NL1010800C2 - Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie. - Google Patents

Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie. Download PDF

Info

Publication number
NL1010800C2
NL1010800C2 NL1010800A NL1010800A NL1010800C2 NL 1010800 C2 NL1010800 C2 NL 1010800C2 NL 1010800 A NL1010800 A NL 1010800A NL 1010800 A NL1010800 A NL 1010800A NL 1010800 C2 NL1010800 C2 NL 1010800C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
voltage
rotational speed
frequency converter
power
generator
Prior art date
Application number
NL1010800A
Other languages
English (en)
Inventor
Hendrik Lambertus Lagerweij
Original Assignee
Lagerwey Windturbine B V
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 Lagerwey Windturbine B V filed Critical Lagerwey Windturbine B V
Priority to NL1010800A priority Critical patent/NL1010800C2/nl
Priority to PCT/NL1999/000768 priority patent/WO2000036298A1/en
Priority to AU16980/00A priority patent/AU1698000A/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1010800C2 publication Critical patent/NL1010800C2/nl

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • 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
    • F03D7/0276—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
    • 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
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • 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
    • H02P9/42—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/96—Mounting on supporting structures or systems as part of a wind turbine farm
    • 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
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15—Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • 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

Landscapes

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

Description

Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie
De uitvinding betreft een werkwijze overeenkomstig de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke werkwijze is 5 onder meer bekend uit US 4695736, Doman. Het nadeel van de bekende werkwijze is dat gecompliceerde meet- en re-gelapparatuur noodzakelijk is om het door de generator uit te oefenen koppel te berekenen en vervolgens te realiseren. Hierdoor kunnen in de werkwijze snel fouten ont-10 staan of er kan snel storing optreden, wat een nadeel is.
De uitvinding beoogt bovengenoemd nadeel te vermijden en daartoe vindt de werkwijze plaats overeenkomstig het kenmerk van conclusie 1. Door de instellingen van de frequentieomvormer uitsluitend af te laten hangen van de 15 rotatiesnelheid van de turbine wordt een eenvoudige besturing verkregen.
Overeenkomstig een verbetering wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 2. Hierdoor wordt op eenvoudige wijze bereikt dat de turbine steeds zo effici-20 ent mogelijk werkt.
Overeenkomstig een verdere verbetering wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 3. Hierdoor is het verschil tussen de theoretisch beste instelling van de frequentieomvormer en de werkelijke instelling re-25 latief klein, waardoor de invloed op het versnellen en vertragen van de rotatiesnelheid vergelijkbaar is met de invloed van veranderingen in de snelheid van de luchtstroom.
Overeenkomstig een verdere verbetering wordt de 30 werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 4. Hierdoor wordt op eenvoudige wijze het door de generator te leveren vermogen aangepast.
1 0 1 C8 0 0^ 2
Overeenkomstig een verdere verbetering wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 5. Hierdoor wordt het mogelijk de kwaliteit van de aan het net geleverde stroom zo optimaal mogelijk te maken.
5 Overeenkomstig een verdere verbetering wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 6. Hierdoor is een nauwkeurige regeling mogelijk.
Overeenkomstig een verdere verbetering wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 7. Hierdoor 10 kan via een nauwkeurige regeling de kwaliteit van de geleverde stroom zo optimaal mogelijk gehouden worden.
Overeenkomstig een verdere verbetering wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig conclusie 8. Hierdoor wordt de instelling van de frequentieomvormer aangepast 15 aan eventueel veranderende omstandigheden zoals machine eigenschappen of inschakelduur, zodat de turbine steeds zo optimaal mogelijk kan werken.
Bovendien omvat de uitvinding inrichtingen voor het uitvoeren van een van de hiervoor genoemde werkwijzen.
20 De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand . van enkele uitvoeringsvoorbeelden met behulp van een tekening. In de tekening toont figuur 1 een schematische diagram van een eerste uitvoe-ringsvoorbeeld van een windmolen, 25 figuur 2 een diagram van het door de generator van een eerste uitvoering van de windmolen volgens figuur 1 geleverd vermogen afhankelijk van het toerental, figuur 3 een diagram van het door de generator van een verbeterde uitvoering van de windmolen volgens figuur 1 30 geleverd vermogen afhankelijk van het toerental, en figuur 4 een schematische diagram van een verbeterde uitvoering van de in figuur 1 getoonde frequentieomvormer, en figuur 5 een schematisch diagram van een tweede uit- *" 3 voeringsvoorbeeld van een windmolen.
In de verschillende figuren zijn overeenkomstige onderdelen steeds zoveel mogelijk met hetzelfde verwijzingscij-fer aangegeven.
5 In figuur 1 is schematisch een bekende windmolen ge toond met een molenas 3 die horizontaal loopt en waarop wieken 1 zijn bevestigd. De windmolen is op bekende wijze voorzien van middelen voor het naar de wind richten van de molenas 3. De spoedhoek van de wieken 1 is verstelbaar 10 met een verstelinrichting 2. De molenas 3 is gekoppeld aan de as van een generator 4, waar een rotor 5 op is aangebracht. De rotor 5 kan op hierna aangegeven wijze een roterend magnetisch veld opwekken. De rotor 5 is op niet getoonde wijze gelagerd en kan draaien in een stator 15 6 met een rotatiesnelheid n. De stator 6 omvat een aantal spoelen met wikkelingen waarin tengevolge van het roteren van de rotor 5 een veranderend magnetische veld ontstaat waardoor in de wikkelingen een wisselende elektrische stroom wordt opgewekt.
20 De spoelen van de stator 6 zijn verbonden met een gelijkrichter 8 waarin de wisselende elektrische stroom wordt omgezet in een gelijkstroom met een gelijkspanning Va. Via een gelijkspanningsleiding 11 waarin een smoor-spoel 14 is opgenomen loopt de opgewekte stroom naar een 25 inverter 9 waarin een gelijkspanning VB wordt omgezet in wisselspanning met een frequentie en spanning die overeenkomt met een netaansluiting 10, waarmee de inverter 9 verbonden is. De gelijkspanning VA is ongeveer gelijk aan de gelijkspanning VB omdat de smoorspoel 14 als functie 30 heeft om stroomsterkte variaties te verminderen, maar geen veranderingen in de gelijkspanning veroorzaakt. Een besturing 12 is verbonden met de inverter 9. Door de besturing 12 wordt het doorlaten van elektrische stroom van de smoorspoel 14 naar de netaansluiting 10 zodanig inge- 4 steld dat de gelijkspanningen VA en VB een instelbare waarde hebben welke waarde op hierna te bespreken wijze afhankelijk is van de rotatiesnelheid n. Hierdoor zal er bij opwekking van elektrische stroom in de stator 6 een 5 elektrische stroom via de gelijkrichter 8, de smoorspoel 14 en de inverter 9 naar de netaansluiting 10 gaan lopen. De in de generator 4 opgewekte wisselstroom met wisselende elektrische spanning waarvan de frequentie varieert met de rotatiesnelheid n van de molenas 3 wordt daarbij 10 op de hiervoor omschreven wijze omgezet in elektrische stroom met een constante spanning en frequentie door de onder meer uit de gelijkrichter 8 en de inverter 9 bestaande frequentieomvormer 7. Overeenkomstig de bekende stand van de techniek zijn in de gelijkrichter 8 onder 15 meer diodes opgenomen en in de inverter 9 zijn thyristo-ren 19 opgenomen.
De generator 4 is uitgevoerd als een asynchrone generator met rotorwikkelingen zonder opgelegd veld, waarbij het magnetisch veld in de rotor 5 op bekende wijze 20 zelfopwekkend is gemaakt met condensatoren. Eventueel kan de rotor 5 uitgevoerd zijn met permanente magneten voor het opwekken van het magnetisch veld of zijn op bekende wijze veldwikkelingen aangebracht.
De rotatiesnelheid n van de molenas 3 wordt gemeten 25 met een rotatiesnelheidsmeter 13, die gekoppeld is aan de molenas 3 en verbonden is met de besturing 12. Eventueel kan de rotatiesnelheid ook op andere wijzen vastgesteld worden, bijvoorbeeld door de frequentie van de spannings-wisselingen in de spoelen van de stator 6 te meten.
30 Op eveneens bekende wijze hebben de wieken 1 een verstelbare spoedhoek waarvoor de verstelinrichting 2 is aangebracht. De verstelinrichting 2 wordt bestuurd door de besturing 12. Boven een maximaal toelaatbare rotatie- 5 snelheid πμαχ van de molenas 3, die voornamelijk van de diameter van de wieken 1 afhankelijk is, zorgt de besturing 12 er in samenwerking met de verstelinrichting 2 voor dat de spoedhoek van de wieken 1 wordt veranderd. De 5 verandering is zodanig dat het rendement van de wieken 1 vermindert en het door de wieken 1 op de molenas 3 uitgeoefende koppel kleiner wordt. Hierdoor stijgt de rotatie-snelheid n van de molenas 3 niet of zeer beperkt boven de maximaal toelaatbare rotatiesnelheid ηΜΑχ.
10 Figuur 2 toont een diagram waarin het door de gene rator 4 te leveren vermogen P in afhankelijkheid van de rotatiesnelheid n is weergegeven, waarbij het door de generator 4 geleverde vermogen afhankelijk is van de gelijkspanning VA in de frequentieomvormer 7. Boven een mi-15 nimale rotatiesnelheid n0 wordt de gelijkspanning VA in de frequentieomvormer 7 ingesteld op DCl. Indien ten gevolge van de wind de rotatiesnelheid n stijgt tot boven een rotatiesnelheid ni wordt de gelijkspanning VA ingesteld op DCh. Het door de generator 4 geleverde vermogen 20 stijgt bij stijgende rotatiesnelheid n tot een maximum waarde Ph, welke afhangt van de eigenschappen van de generator 4. Met de dubbel getrokken lijnen w is in het diagram het ten gevolge van de instellingen van de frequentieomvormer 7 door de generator te leveren vermogen bij 25 de verschillende rotatiesnelheden n aangegeven.
Boven de maximaal toelaatbare rotatiesnelheid πμαχ blijft door de technische begrenzingen van de generator 4 het door de generator 4 geleverde en van de molenas 3 afgenomen vermogen min of meer constant, zodat het door de 30 wieken 1 te leveren vermogen bij stijgende windsnelheid niet verder mag stijgen omdat anders de molenas 3 te snel gaat roteren en de molen onklaar zou kunnen raken. Zoals hiervoor besproken worden door de verstelinrichting 2 de wieken 1 versteld zodat het door de wieken 1 geleverde 6 koppel lager wordt en de rotatiesnelheid n niet of slechts beperkt zal stijgen tot in het gearceerde gebied.
Door gebruik te maken van veranderingen in de waarde van de gelijkspanning VA wordt de vermogenskarakteristiek 5 van de generator 4 beïnvloed en kan de windmolen over een groot toerengebied vermogen leveren, waarbij de generator 4 meer vermogen zal leveren naarmate de windsnelheid stijgt. Hierdoor wordt in het bijzonder bij lage windsnelheid pendelen en/of alsmaar in- en uitschakelen voor-10 komen.
In figuur 3 is een diagram getoond van een verbeterde uitvoering, waarbij het aantal in de frequentieomvor-mer 7 ingestelde niveaus van de gelijkspanning VA groter is dan twee. Bij elk niveau van gelijkspanning VA hoort 15 dan een rotatiesnelheidsgebied. In het diagram zijn de gelijkspanningsniveaus DCi tot DC7 getoond, echter bij voorkeur worden tien tot twintig gelijkspanningsniveaus en bijbehorende rotatiesnelheidsgebieden aangehouden. Hierdoor wordt meer efficiënt van de beschikbare wind-20 energie gebruik gemaakt. Ook zal door het grote aantal rotatiesnelheidsgebieden het versnellen en vertragen van de rotatie tengevolge van verschillen tussen het door de wieken 1 opgewekte vermogen en het door de generator 4 opgenomen vermogen vergelijkbaar zijn met het versnellen 25 en vertragen tengevolge van fluctuaties in windsnelheid.
In figuur 3 is een lijn 1 getoond die het door de wieken 1 bij een bepaalde windsnelheid te leveren vermogen P in afhankelijkheid van de rotatiesnelheid n aangeeft. Met de lijn 1' is de invloed van de wiekverstel-30 ling 2 weergegeven. Zoals getoond is er voor elke windsnelheid een rotatiesnelheid waarbij het geleverde vermogen maximaal is. In dat gebied zijn de rotatiesnelheid en de windsnelheid het beste op elkaar afgestemd en treedt 01 03 00¾ 7 zo min mogelijk verlies op. De lijn m is de verzameling van deze maxima, die daarmee aangeeft voor welke combinaties van vermogen en rotatiesnelheid het rendement van de wieken 1 zo groot mogelijk is, De lijn m is kenmerkend 5 voor een bepaalde molen en eindigt bij de maximale rotatiesnelheid nMAx omdat daar de wieken 1 bij verder toenemende rotatiesnelheid n versteld worden door de verstel-inrichting 2.
Door het instellen van de gelijkspanning VA zodanig 10 dat het door de generator 4 van de molenas 3 afgenomen vermogen min of meer overeenkomt met het bij die rotatiesnelheid n optimaal door de wieken 1 te leveren vermogen wordt bereikt dat de rotatiesnelheid n van de molenas 3 zich in zal stellen op een waarde waarbij het rendement 15 van de wieken 1 bij de heersende windsnelheid optimaal is. Hierdoor wordt zoveel mogelijk van de in de wind aanwezige energie omgezet in elektriciteit. In figuur 3 is dit aangegeven doordat in het voor elk aansluitend rota-tiesnelheidsgebied, van n0 tot n:, van ni tot n2, enz. een 20 bepaalde instelling van het door de generator 4 te leveren vermogen P is vastgesteld door het vastleggen van de gelijkspanning op de waarden DCi, DC2, enz. De waarde van de rotatiesnelheid n wordt met een frequentie van bijvoorbeeld 10-20 Hz gemeten zodat ook het door de genera-25 tor te leveren vermogen met die frequentie wordt vastgesteld. Met de dubbele lijnen w is het door de generator afgegeven vermogen P in afhankelijkheid van de rotatiesnelheid n aangegeven. Door de grote massatraagheid van de wieken 1 zullen bij verschillen tussen het door wieken 30 1 geleverde vermogen en het door de generator 4 opgenomen vermogen de veranderingen in de rotatiesnelheid n langzaam tot stand komen. Door vijf tot tien rotatiesnel-heidsgebieden in te stellen komt het door de generator 4 te leveren vermogen al redelijk overeen met het bij een 8 bepaalde rotatiesnelheid n door de wieken 1 te leveren vermogen. Door tien tot twintig rotatiesnelheidsgebieden in te stellen wordt dit nog verder verbeterd.
In een andere uitvoering zijn in de besturing 12 5 honderd of meer toerental gebieden opgenomen, waardoor de karakteristiek van de generator 4 zodanig wordt beïnvloed dat het door de generator 4 bij een bepaalde rotatiesnelheid n opgewerkt vermogen P overeenkomt met het door de wieken 1 bij die rotatiesnelheid optimaal te leveren ver-10 mogen.
In figuur 4 is een verbeterde uitvoering van de frequent ie omvormer 7 uit figuur 1 getoond. Tussen de smoor-spoel 14 en de inverter 9 zijn tussen de gelijkspannings-leidingen 11 een thyristor 19 en een condensator 20 ge-15 plaatst en tussen de thyristor 19 en de condensator 20 is een diode 21 geplaatst. De thyristor 19 werkt samen met de smoorspoel 14 en zal bestuurd door de besturing 12 gedurende korte tijd een kortsluitstroom kunnen laten lopen door de smoorspoel 14. Door deze kortsluitstroom te on-20 derbreken zal de smoorspoel 14 de condensator 20 opladen. De diode 21 verhindert dat tijdens het lopen van de kortsluitstroom de condensator 20 leeg loopt. Door de besturing 12 wordt de thyristor 19 zodanig bediend dat de ge-- lijkspanning VB een min of meer constante hoge waarde 25 houdt waarbij de gelijkspanning VA instelbaar is voor het veranderen van de karakteristiek van de generator 4. De inverter 9 wordt nu gevoed door een min of meer constante gelijkspanning VB, die zodanig wordt gekozen dat het mogelijk is het vermogen aan de netaansluiting 10 te le-30 veren met een cos φ die min of meer gelijk aan één blijft en eventueel instelbaar is door de besturing 12.
In figuur 5 toont een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een windmolen. In deze uitvoering wordt de molenas 3 Y._ 9 op vergelijkbare wijze als hiervoor beschreven aangedreven door de verstelbare wieken 1. De generator 4 is uitgevoerd als synchrone generator met rotorveldsturing. In de rotor 5 wordt een rotorveld aangebracht door een veld-5 sturing 18, waarbij het veld afhankelijk van de rotatie-snelheid n van de molenas 3 wordt vastgesteld. Hierdoor wordt bereikt dat in de generator 4 optredende verliezen zoveel mogelijk beperkt worden doordat de generator 4 voor elke rotatiesnelheid n in zijn meest gunstige werk-10 punt gebracht wordt.
De in de stator 6 opgewekte stroom gaat via de fre-quentieomvormer 7 naar de netaansluiting 10. De stator 6 is in de frequentieomvormer 7 gekoppeld met een eerste pulsbreedtemodulatie inverter 15 en de netaansluiting 10 15 is verbonden met een tweede pulsbreedtemodulatie inverter 16. De beide pulsbreedtemodulatie inverters 15 en 16 zijn verbonden door de gelijkspanningsleiding 11, de gelijk-spanningsleiding 11 is voorzien van een condensator 14 waarover een gelijkspanning VA en VB staat. De pulsbreed-20 te modulatie invertors 15 en 16 zijn uitgevoerd met IGBT's (Integrated Bistable Thyristors).
In de tweede pulsbreedtemodulatie inverter 16 wordt de gelijkspanning VB omgezet in met de netaansluiting 10 overeenkomende wisselspanning, Daarbij wordt door in de 25 pulsbreedtemodulatie inverter 16 aanwezige schakelaars met een frequentie die bijvoorbeeld varieert tussen de 1.000 en 4.000 Hz een stroompuls naar de verschillende fasen van het net doorgelaten. In de tweede pulsbreedtemodulatie inverter 16 is een besturing aanwezig die de 30 lengte en frequentie van de pulsen varieert zodanig dat de gelijkspanning VB min of meer constant blijft. Hierdoor past de afgifte van elektrisch vermogen aan het net zich aan aan het door de generator 4 geleverde vermogen. Door de gelijkspanning VB ook bij wisselende opbrengst 10 van de generator 4 op een constante hoge waarde te houden is het mogelijk om het vermogen aan de netaansluiting 10 te leveren met een cos φ die min of meer gelijk aan één blijft of instelbaar is door de besturing 12.
5 In de eerste pulsbreedtemodulatie inverter 15, die min of meer op dezelfde wijze maar omgekeerd is uitgevoerd als de tweede pulsbreedtemodulatie inverter 16, wordt het door de generator 4 opgewekte vermogen, dat een wisselende frequentie en een wisselende spanning heeft, 10 omgezet in gelijkstroom van constante spanning. Daartoe worden de wikkelingen van de stator 6 door in eerste de pulsbreedtemodulatie inverter 15 aanwezige schakelaars met een frequentie van ongeveer 1.000 tot 4.000 Hz gedurende een instelbare duur verbonden met de gelijkspan-15 ningsleiding 11. Daarbij worden de wikkelingen van de stator 6 eventueel gebruikt als smoorspoel, of er is eventueel een niet getoonde smoorspoel aangebracht, zodat de spanning kan worden verhoogd en de condensator 14 ook wordt opgeladen als de in de stator 6 opgewekte gelijkge-20 richte spanning VA lager is dan de gelijkspanning VB. De instellingen en de schakelingen van deze smoorspoel(en) zijn afhankelijk van de vorm van de door de generator 4 geleverde energie en zijn eventueel afhankelijk van de instellingen van de veldsturing 18 en daarmee van de ro-25 tatiesnelheid n. In de eerste pulsbreedtemodulatie inverter 15 zijn deze gegevens bekend of af te leiden van de eigenschappen van uit de stator 6 komende spanning of stroom, zodat de eerste pulsbreedtemodulatie inverter 15 zich optimaal kan instellen.
30 In de eerste pulsbreedtemodulatie inverter 15 is een besturing aanwezig die het van de generator 4 afgenomen vermogen stuurt onder meer door het variëren van frequentie en duur van de pulsen. Door de besturing 12 wordt dit af te nemen vermogen ingesteld, aan de hand van de rota- 11 tiesnelheid n van de molenas 3. Door het door de generator 4 te leveren vermogen afhankelijk te maken van de ro-tatiesnelheid n wordt, zoals hiervoor is besproken, de in de wind aanwezige energie het meest efficiënt omgezet in 5 elektrisch energie doordat de rotatiesnelheid n van de wieken 1 is afgestemd op de windsnelheid. In de besturing 12 zijn bijvoorbeeld tien tot twintig rotatiesnelheidsge-bieden opgenomen met de daarbij behorende instellingen van de waarde van het door de generator 4 op te wekken 10 vermogen. Eventueel kan het aantal stappen verhoogd worden tot enkele honderden zodat de karakteristiek van de generator 4 die van de wieken 1 nauwkeurig volgt.
Teneinde te bereiken dat het door de besturing 12 aangegeven vermogen inderdaad door de eerste pulsbreedte-15 modulatie inverter 15 wordt afgenomen van de generator 4 wordt het aan de netaansluiting 10 afgegeven vermogen gemeten met een vermogensmeter 17. Het is namelijk gebleken dat werking van bijvoorbeeld de generator 4 niet steeds constant is en bijvoorbeeld afhankelijk is van de machine 20 eigenschappen zoals bijvoorbeeld de spleetwijdte tussen rotor 5 en stator 6. Hierdoor zou er verschil kunnen zijn bijvoorbeeld tussen het overdag en 's nachts of kort na inschakelen en na langdurig gebruik afgenomen vermogen van de generator 4 doordat deze spleetwijdte varieert met 25 de temperatuur. Dit is ongewenst en daarom wordt het werkelijk afgenomen vermogen gemeten met de vermogensmeter 17 en wordt dit eventueel over langere tijd bijvoorbeeld met een frequentie van 0,1 - 1 Hz en bij verscheidene ro-tatiesnelheden n vergeleken met de door de besturing 12 30 ingestelde waarden. Vervolgens wordt de instelling van de pulsbreedte en/of frequentie overeenkomstig aangepast.
Bij voorkeur vindt de aanpassing plaats in de besturing 12, eventueel kan de vermogensmeting ook op andere wijze plaats vinden.
12
De uitvinding is hiervoor geïllustreerd aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden met een windmolen waarbij de voor de vakman bekende details niet zijn weergegeven. Vanzelfsprekend zijn er ook andere combinaties van 5 de verschillende onderdelen mogelijk, waarop de uitvinding ook toegepast kan worden.
De uitvinding kan ook toegepast worden in bijvoorbeeld waterkracht installaties waarbij energie in een turbine wordt opgewekt en de turbine geplaatst is tussen 10 waterbekkens met een verschillend niveau waarbij het niveauverschil kan variëren. In die situatie kan de turbine eventueel uitgevoerd zijn zonder verstelmechanisme omdat het maximale niveauverschil en daarmee de maximale energietoevoer aan de turbine door de situatie begrensd is 15 door andere middelen zoals een overstort.
1 0 < ';£ n Q->

Claims (9)

1. Werkwijze voor het omzetten van een fluidumstroom van wisselende snelheid zoals wind in elektrische energie waarbij de fluidumstroom door een van schoepen (1) 5 voorziene turbine wordt omgezet in een roterende beweging met een rotatiesnelheid (n) die door een besturing (12) wordt gemeten, de roterende beweging door een generator (4) wordt omgezet in elektrische stroom van wisselende frequentie en/of spanning en de elek-10 trische stroom van wisselende frequentie en/of spanning door een frequentieomvormer (7) wordt omgezet in elektrische stroom van constante frequentie en spanning die wordt afgegeven aan een elektriciteitsnet (10) en waarbij de toename van de rotatiesnelheid (n) 15 van de schoepen (1) boven een eerste rotatiesnelheid (πμαχ) begrensd wordt door bijvoorbeeld de schoepen (1) te verstellen met het kenmerk dat voor een rotatiesnelheid (n) die kleiner is dan de eerste rotatiesnelheid (πμαχ) twee of meer aan een gesloten rotatiesnel-20 heidsgebieden (no-nx,nx-n2,...) in de besturing (12) zijn opgenomen en door de besturing (12) de frequentieomvormer (7) in elk rotatiesnelheidsgebied automatisch met een bijbehorende instelling wordt ingesteld.
2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat in 25 elk rotatiesnelheidsgebied (no-nx, nx-n2,...) de frequen tieomvormer (7) door de besturing (12) zodanig wordt ingesteld dat het door de generator (4) opgenomen vermogen min of meer overeenkomt met het bij die rotatiesnelheid (n) door de turbine optimaal te leveren ver- 30 mogen.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat in de besturing (12) tenminste tien tot twintig rota-tiesnelheidsgebieden (n0-ni, ni-n2/...) zijn opgenomen. > Ά
4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3 waarbij de elektrische stroom van wisselende frequentie en/of spanning in de frequentieomvormer (7) met een gelijkrich-ter (8) wordt omgezet in gelijkstroom met een eerste 5 gelijkspanning (VA) met het kenmerk dat de rotatie- snelheid afhankelijke instellingen van de frequentieomvormer (7) worden veranderd door het veranderen van de eerste gelijkspanning (VA) .
5. Werkwijze volgens conclusie 4 met het kenmerk dat in 10 de frequentieomvormer (7) de eerste instelbare gelijkspanning (VA) wordt omgezet in een tweede overwegend constante gelijkspanning (VB) .
6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat in de frequentieomvormer (7) de door 15 de generator (4) gegenereerde stroom door een eerste pulsbreedtemodulatie inverter (15) wordt omgezet in gelijkstroom waarbij de rotatiesnelheid (n) afhankelijke instellingen van de frequentieomvormer (7) worden veranderd door het veranderen van de instellingen 20 van de eerste pulsbreedtemodulatie inverter (15).
7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat in de frequentieomvormer (7) door om-zetmiddelen (16) gelijkstroom wordt omgezet in wisselstroom met constante frequentie en spanning voor af- 25 gifte aan het elektriciteitsnet (10), waarbij de om-zetmiddelen de gelijkspanning (VB) op een min of meer constante en eventueel instelbare waarde houden.
8. Werkwijze volgens een der conclusies 2-7 met het kenmerk dat het door frequentieomvormer (7) aan het elek- 30 triciteitsnet (10) bij een rotatiesnelheid (n) geleverde vermogen wordt gemeten welke gemeten waarde wordt vergeleken met het voor die rotatiesnelheid (n) ingestelde vermogen en de instellingen van de frequen- tieomvormer (7) worden gecorrigeerd voor gedurende langere tijd en bij verschillende rotatiesnelheden (n) geconstateerde verschillen.
9. Inrichting voor het uitvoeren van een van de hiervoor 5 genoemde werkwijzen.
NL1010800A 1998-12-14 1998-12-14 Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie. NL1010800C2 (nl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1010800A NL1010800C2 (nl) 1998-12-14 1998-12-14 Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie.
PCT/NL1999/000768 WO2000036298A1 (en) 1998-12-14 1999-12-13 Method and device for the conversion of a fluid stream of varying strength into electrical energy
AU16980/00A AU1698000A (en) 1998-12-14 1999-12-13 Method and device for the conversion of a fluid stream of varying strength into electrical energy

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1010800 1998-12-14
NL1010800A NL1010800C2 (nl) 1998-12-14 1998-12-14 Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1010800C2 true NL1010800C2 (nl) 2000-06-19

Family

ID=19768306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1010800A NL1010800C2 (nl) 1998-12-14 1998-12-14 Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie.

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1698000A (nl)
NL (1) NL1010800C2 (nl)
WO (1) WO2000036298A1 (nl)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2821391B1 (fr) * 2001-02-23 2003-06-27 Jeumont Ind Procede et dispositif de regulation d'une installation de production d'energie electrique comportant une eolienne
US7042110B2 (en) * 2003-05-07 2006-05-09 Clipper Windpower Technology, Inc. Variable speed distributed drive train wind turbine system
GB2423650A (en) * 2005-02-24 2006-08-30 Alstom Power converters
GB2493711B (en) 2011-08-12 2018-04-25 Openhydro Ip Ltd Method and system for controlling hydroelectric turbines
US10511242B2 (en) 2014-07-28 2019-12-17 Meidensha Corporation Method for autonomous operation of electricity-generating device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3438893A1 (de) * 1984-10-24 1986-04-24 Arno Dipl.-Ing. 6301 Rabenau Eichmann Stromerzeugungsanlage
WO1990007823A1 (de) * 1988-12-23 1990-07-12 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Regelungs- und steuerungssystem für eine windkraftanlage
JPH0690597A (ja) * 1992-09-07 1994-03-29 Toshiba Corp 誘導発電機の制御装置
EP0644647A1 (en) * 1993-09-17 1995-03-22 British Gas plc An electrical power generating arrangement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3438893A1 (de) * 1984-10-24 1986-04-24 Arno Dipl.-Ing. 6301 Rabenau Eichmann Stromerzeugungsanlage
WO1990007823A1 (de) * 1988-12-23 1990-07-12 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Regelungs- und steuerungssystem für eine windkraftanlage
JPH0690597A (ja) * 1992-09-07 1994-03-29 Toshiba Corp 誘導発電機の制御装置
EP0644647A1 (en) * 1993-09-17 1995-03-22 British Gas plc An electrical power generating arrangement

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 355 (E - 1573) 5 July 1994 (1994-07-05) *
SAGET C: "LA VARIATION ELECTRONIQUE DE VITESSE AU SERVICE DE LA PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE PAR EOLIENNE", REE: REVUE GENERALE DE L ELECTRICITE ET DE L ELECTRONIQUE, no. 7, 1 July 1998 (1998-07-01), pages 42 - 48, XP000779932, ISSN: 1265-6534 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU1698000A (en) 2000-07-03
WO2000036298A1 (en) 2000-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grauers Efficiency of three wind energy generator systems
US6882060B2 (en) Turbine generating apparatus
US8674535B2 (en) Method for power regulation of an underwater power plant
Poddar et al. Sensorless variable-speed controller for existing fixed-speed wind power generator with unity-power-factor operation
US20040119292A1 (en) Method and configuration for controlling a wind energy installation without a gearbox by electronically varying the speed
CN201167296Y (zh) 直驱式交流励磁风力发电机系统
CN109995304A (zh) 一种基于调节pwm载波频率降低开关磁阻电机噪声的方法
US10554160B2 (en) System and method for operating a pumped storage power plant with a double fed induction machine
US9018888B2 (en) System and method for controlling a synchronous motor
US20030020436A1 (en) Switched reluctance generator and a method of controlling such a generator
CN107431442A (zh) 包括交流发电机的机电组件
JPH08322298A (ja) 風力発電装置
NL1010800C2 (nl) Werkwijze en inrichting voor het omzetten van een fluïdumstroom met wisselende sterkte in elektrische energie.
CN106470001B (zh) 一种变频器和电机控制系统
WO2016018982A1 (en) System and method for controlling a power output of a wind turbine generator
JP3884260B2 (ja) 風力発電装置
JP2014199055A (ja) 発電装置
EP0510106A4 (en) Improved motor controller having a control loop for neutralizing rotor leakage and magnetizing reactances
EP4050208A1 (en) System and method for controlling low-speed operations of a wind turbine
US9200617B2 (en) Wind turbine for generating electric energy
CN117957760A (zh) 基于波形整数倍的电动机扭矩调整
Kubota et al. New scheme for high-efficiency operation of PWM inverter-driven hysteresis motor with short-duration overexcitation
CN1036559C (zh) 可变速的抽水蓄能式发电机
Besselmann et al. Power factor improvements for load commutated inverters
Carvalho Wind Energy Conversion Systems

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20050701