist eine besonders vorteilhafte stufenförmige Wech selspannung erzeugbar. Matrixkonfiguration ist im vorliegen den Zusammenhang eine Konfiguration des Mehrstufenumrichters, bei der eine mehrphasige ausgangsseitige Wechselspannung am Generator direkt in eine ebenfalls mehrphasige netzseitige Wechselspannung umgewandelt wird, also insbesondere ohne ei nen Gleichspannungszwischenkreis .
Die Verwendung eines modularen Mehrstufenumrichters in Mat rixkonfiguration zur Anbindung eines DFIG an das Wechselspan nungsnetz hat den Vorteil der Skalierbarkeit . Durch seine Skalierbarkeit kann der modulare Mehrstufenumrichter unter Verwendung gleichartiger Komponenten an die jeweilige Anwen dung und die jeweiligen Asynchronmaschine bzw. DFIG angepasst werden. Dies senkt die Kosten der Anordnung. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass der modulare Mehrstufenum richter der erfindungsgemäßen Anordnung auf eine niedrigere Nennleistung ausgelegt werden muss als der Vollumrichter der bekannten Anordnung, was ebenfalls für einen Kostenvorteil sorgt. Zudem kann durch die bereits beschriebene vorteilhafte Sinusform der mittels des modularen Mehrstufenumrichters erzeugbaren Spannung bzw. Stromes die thermische Beanspru chung der Asynchronmaschine verringert werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch das Anfahren bzw. Hochfahren der Asynchronmaschine bzw. des Turbine- Generator-Systems ermöglicht ist. Dazu ist der modulare Mehr stufenumrichter in einem Motorbetrieb der Anordnung zu einem Anfahren der Asynchronmaschine unter Kurzschließen des Rotors oder der Stators eingerichtet. Mittels einer zweckmäßigen Re gelung ist der Mehrstufenumrichter dazu eingerichtet, in dem Motorbetrieb der Anordnung elektrische Energie dem Wechsels pannungsnetz zu entnehmen und zum Anfahren der Asynchronma schine einzusetzen. Das Anfahren bzw. Hochfahren der Asyn chronmaschine bzw. der angeschlossenen Turbine wird dabei un ter Kurzschließen des Rotors oder des Stators vorgenommen.
Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass der modulare Mehrstufenumrichter in Matrixkonfiguration im We sentlichen nur dann technisch sinnvoll betrieben werden kann, wenn die am Eingang und Ausgang des Mehrstufenumrichters er zeugten Spannungsfrequenzen ausreichend unterschiedlich sind. Bedingt durch die Konfiguration der Anordnung soll beim An fahren der Asynchronmaschine der Mehrstufenumrichter eine Ausgangsspannung mit einer Anfahrfrequenz erzeugen, die der Differenz zwischen der Turbinenfrequenz und der Netzfrequenz im Wechselspannungsnetz entspricht oder nahezu entspricht (wobei der Schlupf zu berücksichtigen ist) . Beim Anfahren ist die Turbinenfrequenz anfänglich null, so dass die Differenz zwischen Turbinenfrequenz und Netzfrequenz gleich oder nahezu gleich der Netzfrequenz ist. Dies aber bedeutet, dass in ei nem solchen Fall die eingangsseitige (im Motorbetrieb auf der Seite des Wechselspannungsnetzes) und die ausgangsseitige (im Motorbetrieb entsprechend auf der Seite der Asynchronmaschi ne) Frequenz der Spannung am Mehrstufenumrichter gleich oder nahezu gleich sind, falls die Asynchronmaschine wie im Gene ratorbetrieb zu deren doppelter Speisung außer über den Mehr stufenumrichter zusätzlich direkt mit dem Wechselspannungs netz verbunden ist. Erst das Kurzschließen des Stators oder des Rotors kann dafür sorgen, dass die Anfahrfrequenz beim Anfahren wesentlich kleiner als die Netzfrequenz sein kann. Das Kurzschließen des Rotors beziehungsweise des Stators wird in diesem Zusammenhang verstanden als ein elektrisches Ver binden, insbesondere niederohmiges Verbinden, der einzelnen Phasen des Rotors beziehungsweise des Stators (bzw. der Ro torwicklungen oder der Statorwicklungen) miteinander, so dass die Phasen untereinander kurzgeschlossen, insbesondere sym metrisch kurzgeschlossen, sind. Speist der Mehrstufenumrich ter beim Anfahren der Asynchronmaschine beispielsweise auf den Rotor, so sorgt erst das Kurzschließen des Stators dafür, dass, zumindest in einer Anfangsphase des Anfahrens eingangs seitig des Mehrstufenumrichters, also im Motorbetrieb auf der Seite des Wechselspannungsnetzes, die Netzfrequenz vorliegt, und ausgangsseitig, also im Motorbetrieb auf der Seite der Asynchronmaschine, anfänglich eine Frequenz null bzw. eine niedrige Anfahrfrequenz benötigt wird. Auf diese Weise kann somit das Anfahren bzw. Hochfahren der Asynchronmaschine mit tels des Mehrstufenumrichters durchgeführt werden, so dass auf zusätzliche Anfahrhilfen, wie beispielsweise auf einen zusätzlichen Anfahrumrichter oder einen speziellen Motor vor teilhaft verzichtet werden kann.
Geeigneterweise ist der modulare Mehrstufenumrichter mit dem Rotor der Asynchronmaschine verbunden. Zugleich ist der
Stator der Asynchronmaschine geeigneterweise über eine eigene Verbindung mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. In einem untersynchronen Generatorbetrieb der Asynchronmaschine be zieht der Rotor über den Mehrstufenumrichter elektrische Aus gleichsenergie aus dem Wechselspannungsnetz. Die von der Asynchronmaschine abgegebene Gesamtenergie wird dabei über den Stator in das Wechselspannungsnetz gespeist. Die Gesamt energie bzw. die entsprechende Gesamtleistung ist höher als die Ausgleichsenergie bzw. Ausgleichsleistung. Aus diesem Grund kann der modulare Mehrstufenumrichter auf eine relativ kleine Nennleistung ausgelegt werden. Gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung ist der modulare Mehrstufenumrichter auf eine Nennleistung ausgelegt, die 20% bis 50% einer Ein gangsnennleistung der Asynchronmaschine beträgt. Die Ein gangsnennleistung entspricht beispielsweise der von einer mit einer Welle der Asynchronmaschine verbundenen Turbine abgege benen mechanischen Nennleistung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der modulare Mehrstufenumrichter mittels geeigneter Schaltvorrichtungen wahlweise mit dem Rotor oder dem Stator der Asynchronmaschine verbindbar. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird es möglich gemacht, dass der Mehrstufenumrichter entweder auf den Rotor oder auf den Stator speist. Somit ist es möglich, beim Anfahren der Asynchronmaschine beispielsweise den Rotor kurzzuschließen, während der Mehrstufenumrichter auf den Stator speist. Im Normalbetrieb kann das Kurzschließen des Rotors aufgehoben werden, wobei der Mehrstufenumrichter mit dem Rotor verbunden wird.
Bevorzugt umfasst die Anordnung eine Kurzschliesßvorrichtung zum Kurzschließen des Rotors oder eine Kurzschließvorrichtung zum Kurzschließen des Stators, wobei die Kurzschließvorrich tung wenigstens ein (ggf. geerdetes) Widerstandselement auf weist. Das Kurzschließen erfolgt demnach über einen Wider stand. Beide Varianten, nämlich das Kurzschließen des Stators und das Kurzschließen des Rotors sind auf diese Art reali sierbar. Die Kurzschließvorrichtung kann einen oder mehrere Widerstandselemente in Reihe mit einem geeigneten Kurz schließschalter umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Stator über die Kurzschließvorrichtung mit Erde verbindbar sein. In einem solchen Fall kann der Mehrstufenum richter zweckmäßigerweise mit dem Rotor verbunden bzw.
verbindbar sein. In einem alternativen Beispiel kann der Ro- tor über die Kurzschließvorrichtung mit Erde verbindbar sein. Zugleich kann der Mehrstufenumrichter zweckmäßigerweise mit tels geeigneter Schaltvorrichtungen mit dem Stator oder dem Rotor verbindbar sein. Der Kurzschließschalter ist insbeson dere dazu geeignet, den Kurzschluss (ggf. über Widerstände) und optional eine Erdung herzustellen bzw. aufzuheben.
In einer bevorzugten Variante umfasst die Kurzschließvorrich tung eine Mehrzahl von Widerstandselementen, die zu einem (ggf. geerdeten) Sternpunkt geschaltet sind. Dies stellt eine besonders wirksame Variante der Kurzschließvorrichtung für eine mehrphasige Wechselspannungsverbindung dar.
Vorzugsweise umfasst der Mehrstufenumrichter eine Mehrzahl von Umrichterarmen, wobei jeder Umrichterarm eine Reihen schaltung zweipoliger Schaltmodule umfasst, wobei jedes der Schaltmodule abschaltbare Leistungshalbleiterschalter sowie einen Energiespeicher aufweist. Jeder Umrichterarm erstreckt sich zweckmäßigerweise zwischen einer Phase eines ersten mehrphasigen Wechselspannungsanschlusses des Mehrstufenum richters und einer Phase eines zweiten mehrphasigen Wechsels pannungsanschlusses des Mehrstufenumrichters. Die Leistungs halbleiterschalter können zum Beispiel IGBT, IGCT oder der gleichen sein.
Vorzugsweise weist der Mehrstufenumrichter einen n-phasigen ersten Wechselspannungsanschluss, der mit der Asynchronma schine verbunden ist, sowie einen m-phasigen zweiten Wech selspannungsanschluss, der mit dem Wechselspannungsnetz ver bunden ist, auf, wobei jede der n Phasen des Wechselspan nungseingangs mit jeder der m Phasen des zweiten Wechselspan nungsanschlusses über genau einen der Umrichterarme verbunden ist. Die Verbindung mit dem Wechselspannungsnetz kann bei spielsweise auch über einen Transformator erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leistungs halbleiterschalter (kurz: Halbleiterschalter) und der Ener giespeicher der Schaltmodule jeweils in einer Vollbrücken- Schaltung miteinander verbunden. Eine Vollbrückenmodulschal tung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Reihenschaltungen von zwei Halbleiterschaltern parallel geschaltet sind, wobei parallel zu den Reihenschaltungen der Halbleiterschalter der Energiespeicher, meist in Form eines Kondensators, angeordnet ist. Die Vollbrückenmodulschaltung weist zwei Anschlussklem men beziehungsweise Pole auf, wovon eine mit einem Potenzial punkt zwischen den Halbleiterschaltern der einen Reihenschal tung und die andere mit einem Potenzialpunkt zwischen den Halbleiterschaltern der anderen Reihenschaltung angeordnet ist. An den Anschlussklemmen des Halbleiterschaltmoduls ist eine an dem Energiespeicher abfallende beziehungsweise anste hende Energiespeicherspannung, eine Nullspannung oder aber die inverse Energiespeicherspannung erzeugbar. Es ist ferner möglich, zusätzlich wenigstens einen Ladewiderstand vorzuse hen, der in einem der Umrichterarme angeordnet und mittels eines Überbrückungsschalters überbrückbar ist. Der Ladewider stand dient einer Vorladung der Energiespeicher der Schaltmo- dule. Jeder der Umrichterarme kann mit einem solchen Ladewi derstand ausgestattet sein.
Vorzugsweise ist der Mehrstufenumrichter über einen Transfor mator mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. Zudem kann die Anordnung weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise eine Erdungs- bzw. Kurzschließvorrichtung, und/oder einen Sternpunktbildner zur Symmetrierung unsymmetrischer Fehler, die zwischen dem Mehrstufenumrichter und dem Transformator angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Asynchron maschine eingangsseitig mechanisch mit einer Turbine eines konventionellen Energiesystems verbindbar. Eine solche Turbi ne kann beispielsweise eine Gasturbine, eine Dampfturbine oder auch eine durch Wasserkraft angetriebene Turbine sein. Insbesondere in dieser Ausführungsform der Erfindung kann vorteilhaft ein Anfahren der Turbine ermöglicht werden, indem mittels des Mehrstufenumrichters eine aus dem Wechselspan nungsnetz bezogene elektrische Energie in eine mechanische Rotationsenergie der Turbine umgewandelt wird.
Geeigneterweise ist die Turbine mit einer Turbinenfrequenz betreibbar, wobei die Turbinenfrequenz und die Frequenz des Wechselspannungsnetzes unterschiedlich sind. Auf diese Weise kann beispielsweise eine 50 Hz-Turbine mittels der Anordnung in Verbindung mit einem 60 Hz-Wechselspannungsnetz betrieben werden (oder umgekehrt) . Desweiteren können auch Generatoren mit Polpaarzahl größer als eins an ein Wechselspannungsnetz abweichender Netzfrequenz angeschlossen werden, gegebenen falls auch in übersynchroner Betriebsweise. Dies ermöglicht den Betrieb frequenzvariabler und netz-unsynchroner Turbinen.
Vorzugsweise umfasst die Anordnung eine Regelungseinrichtung zur Regelung des Mehrstufenumrichters. Gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung ist die Regelungseinrichtung dazu eingerichtet, Blindleistung an der Asynchronmaschine und im Wechselspannungsnetz zu regeln. Damit kann die Anordnung selbst mittels des modularen Mehrstufenumrichters die erfor derliche Blindleistung sowohl auf der Netzseite als auch auf der Generatorseite bereitstellen .
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben ei ner Anordnung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz mit einer Asynchronmaschine.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Verfah ren vorzuschlagen, das möglichst kostengünstig und flexibel einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein artgemäßes Verfah ren gelöst, bei dem die Asynchronmaschine im Generatorbetrieb doppelt gespeist unter Verwendung eines modularen Mehrstufen umrichters in Matrixkonfiguration betrieben wird, und ein An fahren der Asynchronmaschine mittels des modulare Mehrstufen umrichter unter Kurzschließen eines Rotors oder eines Stators der Asynchronmaschine durchgeführt wird. Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen denjenigen, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch gegen über einem Anfahren der Asynchronmaschine mittels des Mehr stufenumrichters ohne Kurzschließen des Stators bzw. des Ro tors, also in derselben Verschaltung wie im Normalbetrieb der Anordnung, vorteilhaft. Denn dieses würde erst ab einer Min destdrehzahl der Turbine von mehr als einem Drittel der Nenn drehzahl sinnvoll und wirtschaftlich.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens wird zum An fahren der Asynchronmaschine der Stator kurzgeschlossen, wo bei der Rotor mittels des Mehrstufenumrichters mit einer An fahrfrequenz unterhalb einer Netzfrequenz des Wechselspan nungsnetzes gespeist wird. Demnach wird für den anfänglichen Hochlauf bzw. das Anfahren eine vom energieerzeugenden Nor malbetrieb abweichende Konfiguration der Anordnung einge setzt. Dabei wird der Stator kurzgeschlossen, beispielsweise mittels einer der zuvor beschriebenen Varianten der Kurz schließvorrichtung. Zum Kurzschließen des Stators werden des sen Phasenleitungen beziehungsweise Phasenausgänge miteinan der elektrisch verbunden. Ein solches Vorgehen ist ähnlich zum bekannten Vorgehen beim sogenannten „Käfigläufer". Der Mehrstufenumrichter setzt eine elektrische Leistung aus dem Wechselspannungsnetz um und speist diese auf den Rotor. Dabei ist die vom Mehrstufenumrichter erzeugte Frequenz der ge speisten Leistung bzw. Spannung niedriger als die Netzfre quenz. Anfänglich kann die Anfahrfrequenz nahezu null betra gen. Mittels einer geeigneten Regelung bzw. Steuerung kann dabei ein gewünschtes antreibendes Drehmoment für die Welle einer angeschlossenen Turbine eingestellt werden.
Bevorzugt wird die Anfahrfrequenz mit der Zeit erhöht. Im Zu ge dieses Drehzahlhochlaufs werden geeigneterweise die vom Mehrstufenumrichter erzeugte Spannung und Anfahrfrequenz ge mäß einer U/f-Charakteristik der Asynchronmaschine erhöht. Eine entsprechende Rampensteilheit und die zeitliche Dauer des Hochlaufs können dabei zweckmäßigerweise so bemessen bzw. begrenzt werden, dass das zur Überwindung der Trägheitsmomen te von Komponenten der Anordnung (zum Beispiel der Turbinen schaufeln oder der Asynchronmaschine) und der Widerstände (im Wesentlichen des Turbinen-Kompressors ) erforderliche An triebsmoment ein Kippmoment der Asynchronmaschine zu keinem Zeitpunkt überschreitet. Vorzugsweise wird dazu eine Schlupf frequenz der Asynchronmaschine überwacht. Alternativ oder zu sätzlich kann ein Rotorkreis-Strom überwacht werden. Optional ist auch eine über die Schlupffrequenz wirkende, drehmoment begrenzende Regelung denkbar. Nachdem die Anfahrfrequenz ei nen vorbestimmten Frequenzschwellenwert erreicht oder über schreitet, wird die das Kurzschließen des Stators aufgehoben und der Stator mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. Die Aufhebung der Kurzschlussschaltung und das Verbinden mit dem Wechselspannungsnetz kann sofort oder mit einer definierten zeitlichen Verzögerung durchgeführt werden. Auch müssen die Aufhebung der Kurzschlussschaltung und das Verbinden mit dem Wechselspannungsnetz nicht zeitgleich passieren. Der Fre quenzschwellenwert kann in Abhängigkeit von Parametern der Asynchronmaschine, wie zum Beispiel der Induktivitäten der Asynchronmaschine und/oder von einer Aussteuergrenze des Mehrstufenumrichters und/oder der Auslegung des Mehrstufenum richters bestimmt sein. Eine mögliche Wahl des Frequenz schwellenwertes ergibt sich aus der folgenden Gleichung: nl = 1/2 * fnetz / Zp, wobei nl den Frequenzschwellenwert, fnetz die Netzfrequenz und Zp die Polpaarzahl der Asynchronmaschine bezeichnen .
Gemäß einer abweichenden Ausführungsvariante des Verfahrens wird zum Anfahren der Asynchronmaschine der Rotor kurzge schlossen, wobei der Stator mittels des Mehrstufenumrichters mit einer Anfahrfrequenz unterhalb einer Netzfrequenz des Wechselspannungsnetzes gespeist wird. Das Kurzschließen des Rotors kann im Wesentlichen gleichartig zum Kurzschließen des Stators realisiert werden. Vorzugsweise wird auch bei dieser Variante die Anfahrfrequenz mit der Zeit erhöht. Wie bereits zuvor beschrieben, werden im Zuge dieses Drehzahlhochlaufs geeigneterweise die vom Mehr stufenumrichter erzeugte Spannung und Anfahrfrequenz gemäß einer U/f-Charakteristik der Asynchronmaschine erhöht. Die entsprechende Rampensteilheit und die zeitliche Dauer des Hochlaufs können dabei zweckmäßigerweise so bemessen bzw. be grenzt werden, dass das zur Überwindung der Trägheitsmomente von Komponenten der Anordnung (zum Beispiel der Turbinen schaufeln oder der Asynchronmaschine) und der Widerstände (im Wesentlichen des Turbinen-Kompressors ) erforderliche An triebsmoment ein Kippmoment der Asynchronmaschine zu keinem Zeitpunkt überschreitet. Vorzugsweise wird dazu eine Schlupf frequenz der Asynchronmaschine überwacht. Alternativ oder zu sätzlich kann ein Rotorkreis-Strom überwacht werden. Optional ist auch eine über die Schlupffrequenz wirkende, drehmoment begrenzende Regelung denkbar. Nachdem die Anfahrfrequenz ei nen vorbestimmten Frequenzschwellenwert erreicht oder über schreitet, wird die Kurzschlussschaltung des Rotors aufgeho ben und der Stator mit dem Wechselspannungsnetz und der Rotor mit dem Mehrstufenumrichter verbunden. Die einzelnen Schritte müssen dabei nicht zwangsläufig zu gleichen Zeitpunkten durchgeführt werden.
Die Phase des Verfahrens bis zur Überschreitung des Frequenz schwellenwertes kann auch als die erste Anfahrphase bezeich net werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens wird eine zweite Anfahrphase vorgesehen. Demgemäß wird die Anfahr frequenz oberhalb des Frequenzschwellenwertes weiter erhöht und die Asynchronmaschine mittels des Mehrstufenumrichters mit der Anfahrfrequenz gespeist, bis die Anfahrfrequenz einen zweiten Frequenzschwellenwert erreicht. Während der zweiten Anfahrphase wird der Mehrstufenumrichter motorisch betrieben. Die Verschaltung entspricht derjenigen, die im Normalbetrieb der Anordnung (Generatorbetrieb) eingesetzt wird. Demnach wird in der zweiten Anfahrphase das Turbinensystem weiter be- schleunigt (zum Beispiel im Rahmen einer geeigneten Drehmo mentregelung) mittels vom Mehrstufenumrichter erzeugter Ro torströme mit geeigneter Anfahrfrequenz und Drehsinn. In ei nem besonderen Fall eines untersynchronen Betriebs kann die Ausgangsfrequenz am Mehrstufenumrichter mit zunehmendem Dreh zahlhochlauf reduziert werden, entsprechend einem dem Fach mann bekannten Zusammenhang: fc = fnetz - n * Zp +- fs, wobei fs eine Schlupffrequenz , fnetz die Netzfrequenz, Zp die Pol paarzahl der Asynchronmaschine, fc die Ausgangsfrequenz am Mehrstufenumrichter (gleich der Anfahrfrequenz) und n eine Konstante bezeichnen. Der zweite Frequenzschwellenwert liegt vorzugsweise nahe der Nominaldrehzahl der Asynchronmaschine.
Im Allgemeinen kann die Turbine in dem gesamten beschriebenen Verfahren oder in einzelnen Teilen unterstützend eingesetzt werden. Durch die Unterstützung durch die Turbine kann die Hochlaufzeit vorteilhaft verkürzt werden. Typischerweise kann die Turbine zum Beispiel bei einer Anfahrfrequenz gezündet werden, die etwa bei 25% der Nominaldrehzahl der Turbine liegt. Ein volles Turbinendrehmoment kann bei circa 70% der Nominaldrehzahl erreicht werden. Optional kann der motorische Betrieb der Asynchronmaschine ab dem Zünden der Turbine redu ziert oder beendet werden. Es ist denkbar, auf die zweite An fahrphase des Verfahrens zu verzichten, indem die Turbine nach dem Erreichen des ersten Frequenzschwellenwertes durch die Anfahrfrequenz, aus eigener Kraft weiterbeschleunigt. Währenddessen kann in einem solchen Fall bereits die vorbe reitende Umkonfiguration des Mehrstufenumrichters auf den Normal- bzw. Generatorbetrieb zeitlich vorgezogen werden.
Für das Verfahren kann eine dritte Anfahrphase definiert wer den. In der dritten Anfahrphase wird ein Übergang zu einem Normal- bzw. Generatorbetrieb durchgeführt. Geeigneterweise kann die Regelung der Anordnung in einen Regelungsmodus einer Konstant-Drehzahl-Regelung wechseln. Die Regelung kann dabei übergeordnet oder in die Mehrstufenumrichter-Regelung inte griert sein. Dabei kann die folgende Aufteilung der Rege lungsfunktionen sinnvoll sein: - Eine schnelle Umrichterregelung; die gewünschte Drehzahl und/oder der Arbeitspunkt werden dabei durch Erzeugen eines der Turbine entgegen wirkenden generatorischen Drehmoments eingestellt;
- Eine übergeordnete langsame Turbinenregelung, die zum Einstellen der Speiseleistung und/oder der Energieerzeu gung dient.
Die Erfindung soll im Folgenden Anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Darstellung;
Figur 3 zeigt ein Beispiel eines modularen Mehrstufenumrich ters in Matrixkonfiguration für die Anordnungen der Figuren 1 und 2 ;
Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Umrichterarms des Mehrstu fenumrichters aus Figur 3 in einer schematischen Darstellung;
Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Schaltmoduls der Anordnung der Figuren 1 bis 4 in einer schematischen Darstellung.
Figur 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Einzelnen ist in Figur 1 eine Anordnung 1 dargestellt, mittels der eine mechanische Energie an einem Ausgang 2 einer Turbine 3 bereitgestellt ist, in elektrische Energie umwan delbar und in ein Wechselspannungsnetz 4 einspeisbar ist. Die Turbine 3 ist eine Gasturbine und arbeitet gemäß dem in Figur 1 dargestellten Beispiel mit einer Turbinenfrequenz von 50 Hz. Die Netzfrequenz im Wechselspannungsnetz 4 beträgt in dem hier dargestellten Beispiel 60 Hz. Die Anordnung 1 umfasst eine Asynchronmaschine 5 in Form ei nes doppelt gespeisten Asynchrongenerators (DFIG) . Die
Asychronmaschine 5 umfasst einen Stator 6, der direkt mit dem Wechselspannungsnetz 4 verbunden ist. Ferner umfasst die Asynchronmaschine 5 einen Rotor 7 der mittels Schleifringe 8a-c mit und über optionale Glättungsinduktivitäten 9a-c (vgl. Figur 3) mit einem ersten, dreiphasigen Wechselspan nungsanschluss 11 eines modularen Mehrstufenumrichers 10 in Matrixkonfiguration verbunden ist. Der Stator 6 kann mittels einer Kurzschließvorrichtung 17 kurzgeschlossen werden. Die Kurzschließvorrichtung 17 umfasst einen Kurzschließschalter SR in Reihe zu drei in einer geerdeten Sternpunktschaltung 18 miteinander verbundenen Widerstandselementen Rs . Generell ist die Erdung der Kurzschließschaltung optional. Die Anordnung 1 umfasst ferner einen Netzschalter Snetz sowie zwei weitere Schalter SN1 und SN2.
Der Mehrstufenumrichter 10 weist ferner einen zweiten, drei phasigen Wechselspannungsanschluss 12 auf, der über einen Transformator 13 mit dem Wechselspannungsnetz 4 verbunden ist. Der Transformator 13 transformiert die netzseitige Span nung am Mehrstufenumrichter 10 im dargestellten Beispiel hoch auf 25 kV. Auf den Aufbau des Mehrstufenumrichters 10 wird in der nachfolgenden Figur 3 näher eingegangen.
Die Anordnung 1 umfasst zudem eine Regelungseinrichtung 14 die zum Regeln von Strom und Spannung sowohl an der Netzseite als auch an der Rotorseite des Mehrstufenumrichters 10 durch geeignete Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern des Mehrstufenumrichters 10 eingerichtet ist. Ferner ist eine Turbinenregelung 15 zur Regelung der Turbine 3 vorgesehen.
Eine übergeordnete Regelungseinrichtung 16 ist dazu geeignet, unter Berücksichtigung gemessener Istwerte aus dem Wechsels pannungsnetz 4 eine Steuerung der Schaltvorrichtungen der An ordnung 1 vorzunehmen und die Regelung der Turbine 3 und des Mehrstufenumrichters 10 zu beeinflussen. In einem Generatorbetrieb der Anordnung 1, in dem elektrische Energie, die mittels der Turbine 3 erzeugt wird, in das Wech selspannungsnetz 4 eingespeist wird, sind der erste Schalter SN1 und der zweite Schalter SN2 geschlossen. Der Kurzschließ schalter SR ist geöffnet, so dass der Stator 6 direkt (über den Transformator 13) mit dem Wechselspannungsnetz 4 verbun den ist.
Zum Anfahren des Turbine-Asynchronmaschine-Systems 3, 5, wer den zunächst in einer ersten Phase der erste Schalter SN1 ge öffnet und der Kurzschließschalter SR geschlossen. Damit wird der Stator 6 kurzgeschlossen. Der Mehrstufenumrichter 10 wird in einen Motorbetrieb der Anordnung 1 versetzt und speist elektrische Leistung auf den Rotor 7. Am ersten Wechselspan nungsanschluss 11 erzeugt der Mehrstufenumrichter 10 eine Ausgangsspannung mit einer Anfahrfrequenz, die zunächst nahe zu null beträgt und mit der Zeit erhöht wird. Überschreitet die Anfahrfrequenz bei diesem Prozess einen vorgegebenen Fre quenzschwellenwert, so werden der Kurzschließschalter SR ge öffnet und der erste Schalter SN1 geschlossen. Weitere zuvor beschriebene Phasen des Anfahrens können in dieser Konfigura tion der Anordnung durchgeführt werden.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anord nung 20, mittels der eine mechanische Energie an einem Aus gang 2 einer Turbine 3 bereitgestellt ist, in elektrische Energie umwandelbar und in ein Wechselspannungsnetz 4 einspeisbar ist. In Figuren 1 und 2 sind gleiche und gleich artige Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird daher im Folgenden ledig lich auf die Unterschiede der Anordnungen 1 und 20 näher ein gegangen .
Der Mehrstufenumrichter 10 ist sowohl mit dem Stator 6 - mit tels eines ersten Hilfsschalters Sei - als auch mit dem Rotor 7 - mittels eines zweiten Hilfsschalters Sc2 - verbindbar.
Zum Anfahren der Asynchronmaschine 5 bzw. der Turbine 3 wer- den der erste Schalter SN1 und der zweite Hilfsschalter Sc2 geöffnet. Zugleich (aber nicht notwendigerweise gleichzeitig) werden der erste Hilfsschalter Sei und der Kurzschließschal ter SR geschlossen. Damit ist der Rotor 7 kurzgeschlossen und der Mehrstufenumrichter 10 speist auf den Stator. Für den Normal- oder Generatorbetrieb werden der erste Schalter SN1 und der zweite Hilfsschalter Sc2 geschlossen, während der Kurzschließschalter SR und der zweite Hilfsschalter Sc2 ge öffnet werden. Damit speist der Mehrstufenumrichter 10 auf den Rotor 7, während der Stator 6 mit dem Wechselspannungs netz 4 verbunden ist.
Figur 3 zeigt einen modularen Mehrstufenumrichter 10 in Mat rixkonfiguration, der beispielsweise in einer der Anordnungen 1 bzw. 20 der Figuren 1 und 2 eingesetzt werden kann.
Der Mehrstufenumrichter 10 umfasst neun Umrichterarme A1-A9, wobei je eine Phase des ersten Wechselspannungsanschlusses lla-c mit je einer Phase des zweiten Wechselspannungsan schlusses 12a-c über einen der Umrichterarme A1-A9 verbunden ist. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Umrichterarme A1-A9 gleichartig aufgebaut. Auf den Auf bau der Umrichterarme A1-A9 wird in der nachfolgenden Figur 4 näher eingegangen. Der Mehrstufenumrichter 10 umfasst ferner den Phasen des ersten Wechselspannungsanschlusses lla-c zu geordnete Glättungsinduktivitäten 9a-c.
Figur 4 zeigt ein Beispiel des Aufbaus eines der
Umrichterarme A1-A9 für den Mehrstufenumrichter 10 der Figur 3. Im Einzelnen zeigt Figur 4 einen Umrichterarm A, der zwi schen einer Phase eines ersten Wechselspannungsanschlusses 11 a-c und einer Phase eines zweiten Wechselspannungsanschlusses 12 a-c (vgl. Figur 3) schaltbar ist.
Der Umrichterarm A umfasst eine Reihenschaltug zweipoliger Schaltmodule SM, wobei in dem hier dargestellten Ausführungs beispiel alle Schaltmodule SM gleichartig aufgebaut sind. Die Anzahl der in Reihe zueinander geschalteten Schaltmodule SM ist grundsätzlich beliebig und kann an die jeweilige Anwen dung angepasst sein, was in Figur 4 durch eine gepunktete Li nie L angedeutet ist. Je höher die Anzahl der Schaltmodule SM im Umrichterarm A ist, desto höher ist die Nennleistung, auf die der zugehörige modulare Mehrstufenumrichter ausgelegt ist. In Reihe zu den Schaltmodulen SM ist eine Arminduktivi tät 21 angeordnet.
Des Weiteren weist der Umrichterarm A einen Ladewiderstand 22, der mittels eines steuerbaren Schalters 23 überbrückbar ist
Ein Beispiel eines Schaltmoduls SM in Form einer Vollbrücken modulschaltung 101 ist in Figur 5 schematisch dargestellt.
Die Vollbrückenschaltung 101 weist einen ersten Halbleiter schalter 102 in Form eines IGBT dem eine erste Freilaufdiode 103 antiparallel geschaltet ist sowie einen zweiten Halblei terschalter 104 in Form eines IGBT, dem eine zweite Freilauf diode 105 antiparallel geschaltet ist. Die Durchlassrichtung der beiden Halbleiterschalter 102 und 104 ist gleichgerich tet. Ferner umfasst die Vollbrückenschaltung 101 einen drit ten Halbleiterschalter 109 in Form eines IGBT, dem eine drit te Freilaufdiode 110 antiparallel geschaltet ist sowie einen vierten Halbleiterschalter 111 in Form eines IGBT, dem vierte eine Freilaufdiode 112 antiparallel geschaltet ist. Die
Durchlassrichtung der beiden Halbleiterschalter 109 und 111 ist gleichgerichtet. Die Halbleiterschalter 102 und 104 mit ihnen zugeordneten Freilaufdioden 103, 105 bilden somit eine Reihenschaltung, die einer durch die Halbleiterschalter 109, 111 und die zugeordneten Freilaufdioden 110 und 112 gebilde ten Reihenschaltung parallel geschaltet ist. Ein Energiespei cher in Form eines Kondensators 106 ist parallel zu den bei den Reihenschaltungen angeordnet. Ein erster Pol bzw. An schluss XI des Schaltmoduls SM ist an einem Potenzialpunkt 113 zwischen den Halbleiterschaltern 102, 104 angeordnet, ein zweiter Pol bzw. Anschluss X2 des Schaltmoduls SM ist an ei nem Potenzialpunkt 114 zwischen den Halbleiterschaltern 109, 111 angeordnet. Durch eine geeignete Ansteuerung der Leistungshalbleiter 102, 104, 109 und 111 kann die an den Anschlüssen XI, X2 anstehen de Spannung erzeugt werden, die der am Kondensator 106 anste henden Spannung Uc, der am Kondensator 106 abfallenden Span nung jedoch mit entgegengesetzter Polarität (-Uc) oder der Spannung null entspricht. Es ist hierbei anzumerken, dass an stelle der IGBT auch andere ein- und abschaltbare Halbleiter schalter wie z.B. IGCT verwendet werden können.
In Figur 6 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt. Das Ablaufdia- gramm illustriert ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb einer der Anordnungen der Figuren 1 oder 2.
Zum Anfahren einer Anordnung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz mit einer Asynchronma schine wobei die Asynchronmaschine im Generatorbetrieb dop pelt gespeist unter Verwendung eines modularen Mehrstufenum richters in Matrixkonfiguration betrieben wird, wird wie folgt vorgegangen.
In einem ersten Verfahrensschritt 201 wird der Stator oder der Rotor der Asynchronmaschine kurzgeschlossen. Falls der Stator kurzgeschlossen wird, so wird der Mehrstufenumrichter mit dem Rotor verbunden. Falls der Rotor kurzgeschlossen wird, so wird der Mehrstufenumrichter mit dem Stator verbun den .
Danach wird in einem zweiten Verfahrensschritt 202 die Asyn chronmaschine mittels des Mehrstufenumrichters in einem Mo torbetrieb mit einer Anfahrfrequenz unterhalb einer Netzfre quenz des Wechselspannungsnetzes gespeist. Die Anfahrfrequenz wird in der Zeit erhöht.
In einem dritten Verfahrensschritt 203 wird, nachdem die An fahrfrequenz einen vorbestimmten Frequenzschwellenwert er reicht oder überschreitet, das Kurzschließen des Stators bzw. des Rotors aufgehoben. Der Stator wird derart verschaltet, dass er mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist. Der Mehr stufenumrichter speist auf den Rotor.
In einem vierten Verfahrensschritt 204 wird die Anfahrfre- quenz oberhalb des Frequenzschwellenwertes weiter erhöht. Die Asynchronmaschine wird mittels des Mehrstufenumrichters mit der Anfahrfrequenz gespeist, bis die Anfahrfrequenz einen zweiten Frequenzschwellenwert erreicht. Der zweite Frequenz schwellenwert liegt nah bei einer Nennfrequenz der Turbine.
Danach wird in einem fünften Verfahrensschritt 205 auf den Generatorbetrieb umgestellt, so dass die mittels der Turbine erzeugte Energie in elektrische Energie umgewandelt und in das Wechselspannungsnetz eingespeist wird.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) mit einer Asynchronmaschine (5) mit einem Rotor (7) und einem Stator (6), wobei die Anordnung (1) in einem Generatorbetrieb zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz (4) eingerichtet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Asynchronmaschine (5) doppelt gespeist betreibbar ist, wobei die Asynchronmaschine (5) mittels eines modularen Mehr stufenumrichters (10) in Matrixkonfiguration mit dem Wech selspannungsnetz (4) verbindbar ist, wobei der modulare Mehr stufenumrichter (10) in einem Motorbetrieb der Anordnung (1) zu einem Anfahren der Asynchronmaschine (5) unter Kurzschlie ßen des Rotors (7) oder des Stators (6) eingerichtet ist.
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der modulare Mehrstu fenumrichter (10) mit dem Rotor (7) der Asynchronmaschine (5) verbindbar ist.
3. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der modulare Mehrstu fenumrichter (10) mittels geeigneter Schaltvorrichtungen (Sei, Sc2) wahlweise mit dem Rotor (7) oder dem Stator (6) der Asynchronmaschine (5) verbindbar ist.
4. Anordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Anordnung (1) eine Kurzschließvorrichtung (17) zum Kurzschließen des Rotors (7) oder eine Kurzschließvorrichtung (17) zum Kurz schließen des Stators (6) aufweist, wobei die Kurzschließvor richtung (17) eine Mehrzahl von Widerstandselementen umfasst, die zu einem Sternpunkt geschaltet sind.
5. Anordnung (1) nach Anspruch 4, wobei der Sternpunkt der Kurzschließvorrichtung geerdet ist.
6. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo bei der Mehrstufenumrichter (10) eine Mehrzahl von
Umrichterarmen (A1-A9) umfasst, wobei jeder Umrichterarm (Al- A9) eine Reihenschaltung zweipoliger Schaltmodule (SM) um- fasst, wobei jedes der Schaltmodule (SM) abschaltbare Leis tungshalbleiterschalter (102, 104, 109, 111) sowie einen Energiespeicher (106) aufweist.
7. Anordnung (1) nach Anspruch 6, wobei der Mehrstufenumrich ter (10) einen n-phasigen ersten Wechselspannungsanschluss (lla-c) , der mit der Asynchronmaschine verbunden ist, sowie einen m-phasigen zweiten Wechselspannungsanschluss (12a-c), der mit dem Wechselspannungsnetz (4) verbunden ist, aufweist, wobei jede der n Phasen des ersten Wechselspannungsanschlus ses (lla-c) mit jeder der m Phasen des zweiten Wechselspan nungsanschlusses (12a-c) über genau einen der Umrichterarme (A1-A9) verbunden ist.
8. Anordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Leistungs halbleiterschalter (102, 104, 109, 111) und der Energiespei cher (106) der Schaltmodule (SM) jeweils in einer Vollbrü ckenschaltung (101) miteinander verbunden sind.
9. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo bei der Mehrstufenumrichter (10) über einen Transformator (13) mit dem Wechselspannungsnetz (4) verbunden ist.
10. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo bei die Asynchronmaschine (5) eingangsseitig mit einer Turbi ne (3) eines konventionellen Energiesystems verbunden ist.
11. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo bei eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, mittels der Blindleistung an der Asynchronmaschine (5) und im Wechsels pannungsnetz (4) regelbar ist.
12. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz (4) mit ei ner Asynchronmaschine (5) , wobei die Asynchronmaschine (5) im Generatorbetrieb doppelt gespeist unter Verwendung eines mo dularen Mehrstufenumrichters (10) in Matrixkonfiguration be trieben wird, und ein Anfahren der Asynchronmaschine (5) mit- tels des modulare Mehrstufenumrichter (10) unter Kurzschlie ßen eines Rotors (7) oder eines Stators der Asynchronmaschine (5) durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zum Anfahren der Asyn chronmaschine (5) der Stator (6) kurzgeschlossen wird, wobei der Rotor (7) mittels des Mehrstufenumrichters (10) mit einer Anfahrfrequenz unterhalb einer Netzfrequenz des Wechselspan nungsnetzes (4) gespeist wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anfahrfrequenz mit der Zeit erhöht wird, wobei, nachdem die Anfahrfrequenz einen vorbestimmten Frequenzschwellenwert erreicht oder überschrei tet, das Kurzschließen des Stators (6) aufgehoben und der Stator (6) mit dem Wechselspannungsnetz (4) verbunden wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zum Anfahren der Asyn chronmaschine (5) der Rotor (7) kurzgeschlossen wird, wobei der Stator (6) mittels des Mehrstufenumrichters (10) mit ei ner Anfahrfrequenz unterhalb einer Netzfrequenz des Wechsels pannungsnetzes (4) gespeist wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Anfahrfrequenz mit der Zeit erhöht wird, wobei, nachdem die Anfahrfrequenz einen vorbestimmten Frequenzschwellenwert erreicht oder überschrei tet, das Kurzschließen des Rotors (7) aufgehoben wird, wobei der Stator (6) mit dem Wechselspannungsnetz (4) und der Rotor (7) mit dem Mehrstufenumrichter (10) verbunden werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 16, wobei die Anfahrfrequenz oberhalb des Frequenzschwellenwertes weiter erhöht wird und die Asynchronmaschine (5) mittels des Mehr stufenumrichters (10) mit der Anfahrfrequenz gespeist wird, bis die Anfahrfrequenz einen zweiten Frequenzschwellenwert erreicht .
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