SE519430C2 - Wind Power plant - Google Patents
Wind Power plantInfo
- Publication number
- SE519430C2 SE519430C2 SE0000872A SE0000872A SE519430C2 SE 519430 C2 SE519430 C2 SE 519430C2 SE 0000872 A SE0000872 A SE 0000872A SE 0000872 A SE0000872 A SE 0000872A SE 519430 C2 SE519430 C2 SE 519430C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- plant according
- generator
- wind turbine
- frequency
- synchronous
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 3
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
- H02M5/32—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by dynamic converters
-
- 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
- F03D15/00—Transmission of mechanical power
-
- 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
- F03D9/257—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
25 30 519 450 Redogörelse för uppfinningen Detta syfte uppnås med en vindkraftanläggning av inledningsvis angivet slag med i patentkravet 1 angivna kännetecken. Disclosure of the invention This object is achieved with a wind power plant of the type initially stated with the features stated in claim 1.
Genom att växellådan elimineras reduceras kostnaden för anläggningen liksom anläggningens vikt. Genom att vidare hopkoppla vindturbin och generator via en elastisk koppling begränsas påkänningarna vid snabba avvikelser från medelvindhastigheten i form av vindbyar eller andra variationer.By eliminating the gearbox, the cost of the system is reduced as well as the weight of the system. By further connecting the wind turbine and generator via an elastic coupling, the stresses are limited in the event of rapid deviations from the average wind speed in the form of wind gusts or other variations.
Genom att synkrongeneratorn är utförd för alstring av lågfrekvent växel- strömsenergi, uppnår man fördelen att förlusterna i växelströmsförbindelsen mel- lan vindkraftverk och nät minskar och överföring över längre avstånd än vid kon- ventionella växelströmsöverföringar möjliggörs.Because the synchronous generator is designed for generating low-frequency alternating energy, the advantage is achieved that the losses in the alternating current connection between wind turbines and networks are reduced and transmission over longer distances than with conventional alternating current transmissions is made possible.
Vidare genom att en frekvensomformare är anordnad i en mottagande station vid transmissions- eller distributionsnätet för att omvandla frekvensen hos den av vindkraftverket genererade spänningen till nätets frekvens, vilken frekvens- omformare är en roterande frekvensomvandlare av motor och generator, undviker man förlusterna i, i en statisk omvandlare ingående elektronik. Genom att frek- vensen är given på vardera sidan om frekvensomformaren kan såväl motor som generator utgöras av synkronmaskiner.Furthermore, by arranging a frequency converter in a receiving station at the transmission or distribution network to convert the frequency of the voltage generated by the wind turbine to the frequency of the network, which frequency converter is a rotary frequency converter of motor and generator, the losses in, in a static converter included electronics. Because the frequency is given on each side of the frequency converter, both motor and generator can consist of synchronous machines.
Enligt en fördelaktig utföringsform av anläggningen enligt uppfinningen är ett flertal, till ett motsvarande flertal vindturbiner hörande generatorer parallellt hopkopplade på generatorsidan av växelströmsförbindelsen. Denna elektriska hopkoppling kan göras i parken av vindkraftverk, varvid växelströmsförbindelsen kan realiseras med en gemensam växelströmskabel från samtliga generatorer, alternativt kan parallellkopplingen göras vid en mottagande station vid det motta- gande nätet, varvid växelströmsförbindelsen realiseras med en individuell växel- strömskabel från varje generator till denna mottagande station.According to an advantageous embodiment of the plant according to the invention, a plurality of generators belonging to a corresponding plurality of wind turbines are connected in parallel on the generator side of the alternating current connection. This electrical connection can be made in the park by wind turbines, whereby the AC connection can be realized with a common AC cable from all generators, alternatively the parallel connection can be made at a receiving station at the receiving network, whereby the AC connection is realized with an individual AC generator cable. this receiving station.
Enligt en annan fördelaktig utföringsform av anläggningen enligt upp- finningen uppvisar synkrongeneratorn i varje vindkraftverk och/eller frekvens- omformarens synkronmaskiner en lindning innefattande en böjlig högspännings- kabel. En sådan synkrongenerator kan konstrueras för spänningar upp mot 800 kV, d v s direktkoppling, utan transformator, är möjlig till varje typ av kraftnät. Vind- kraftanläggningar har konstruerats för spänningar upp till 24 kV men ingenting hindrar att spänningen vid denna utföringsform höjs avsevärt vid bibehållet varvtal. 20 25 30 519 430 3 Genom att överföringen från vindkraftverk till mottagande nät sålunda kan ske på mycket hög spänning och vid låg frekvens, frekvensomformaren är lämpligen placerad nära transmissions- eller distributionsnätet, blir växelströmsförbindelsens överföringskapacitet mycket hög. Vidare, växelspänningarna i näten på vardera sidan om omformaren är med stor sannolikhet olika och spänningen i det mot- tagande nätet kan självfallet skilja sig från fall till fall. Av den anledningen måste också spänningsanpassning ske. Genom att utforma frekvensomformarens syn- kronmaskiner såsom angivits kan således på fördelaktigt sätt den levererade spänningen anpassas till varje nätspänning utan användning av systemtrans- formatorer. En på detta sätt utformad omformare möjliggör således på fördelaktigt sätt såväl frekvensomformning som spänningsanpassning.According to another advantageous embodiment of the plant according to the invention, the synchronous generator in each wind turbine and / or the synchronous machines of the frequency converter has a winding comprising a flexible high-voltage cable. Such a synchronous generator can be designed for voltages up to 800 kV, i.e. direct connection, without transformer, is possible for any type of power grid. Wind power plants have been designed for voltages up to 24 kV, but there is nothing to prevent the voltage in this embodiment from being raised considerably while maintaining the speed. Because the transmission from wind turbines to the receiving network can thus take place at a very high voltage and at a low frequency, the frequency converter is suitably located close to the transmission or distribution network, the transmission capacity of the AC connection becomes very high. Furthermore, the alternating voltages in the mains on each side of the converter are in all probability different and the voltage in the receiving mains can of course differ from case to case. For this reason, voltage adjustment must also take place. By designing the synchronous machines of the frequency converter as specified, the supplied voltage can thus be advantageously adapted to each mains voltage without the use of system transformers. A converter designed in this way thus enables advantageously both frequency conversion and voltage adjustment.
Enligt andra fördelaktiga utföringsformer av anläggningen enligt upp- finningen innefattar kabeln en ledande kärna och ett kärnan omslutande isolations- system med två halvledande skikt anbringade på vardera sidan om en fast isola- tion, vilka halvledande skikt utgör väsentligen ekvipotentialytor. Härigenom inne- sluts det elektriska fältet. Det inre av det halvledande skikten har väsentligen sam- ma potential som den innanför detta skikt befintliga elektriskt ledande kärnan, och är lämpligen i elektrisk ledande kontakt med kärnan eller en del av denna. Det yttre av de halvledande skikten är förbundet med en förutbestämd potential, företrädesvis jordpotential, eller en relativt låg potential. På detta sätt kan hela längden av kabelns yttre halvledande skikt, liksom andra delar av anläggningen, hållas på i huvudsak jordpotential, och det elektriska fältet utanför det yttre halv- ledande skiktet är nära noll också i härvändområdena. Det betyder att inga fält- koncentrationer kommer att uppträda varken i maskinernas kärna, i härvänd- områdena eller i övergången mellan dem.According to other advantageous embodiments of the plant according to the invention, the cable comprises a conductive core and an insulation system enclosing the core with two semiconducting layers applied on each side of a solid insulation, which semiconducting layers constitute essentially equipotential surfaces. This includes the electric field. The interior of the semiconductor layer has substantially the same potential as the electrically conductive core existing within this layer, and is suitably in electrically conductive contact with the core or a part thereof. The exterior of the semiconductor layers is connected to a predetermined potential, preferably ground potential, or a relatively low potential. In this way, the entire length of the outer semiconductor layer of the cable, as well as other parts of the plant, can be kept at mainly earth potential, and the electric field outside the outer semiconductor layer is close to zero also in the reversal areas. This means that no field concentrations will occur either in the core of the machines, in the turning areas or in the transition between them.
Enligt ännu en fördelaktig utföringsform av anläggningen enligt uppfinningen är frekvensomformarens motor- generatorset försett med extra roterande massa. En starkt varierande vind åstadkommer effektpulsationer som kan vara störande i det mottagande nätet. Den extra tröghet som en sådan roterande massa utgör skapar emellertid ett energilager, som ger stabilitet mot effektpulsationer, och tillsammans med den elastiska kopplingen mellan vindturbin och generator levererar sålunda anläggningen enligt uppfinningen vindel med hög spänningskvalitet. 10 15 20 25 30 519 430 4 Temporära smärre avvikelser i generatorvarvtalet på grund av olika stör- ningar kan uppträda. För den skull är enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av anläggningen enligt uppfinningen, dämplindningar anordnade i generatorns ro- tor för att korrigera av störningar orsakade temporära avvikelser från det synkrona varvtalet. Avvikelser eller pendlingar i varvtalet, typiskt med en frekvens av några Hz, dämpas snabbt med sådana kortslutna s.k. dämplindningari rotorn genom att strömmar induceras i de kortslutna lindningarna, vilka med luftgapsflödet strävar att återföra generatorn till den ”synkrona läget”.According to another advantageous embodiment of the plant according to the invention, the motor generator set of the frequency converter is provided with extra rotating mass. A strongly varying wind produces power pulsations that can be disturbing in the receiving network. However, the extra inertia that such a rotating mass constitutes creates an energy store which provides stability against power pulsations, and together with the elastic coupling between the wind turbine and the generator, the plant according to the invention thus delivers winding with high voltage quality. 10 15 20 25 30 519 430 4 Temporary minor deviations in the generator speed due to various disturbances can occur. For this purpose, according to a further advantageous embodiment of the plant according to the invention, damping windings are arranged in the rotor of the generator to correct temporary deviations from the synchronous speed caused by disturbances. Deviations or oscillations in the speed, typically with a frequency of a few Hz, are attenuated rapidly with such short-circuited so-called attenuation windings in the rotor by inducing currents in the short-circuited windings, which with the air gap flow strive to return the generator to the "synchronous position".
Figurbeskrivning För att förklara uppfinningen närmare kommer nu en, såsom exempel vald utföringsform av anläggningen enligt uppfinningen att beskrivas närmare med hän- visning till bifogade ritningar, på vilka Figur 1 schematiskt illustrerar en vindkraftanläggning enligt uppfinningen och Figur 2 visar i tvärsektion en kabel lämpad för användning ide i anläggning- en ingående kabellindade maskinerna.Figure description In order to explain the invention in more detail, an exemplary embodiment of the plant according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically illustrates a wind power plant according to the invention and Figure 2 shows in cross section a cable suitable for use. idea in the plant- an included cable-wound machines.
Beskrivning av utföringsexempel I figur 1 illustreras den principiella uppbyggnaden av ett utföringsexempel av vindkraftanläggningen enligt uppfinningen med ett flertal parallellkopplade vind- kraftverk. Vart och ett av vindkraftverken innefattar en vindturbin 12, som via en elastisk, momentupptagande koppling 4, är hopkopplad med en synkrongenerator 6, utan mellanliggande växellåda. Kopplingen 4 kan vara t ex en sllrkoppling eller gummikoppling. Via lämpliga brytare och frånskiljare, schematiskt visade vid 8, är vindkraftsverken i en park parallellkopplade och anslutna till en växelströmsförbin- delse 10.Description of exemplary embodiments Figure 1 illustrates the basic structure of an exemplary embodiment of the wind power plant according to the invention with a plurality of parallel-connected wind turbines. Each of the wind turbines comprises a wind turbine 12, which via an elastic, torque-absorbing coupling 4, is connected to a synchronous generator 6, without an intermediate gearbox. The coupling 4 can be, for example, a seal coupling or a rubber coupling. Via suitable switches and disconnectors, schematically shown at 8, the wind turbines in a park are connected in parallel and connected to an alternating current connection 10.
Generatorerna 6 vid anläggningen enligt uppfinningen utgörs av synkron- generatorer utförda för låg frekvens. Med låg frekvens menas i detta sammanhang att frekvensen ligger under 20 Hz, företrädesvis vid ca 10 Hz. Generatorerna leve- rerar således en lågfrekvent växelström för överföring på förbindelsen 10, vilket är gynnsamt ur förlustsynpunkt. Om den låga frekvensen i växelströmsförbindelsen 10 är exempelvis 10 Hz minskar den kapacitiva strömmen iväxelströmsförbindel- sens 10 kabel fem gånger för samma spänning jämfört med vid normal nätfre- kvens av 50 Hz. 10 15 20 25 30 519 430 5 Synkrongeneratorn 6 är vidare lämpligen utförd i s k kabelteknologi, vilket innebär att för åtminstone en lindning utnyttjas en kabel av högspännigstyp med fast isolation av det slag som visas i figur 2. Denna kabel 1 är en högspännings- kabel av väsentligen samma slag som den som används för kraftdistribution, d v s PEX-kabel med isolation av tvärbunden polyeten eller etenpropen. Kabeln 1 inne- fattar en ledande kärna med ett flertal kardeler 2. Kardelarna 2 är omslutna av ett isolationssystem med två halvledande skikt 3,5 anbringade på vardera sidan om en fast isolation 4. Det är väsentligt att de halvledande skikten är anordnade i intim kontakt med den mellanliggande isolationen, och för att säkerställa denna intima kontakt även vid varierande temperaturer uppvisar de halvledande skikten och den fasta isolationen väsentligen samma termiska utvidgningskoefficienter.The generators 6 at the plant according to the invention consist of synchronous generators made for low frequency. By low frequency is meant in this context that the frequency is below 20 Hz, preferably at about 10 Hz. The generators thus supply a low-frequency alternating current for transmission on the connection 10, which is favorable from a loss point of view. If the low frequency in the AC connection 10 is, for example, 10 Hz, the capacitive current in the AC connection cable 10 decreases five times for the same voltage compared to the normal mains frequency of 50 Hz. The synchronous generator 6 is furthermore suitably made of high-speed cable technology, which means that for at least one winding a high-voltage type cable with fixed insulation of the type shown in Figure 2 is used. This cable 1 is a high-voltage cable of essentially the same type as that used for power distribution, ie PEX cable with insulation of cross-linked polyethylene or ethylene propylene. The cable 1 comprises a conductive core with a plurality of strands 2. The strands 2 are enclosed by an insulation system with two semiconducting layers 3,5 applied on each side of a solid insulation 4. It is essential that the semiconducting layers are arranged in intimate contact with the intermediate insulation, and to ensure this intimate contact even at varying temperatures, the semiconductor layers and the solid insulation have substantially the same coefficients of thermal expansion.
Kabeln är böjlig och de halvledande skiften 3,5 utgör väsentligen ekvipo- tentialytor, vilka möjliggör inneslutning av det elektriska fältet så att kabelns 1 yt- teryta kan hållas på i huvudsakjordpotential. Den fasta isolationen och dess omgi- vande halvledande skift 3,5 är utformade med en elektrisk isolationshållfasthet överstigande 3 kV/mm, företrädesvis överstigande 5 kV/mm. På detta sätt blir ka- beln väl lämpad för användning som lindning i en statorkärna för höga spänningar med bibehållen kontroll av det elektriska fältet och utan risk för förstörande elek- triska urladdningar, PD (Partial Discharges). Kabeln kan företrädesvis vara dimen- sionerad för spänningar i området 10-50 kV, men inget hindrar att den dimensio- neras för högre spänningar. Härigenom kommer vindkraftverken således att kunna producera en lågfrekvent, högspänd växelspänning för överföring på förbindelsen 10, vilket ger förbindelsen en mycket hög överföringskapacitet. Behovet av trans- formatorer för upptransformering av spänningen elimineras likaledes. Vindkraft- verk har idag konstruerats för spänningar upp till 24 kV men inget hindrar att spän- ningen höjs vid bibehållet varvtal. Generatorerna är lämpligen dimensionerade för en effekt överstigande 1 MW, företrädesvis över 1.5 MW, och helst för effekteri området 3-6 MW.The cable is flexible and the semiconducting shifts 3,5 essentially constitute equipotential surfaces, which enable the electric field to be enclosed so that the surface surface of the cable 1 can be kept at mainly earth potential. The solid insulation and its surrounding semiconductor shifts 3,5 are designed with an electrical insulation strength exceeding 3 kV / mm, preferably exceeding 5 kV / mm. In this way, the cable is well suited for use as winding in a stator core for high voltages while maintaining control of the electric field and without the risk of destructive electric discharges, PD (Partial Discharges). The cable can preferably be dimensioned for voltages in the range 10-50 kV, but there is nothing to prevent it from being dimensioned for higher voltages. As a result, the wind turbines will thus be able to produce a low-frequency, high-voltage alternating voltage for transmission on the connection 10, which gives the connection a very high transmission capacity. The need for transformers to transform the voltage is also eliminated. Wind turbines have today been designed for voltages up to 24 kV, but there is nothing to prevent the voltage from rising at a maintained speed. The generators are suitably dimensioned for an output in excess of 1 MW, preferably above 1.5 MW, and most preferably for outputs in the range 3-6 MW.
Då turbinerna 12 i en vindkraftpark normalt roterar med samma rota- tionshastighet, typiskt 10-25 rpm, vilket i sin tur innebär att de direktdrivna rotorer- na hos generatorerna 6 roterar med samma varvtal, möjliggörs synkron drift ge- nom parallellkoppling av vindkraftverken i ett växelströmsystem med gemensam utspänning. Spänningen från varje generator måste således följa denna gemen- samma utspänning med avseende på amplitud, fasläge och frekvens. 10 15 20 25 30 519 430 6 Generatorernas 6 rotorer är lämpligen av permanentmagnettyp, så att ing- en reglering på rotorn erfordras.When the turbines 12 in a wind farm normally rotate at the same rotational speed, typically 10-25 rpm, which in turn means that the directly driven rotors of the generators 6 rotate at the same speed, synchronous operation is enabled by parallel connection of the wind turbines in a AC system with common output voltage. The voltage from each generator must therefore follow this common output voltage with respect to amplitude, phase position and frequency. 5 15 20 25 30 519 430 6 The rotors of the generators 6 are suitably of the permanent magnet type, so that no regulation on the rotor is required.
För överföringsförbindelsen 10 till ett ställverk vid mottagande nät 14 an- vänds växelströmskabel. l anslutning till figur 1 har ett utföringsexempel beskrivits, vid vilket ett fler- tal vindkraftverk 12, 4, 6, 8 växelströmsmässigt parallellkopplats i en vindkraftpark, från vilken en gemensam växelströmsförbindelse 10 leder till en mottagande sta- tion vid kraftnätet 14. Alternativt kan självfallet en växelströmsförblndelse löpa från vart och ett av vindkraftverken och parallellkopplas först framme vid den mottagan- de stationen.For the transmission connection 10 to a switchgear at the receiving network 14, AC cable is used. In connection with Figure 1, an exemplary embodiment has been described, in which a plurality of wind turbines 12, 4, 6, 8 are connected in parallel in terms of alternating current in a wind farm, from which a common alternating current connection 10 leads to a receiving station at the power grid 14. Alternatively, an alternating current connection runs from each of the wind turbines and is first connected in parallel at the receiving station.
Det mottagande nätet 14 kan vara vilket kommersiellt kraftnät som helst.The receiving network 14 can be any commercial power network.
Omformningen av den lågfrekventa växelspänningen från vindkraftanlägg- ningen sker i en roterande omformare 16 i form av ett motor-generatorset 18, 20.The conversion of the low-frequency alternating voltage from the wind power plant takes place in a rotary converter 16 in the form of a motor-generator set 18, 20.
Genom att frekvensen både på förbindelsen 10 och på nätet 14 är given kan så- väl motor 18 som generator 20 utgöras av synkronmaskiner lämpligen utförda i kabelteknologi, d v s vardera maskinen innefattar en lindning av högspänningska- bel, såsom beskrivits ovan. Med omformaren 16 sker såväl frekvensomformning som spänningsanpassning till det mottagande nätet 14. Poltalen i vardera maski- nen 18, 20 är så anpassade att de motsvarar det frekvensförhållande som råder mellan den låga frekvensen hos den från vindkraftverken levererade spänningen och det mottagande nätets 14 frekvens, normalt 50 eller 60 Hz. Vidare, eftersom spänningen från vindkraftverken och spänningen på nätet 14 normalt ligger på oli- ka nivåer måste även en spänningsanpassning ske. Genom att utforma omforma- rens 16 maskiner 18,20 i kabelteknologi, såsom beskrivits, kan dessa dimensione- ras så att en till nätspänningen anpassad utspänning erhålls direkt från generatorn 20, d v s inga systemtransformatorer erfordras.Because the frequency is given both on the connection 10 and on the network 14, both motor 18 and generator 20 can consist of synchronous machines suitably made of cable technology, i.e. each machine comprises a winding of high voltage cable, as described above. With the converter 16, both frequency conversion and voltage adaptation to the receiving network 14 take place. usually 50 or 60 Hz. Furthermore, since the voltage from the wind turbines and the voltage on the network 14 are normally at different levels, a voltage adjustment must also take place. By designing the inverters 16 machines 18,20 in cable technology, as described, these can be dimensioned so that an output voltage adapted to the mains voltage is obtained directly from the generator 20, i.e. no system transformers are required.
Anläggningen jordas lämpligen - högohmigt eller direktjordat - via mittuttag hos den roterande omformarens motor. Detta är särskilt fördelaktigt i fallet med vindkraftverk placerade till havs, varvid omformaren normalt är landbaserad där jordningen kan göras enklare. Vidare, om lämpliga kopplingsarrangemang är an- ordnade, kan vid fel i en del av anläggningen den felaktiga delen frånkopplas och anläggningen för övrigt drivas vidare.The system is suitably earthed - high-impedance or directly earthed - via the central socket of the rotary inverter motor. This is particularly advantageous in the case of wind turbines located at sea, whereby the converter is normally land-based where grounding can be made easier. Furthermore, if suitable coupling arrangements are provided, in the event of a fault in a part of the system, the faulty part can be disconnected and the system otherwise operated.
Synkronmaskinerna i den roterande omformaren har också med fördel ka- pacitet att både producera och konsumera reaktiv effekt, dvs effektfaktorn (cos (p) 10 15 519 450 7 < 1. Vardera maskin kan då reglera växelspänningen på "sit " nät, nämligen växel- strömsförbindelsen med vindkraftverken, respektive det mottagande transmis- sions- eller distributionsnätet.The synchronous machines in the rotary converter also have the advantage of being able to both produce and consume reactive power, ie the power factor (cos (p) 10 15 519 450 7 <1. Each machine can then regulate the alternating voltage on the "sit" network, namely the alternating power. the power connection with the wind turbines, or the receiving transmission or distribution network.
Jämfört med statiska omformare uppvisar den beskrivna roterande om- formaren de ytterligare fördelarna med mindre förluster och, till stor del, undvikan- de av övertonsgenerering.Compared with static converters, the described rotary converter has the additional advantages of smaller losses and, to a large extent, avoidance of harmonic generation.
En starkt varierande vind resulterar i effektpulsationer, som kan vara stö- rande i ett mottagande kraftnät. Den roterande omformaren 16 förses därför lämp- ligen med en extra roterande massa, vilken genom sin tröghet stabiliserar system- et, så att vindel med hög spänningskvalitet erhålls. Den extra roterande massan kan exempelvis ha formen av ett svänghjul.A strongly varying wind results in power pulsations, which can be disruptive in a receiving power grid. The rotary converter 16 is therefore suitably provided with an extra rotating mass, which by its inertia stabilizes the system, so that a coil with a high voltage quality is obtained. The extra rotating mass may, for example, be in the form of a flywheel.
Temporära, smärre varvtalsavvikelser hos generatorerna 6, på grund av störningar, kan alltid förekomma. För den skull är på vanligt sätt kortslutna dämp- lindningar inlagda i rotorernas poler för att påskynda utdämpningen av sådana va- riationer och återföra varvtalet till det synkrona varvtalet.Temporary, minor speed deviations of the generators 6, due to disturbances, can always occur. For this reason, short-circuited damping windings are usually inserted in the poles of the rotors in order to accelerate the damping of such variations and return the speed to the synchronous speed.
Claims (10)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0000872A SE519430C2 (en) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Wind Power plant |
| AU2001239620A AU2001239620A1 (en) | 2000-03-15 | 2001-03-08 | Wind power plant |
| PCT/SE2001/000491 WO2001069754A1 (en) | 2000-03-15 | 2001-03-08 | Wind power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0000872A SE519430C2 (en) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Wind Power plant |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0000872D0 SE0000872D0 (en) | 2000-03-15 |
| SE0000872L SE0000872L (en) | 2001-09-16 |
| SE519430C2 true SE519430C2 (en) | 2003-02-25 |
Family
ID=20278830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0000872A SE519430C2 (en) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Wind Power plant |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2001239620A1 (en) |
| SE (1) | SE519430C2 (en) |
| WO (1) | WO2001069754A1 (en) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITBZ20010043A1 (en) | 2001-09-13 | 2003-03-13 | High Technology Invest Bv | ELECTRIC GENERATOR OPERATED BY WIND ENERGY. |
| KR20030084472A (en) * | 2002-04-27 | 2003-11-01 | 필 진 김 | combination force a power generator make use of wind power |
| ES2619198T3 (en) | 2003-04-09 | 2017-06-23 | General Electric Company | Wind farm and its operation procedure |
| NL1030682C2 (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-19 | Hennequin Beheer B V | Energy storage and generation control system, uses fly wheel generator to store excess energy and release it during periods of energy shortage |
| EP1914872A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Wind farm |
| ITMI20081122A1 (en) | 2008-06-19 | 2009-12-20 | Rolic Invest Sarl | WIND GENERATOR PROVIDED WITH A COOLING SYSTEM |
| ES2582003T3 (en) * | 2008-06-30 | 2016-09-08 | Vestas Wind Systems A/S | Method and system to control a wind generation plant comprising a number of wind turbine generators |
| IT1399201B1 (en) | 2010-03-30 | 2013-04-11 | Wilic Sarl | AEROGENERATOR AND METHOD OF REMOVING A BEARING FROM A AIRCONDITIONER |
| IT1399511B1 (en) | 2010-04-22 | 2013-04-19 | Wilic Sarl | ELECTRIC GENERATOR FOR A VENTILATOR AND AEROGENER EQUIPPED WITH THIS ELECTRIC GENERATOR |
| RU2571117C2 (en) | 2010-09-13 | 2015-12-20 | Акер Сабси АС | Underwater system of electric energy transfer to ensure operation of high-speed engine |
| ITMI20110375A1 (en) | 2011-03-10 | 2012-09-11 | Wilic Sarl | WIND TURBINE |
| ITMI20110377A1 (en) | 2011-03-10 | 2012-09-11 | Wilic Sarl | ROTARY ELECTRIC MACHINE FOR AEROGENERATOR |
| ITMI20110378A1 (en) | 2011-03-10 | 2012-09-11 | Wilic Sarl | ROTARY ELECTRIC MACHINE FOR AEROGENERATOR |
| NO334144B1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-12-16 | Aker Subsea As | Underwater rotating device |
| EP2592734B1 (en) * | 2011-11-14 | 2019-09-11 | Vetco Gray Scandinavia AS | Electrical gear and method for operating a machinery rotating at high speed |
| DE102016006849A1 (en) * | 2016-06-04 | 2017-12-07 | Josef Harlander | Electricity generation without environmental damage |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU750648A1 (en) * | 1978-06-20 | 1980-07-23 | Научно-Производственное Объединение "Циклон" | Method of connecting wind-electrical power unit to mains for parallel operation |
-
2000
- 2000-03-15 SE SE0000872A patent/SE519430C2/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-03-08 AU AU2001239620A patent/AU2001239620A1/en not_active Abandoned
- 2001-03-08 WO PCT/SE2001/000491 patent/WO2001069754A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2001239620A1 (en) | 2001-09-24 |
| WO2001069754A1 (en) | 2001-09-20 |
| SE0000872L (en) | 2001-09-16 |
| SE0000872D0 (en) | 2000-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Blaabjerg et al. | Wind energy systems | |
| EP3058651B1 (en) | Turbine generator system with dc output | |
| Hansen et al. | Conceptual survey of generators and power electronics for wind turbines | |
| US8174138B2 (en) | Modular converter for converting the electric power produced by aerogenerators, and wind-power plant that uses said converter | |
| JP5972169B2 (en) | Power conversion system and method | |
| AU759174B2 (en) | A wind power plant and a method for control | |
| US9306473B2 (en) | Variable rotor speed wind turbine, wind park, method of transmitting electric power and method of servicing or inspecting a variable rotor speed wind turbine | |
| US9046077B2 (en) | Reactive power controller for controlling reactive power in a wind farm | |
| US7863766B2 (en) | Power converter for use with wind generator | |
| EP2141795B1 (en) | Wind turbine with parallel converters utilizing a plurality of isolated generator windings | |
| SE519430C2 (en) | Wind Power plant | |
| CN103001245B (en) | Wind-driven generator and transformer is connected to the method for electrical network after electric network fault | |
| US20010055217A1 (en) | Rotating asynchronous converter and a generator device | |
| WO2001052379A2 (en) | Electric power system based on renewable energy sources | |
| US20100133826A1 (en) | Method and apparatus for generating power in a wind turbine | |
| US11081891B2 (en) | Electrical power systems having reactive power and harmonic support components | |
| WO2012093942A1 (en) | Energy conversion system | |
| CN102171921A (en) | A power generation unit and a method for generating electric energy | |
| Meier et al. | Benchmark of annual energy production for different wind farm topologies | |
| US10931115B1 (en) | Electrical power systems having a cluster transformer with multiple primary windings | |
| US11664715B2 (en) | Power electronics assembly having a potted high voltage attenuator card for a wind turbine | |
| John et al. | Cascaded asymmetric multilevel inverter for wind energy conversion system | |
| MacLeod | The partial frequency energy converter: a novel device for low-frequency offshore wind electricity transmission | |
| JP2018121476A (en) | Wind power generation facility and method for operating the same | |
| Popat | Current Source Converter Based Offshore Wind Farm: Configuration and Control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |