WO2003025390A1 - Wind-energy farm - Google Patents

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WO2003025390A1
WO2003025390A1 PCT/EP2002/009801 EP0209801W WO03025390A1 WO 2003025390 A1 WO2003025390 A1 WO 2003025390A1 EP 0209801 W EP0209801 W EP 0209801W WO 03025390 A1 WO03025390 A1 WO 03025390A1
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parallel
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wind farm
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Jin Shen
Steffen Bernet
Lothar Heinemann
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Abb Research Ltd.
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to a wind farm for generating electrical energy according to the preamble of claim 1.
  • Such a wind farm is used in the generation of electrical energy from wind power.
  • Each wind turbine is equipped with a turbine generator that has one or more blades that are attached to a rotatable drive shaft.
  • the rotor or the stator of an electrical generator is in mechanical connection either directly or via a gear.
  • the construction of these facilities is very complex and expensive because of the large number of components required.
  • the invention has for its object to show a wind farm system that allows a simplified and inexpensive connection of wind turbines, and also has a simple structure.
  • FIG. 8 is a ring circuit of units according to FIG. 4,
  • the wind farm installation 1 shown in FIG. 1 essentially consists of a structural unit 2 which comprises a wind turbine 3, a rotatable drive shaft 4, a generator 5 and a rectifier 6.
  • the wind turbine 3 can be equipped with a plurality of blades which are fastened to the rotatable drive shaft 4.
  • the drive shaft 4 is mechanically connected to a stator or a rotor (not shown here) of the generator 5.
  • the outputs of the generator 5 are connected to the rectifier 6. With its help, the AC voltage supplied by the generator 5 is converted into a DC voltage.
  • the assembly 20 shown in FIG. 3 is composed of two or more assemblies 10 which are connected in parallel via a common three-phase AC voltage line 14 and are connected to a network 100 via a three-phase transmission line for AC voltage 15.
  • Fig. 4 shows a unit 30, which consists of several units 2 connected in parallel via a common DC voltage line 1 1.
  • the DC voltage line 11 is connected to the input of a DC voltage converter 19 with an integrated transformer (not shown here).
  • the assembly 40 shown in FIG. 5 is formed by the parallel connection of two or more assemblies 30, which are connected to a network 100 via a common DC voltage line 14 for the transmission of the electrical energy.
  • the DC voltage line 14 is connected to the input of an inverter 16, the AC voltage output of which is connected to a power transformer 17.
  • the high voltage side of the transformer 17 is connected to a network 100.
  • FIG. 6 shows a number of structural units 10 which are connected to one another via a common, three-phase ring circuit 50 for alternating voltage.
  • the ring circuit 50 is connected to a network 100 via a three-phase line for AC voltage 51 for electrical energy transfer.
  • FIG. 7 shows a number of structural units 10 which are connected to one another via a common, three-phase star circuit 52 for alternating voltage.
  • the star connection 52 is connected to a network 100 via a three-phase line for AC voltage 51 for electrical energy transmission.
  • 8 shows a number of structural units 2, 30 which are connected to one another via a common DC voltage ring circuit 53.
  • the DC voltage ring circuit 53 is connected to an input of an inverter 54.
  • the AC voltage output of the inverter 54 is connected to a transformer 55, which can be connected to a network 100 via a three-phase transmission line 56 for AC voltage.
  • Fig. 9 shows a wind farm 1, which is constructed in several stages.
  • the first stage comprises two or more structural units 60. These are themselves composed of structural units 10, of which one structural unit 10 is shown in FIG. 2 and is explained in the associated description.
  • two or more structural units 10 are connected to one another in parallel to form a structural unit 60, the voltage outputs of the structural units 10 connected in parallel to one another being connected to a common transformer 61 which upwards transforms the alternating voltages supplied by the structural units 10.
  • a third stage comprises at least one structural unit 64.
  • This is composed of structural units 62.
  • two or more structural units 62 are connected to one another in parallel to form a structural unit 64, the voltage outputs of the structural units 62 connected in parallel to one another being connected to a common transformer 65, which upwards transforms the AC voltages supplied by the parallel connected structural units 62.
  • This formation of stages can be repeated any number of times. In order to optimize the costs of the electrical system and to minimize losses in the energy transfer within the wind farm, it makes sense to switch the AC voltage of the last stage very high. Thereby the transformers 61 and 63 in the underlying stages 60 and 62 can be designed with a lower power.
  • a second stage comprises two or more structural units 72. These are composed of structural units 70. In each case two or more structural units 70 are connected to one another in parallel to form a structural unit 72, the voltage outputs of the structural units 70 connected in parallel to one another being connected to a common DC voltage converter 73, which upwards transforms the DC voltages supplied by the structural units 70
  • a third stage comprises at least one structural unit 74.
  • This is composed of structural units 72.
  • two or more structural units 72 are connected in parallel to one another to form a structural unit 74, the voltage outputs of the structural units 72 connected in parallel with one another also being connected here to a common DC voltage converter 75, which upwards transforms the DC voltages supplied by the parallel connected structural units 72.
  • the formation of such stages can be repeated any number of times. In this embodiment, it makes sense to connect the wind turbines 3, which are assigned to the structural units 2, 30, to generators 5, which supply an output voltage between 1 kV and 25 kV.
  • two units 2, 10, each connected in parallel and immediately adjacent can be electrically connected to one another or separated from one another via a switch 25, 26 in each case.
  • two parallel-connected and immediately adjacent structural units 60, 70 can also be electrically connected to one another or separated from one another via a switch 25, 26.
  • FIGS. 12 and 13 show a switch 25 which, like all other switches 25 in FIG. 11, is designed as a thyristor, while the switches 26 are insulated gate bipolar thyristors, as can be seen in FIG. 13.
  • This possibility of electrical connections between the units 2, 10, 60, 62, 64, 70, 72 and 74 is advantageous when short circuits occur in the units 2, 10, 60, 62, 64, 70, 72 and 74.
  • FIGS. 2 and 3 show a wind farm system 1 in which the drive shaft 4 of a wind turbine 3 is connected to a generator 91 via a gear 92.
  • Two units 10, 20 are connected in parallel with the wind turbine 3.
  • the structure of the units 10, 20 is shown in FIGS. 2 and 3 and explained in the associated descriptions.
  • the AC voltage output of the generator 91 is connected to a transformer 93.
  • This, together with the power transformers (not shown here) of the structural units 10, 20 is connected to a network 100 via a three-phase transmission line for AC voltage 94.
  • energy stores 95 and 96 are provided in the wind farm system 89, which are connected in parallel to the wind turbines.
  • the energy store 95 is designed as a flywheel, while the energy store 96 is one or more batteries.
  • the energy store 95 is connected to the three-phase transmission line 94 for AC voltage via a series circuit consisting of an inverter 97 and a rectifier 98 and an step-up transformer 99.
  • the energy store 96 is connected to the electrical connection between the inverter 97 and the rectifier 98.
  • the energy stores 95 and 96 can either be arranged on the side of the network 100, as shown in FIG. 14, or on the side of the wind farm installation 1 (not shown here).
  • two wind turbines 3 are connected in parallel to a structural unit 30, 40, the drive shafts 4 of which are each connected to a generator 91 via a gear 92.
  • One of the generators 91 is connected to a transformer 93 close, the high-voltage side is connected to a rectifier 101.
  • the second generator 91 is followed by a rectifier 103 and a DC converter 104.
  • the voltage outputs of the rectifier 101, the DC-DC converter 104 and those of the units 30, 40 are connected in parallel and connected via a DC voltage line 106 to an inverter 107 which is connected to a network 100.
  • An energy store 96 which comprises one or more batteries (not shown here), is connected to the DC voltage line 106 via a DC voltage converter 105.

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Abstract

The invention relates to a wind-energy farm (1). To construct known devices of this type, a plurality of individual components must be combined, thus making the entire construction expensive and complex. The inventive wind-energy farm (1) overcomes this disadvantage as it can be simply constructed from one or more modular units (2, 10, 20, 30 and 40). Each modular unit (2, 10, 20, 30 and 40) has at least one wind-energy turbine (3) that operates at variable speeds, the drive shaft (4) of said turbine being mechanically connected to an electric generator (5).

Description

Windparkanlaqe Windparkanlaqe
Die Erfindung betrifft eine Windparkanlage zum Gewinnen elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a wind farm for generating electrical energy according to the preamble of claim 1.
Eine solche Windparkanlage kommt bei der Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft zur Anwendung.Such a wind farm is used in the generation of electrical energy from wind power.
Die bis jetzt bekannten Windparkanlagen dieser Art weisen eine oder mehrere Windturbinen auf, die sich mit variabler Geschwindigkeit drehen. Jede Windturbine ist mit einem Turbinengenerator bestückt, der einen oder mehrere Flügel aufweist, die an einer drehbaren Antriebswelle befestigt sind. Mit dieser Antriebswelle steht der Rotor o- der der Stator eines elektrischen Generators direkt oder über ein Getriebe in mechanischer Verbindung. Der Aufbau dieser Einrichtungen ist wegen der Vielzahl der erforderlichen Bauelemente sehr aufwendig und teuer.The wind farm systems of this type known up to now have one or more wind turbines that rotate at variable speeds. Each wind turbine is equipped with a turbine generator that has one or more blades that are attached to a rotatable drive shaft. With this drive shaft, the rotor or the stator of an electrical generator is in mechanical connection either directly or via a gear. The construction of these facilities is very complex and expensive because of the large number of components required.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windparkanlage aufzuzeigen, die eine vereinfachte und kostengünstige Verschaltung von Windturbinen ermöglicht, und zudem einen einfachen Aufbau aufweist.The invention has for its object to show a wind farm system that allows a simplified and inexpensive connection of wind turbines, and also has a simple structure.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of patent claim 1.
Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further inventive features are characterized in the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Baueinheit für eine Windparkanlage,1 shows a structural unit for a wind farm,
Fig. 2 bis 5 weitere Baueinheiten für eine Windparkanlage, Fig. 6 eine Ringschaltung von Baueinheiten gemäß Fig. 2,2 to 5 further units for a wind farm, 6 shows a ring circuit of units according to FIG. 2,
Fig. 7 eine Sternschaltung von Baueinheiten gemäß Fig. 2,7 shows a star connection of units according to FIG. 2,
Fig. 8 eine Ringschaltung von Baueinheiten gemäß Fig. 4,8 is a ring circuit of units according to FIG. 4,
Fig. 9 einen mehrstufigen Aufbau einer Windparkanlage,9 shows a multi-stage structure of a wind farm installation,
Fig. 10 einen weiteren Aufbau einer Windparkanlage,10 shows a further structure of a wind farm installation,
Fig. 1 1 eine weitere Variante einer Windparkanlage,1 1 another variant of a wind farm,
Fig. 12 und 13 die in Fig. 11 verwendeten Schalter,12 and 13, the switches used in Fig. 11,
Fig. 14 und 15 eine Windparkanlage mit zusätzlichen Energiespeichern.14 and 15 a wind farm with additional energy storage.
Die in Fig. 1 dargestellte Windparkanlage 1 besteht im wesentlichen aus einer Baueinheit 2, die eine Windturbine 3, eine drehbare Antriebswelle 4, einen Generator 5 und einen Gleichrichter 6 umfasst. Die Windturbine 3 kann mit mehreren Flügeln bestückt werden, die an der drehbaren Antriebswelle 4 befestigt sind. Die Antriebswelle 4 ist mechanisch mit einem Stator oder einem Rotor (hier nicht dargestellt) des Generators 5 verbunden. Die Ausgänge des Generators 5 sind an den Gleichrichter 6 angeschlossen. Mit seiner Hilfe wird die vom Generator 5 gelieferte Wechselspannung in eine Gleichspannung umgesetzt.The wind farm installation 1 shown in FIG. 1 essentially consists of a structural unit 2 which comprises a wind turbine 3, a rotatable drive shaft 4, a generator 5 and a rectifier 6. The wind turbine 3 can be equipped with a plurality of blades which are fastened to the rotatable drive shaft 4. The drive shaft 4 is mechanically connected to a stator or a rotor (not shown here) of the generator 5. The outputs of the generator 5 are connected to the rectifier 6. With its help, the AC voltage supplied by the generator 5 is converted into a DC voltage.
Fig. 2 zeigt eine Baueinheit 10. Sie wird durch die Parallelschaltung von zwei oder mehreren Grundbaueinheiten 2 gebildet. Der Gleichrichter 6 der Baueinheiten 2 sind über eine gemeinsame Gleichspannungsleitung 11 an einen Wechselrichter 12 angeschlossen, dem ein Aufwärtstransformator 13 nachgeschaltet ist. Der Wechselrichter 12 wandelt die Gleichspannung, die an den Ausgängen der Gleichrichter 6 anliegt in eine Wechselspannung um, die dem Aufwärtstransformator 13 zugeführt wird. Der Ausgang des Transformators 13 ist an eine dreiphasige Leitung für Wechselspannung 14 angeschlossen.2 shows a structural unit 10. It is formed by connecting two or more basic structural units 2 in parallel. The rectifier 6 of the units 2 are connected via a common DC voltage line 11 to an inverter 12, which is followed by an step-up transformer 13. The inverter 12 converts the DC voltage that is present at the outputs of the rectifiers 6 into an AC voltage that is fed to the step-up transformer 13. The Output of transformer 13 is connected to a three-phase line for AC voltage 14.
Die in Fig. 3 dargestellte Baueinheit 20 ist aus zwei oder mehreren Baueinheiten 10 zusammengefügt, die über eine gemeinsame dreiphasige Wechselspannungsleitung 14 parallel geschaltet und über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wechselspannung 15 an ein Verbundnetz 100 angeschlossen sind.The assembly 20 shown in FIG. 3 is composed of two or more assemblies 10 which are connected in parallel via a common three-phase AC voltage line 14 and are connected to a network 100 via a three-phase transmission line for AC voltage 15.
Fig. 4 zeigt eine Baueinheit 30, die aus mehreren über eine gemeinsame Gleichspannungsleitung 1 1 parallel geschalteten Baueinheiten 2 besteht. Die Gleichspannungsleitung 11 ist an den Eingang eines Gleichspannungsumwandlers 19 mit integriertem Transformator (hier nicht dargestellt) angeschlossen.Fig. 4 shows a unit 30, which consists of several units 2 connected in parallel via a common DC voltage line 1 1. The DC voltage line 11 is connected to the input of a DC voltage converter 19 with an integrated transformer (not shown here).
Die in Fig. 5 dargestellte Baueinheit 40 wird durch die Parallelschaltung von zwei oder mehreren Baueinheiten 30 gebildet, die über eine gemeinsame Gleichspannungsleitung 14 zur Übertragung der elektrischen Energie an ein Verbundnetz 100 angeschlossen sind. Die Gleichspannungsleitung 14 ist an den Eingang eines Wechselrichters 16 angeschlossen, dessen Wechselspannungsausgang an einen Leistungstransformator 17 angeschlossen ist. Die Oberspannungsseite des Transformators 17 ist an ein Verbundnetz 100 angeschlossen.The assembly 40 shown in FIG. 5 is formed by the parallel connection of two or more assemblies 30, which are connected to a network 100 via a common DC voltage line 14 for the transmission of the electrical energy. The DC voltage line 14 is connected to the input of an inverter 16, the AC voltage output of which is connected to a power transformer 17. The high voltage side of the transformer 17 is connected to a network 100.
Fig. 6 zeigt mehrere Baueinheiten 10, die über eine gemeinsame, dreiphasige Ringschaltung 50 für Wechselspannung miteinander verbunden. Die Ringschaltung 50 ist über eine dreiphasige Leitung für Wechselspannung 51 zur elektrischen Energieübertrag an ein Verbundnetz 100 angeschlossen.6 shows a number of structural units 10 which are connected to one another via a common, three-phase ring circuit 50 for alternating voltage. The ring circuit 50 is connected to a network 100 via a three-phase line for AC voltage 51 for electrical energy transfer.
Fig. 7 zeigt mehrere Baueinheiten 10, die über eine gemeinsame, dreiphasige Sternschaltung 52 für Wechselspannung miteinander verbunden sind. Die Sternschaltung 52 ist über eine dreiphasige Leitung für Wechselspannung 51 zur elektrischen Energieübertragung an ein Verbundnetz 100 angeschlossen. Fig. 8 zeigt mehrere Baueinheiten 2, 30, die über eine gemeinsame Gleichspannungs- Ringschaltung 53 miteinander verbunden sind. Die Gleichspannungs-Ringschaltung 53 ist an einen Eingang eines Wechselrichters 54 angeschlossen. Der Wechselspannungsausgang des Wechselrichters 54 steht mit einem Transformator 55 in Verbindung, der über eine dreiphasige Übertragungsleitung 56 für Wechselspannung an ein Verbundnetz 100 anschließbar ist.FIG. 7 shows a number of structural units 10 which are connected to one another via a common, three-phase star circuit 52 for alternating voltage. The star connection 52 is connected to a network 100 via a three-phase line for AC voltage 51 for electrical energy transmission. 8 shows a number of structural units 2, 30 which are connected to one another via a common DC voltage ring circuit 53. The DC voltage ring circuit 53 is connected to an input of an inverter 54. The AC voltage output of the inverter 54 is connected to a transformer 55, which can be connected to a network 100 via a three-phase transmission line 56 for AC voltage.
Fig. 9 zeigt eine Windparkanlage 1 , die mehrstufig aufgebaut ist. Die erste Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheit 60. Diese sind selbst aus Baueinheiten 10 zusammengesetzt, von denen eine Baueinheit 10 in Fig. 2 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung erläutert ist. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 10 sind dabei zu einer Baueinheit 60 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 10 an einen gemeinsamen Transformator 61 angeschlossen, der die von den Baueinheiten 10 gelieferten Wechselspannungen aufwärts transformiert.Fig. 9 shows a wind farm 1, which is constructed in several stages. The first stage comprises two or more structural units 60. These are themselves composed of structural units 10, of which one structural unit 10 is shown in FIG. 2 and is explained in the associated description. In each case two or more structural units 10 are connected to one another in parallel to form a structural unit 60, the voltage outputs of the structural units 10 connected in parallel to one another being connected to a common transformer 61 which upwards transforms the alternating voltages supplied by the structural units 10.
Eine zweite Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheiten 62. Diese sind aus Baueinheiten 60 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 60 sind dabei zu einer Baueinheit 62 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 60 an einen gemeinsamen Transformator 63 angeschlossen, der die von den Baueinheiten 60 gelieferten Wechselspannungen aufwärts transformiertA second stage comprises two or more structural units 62. These are composed of structural units 60. In each case two or more structural units 60 are connected to one another in parallel to form a structural unit 62, the voltage outputs of the structural units 60 connected in parallel to one another being connected to a common transformer 63 which upwards transforms the alternating voltages supplied by the structural units 60
Eine dritte Stufe umfasst wenigstens eine Baueinheit 64. Diese ist aus Baueinheiten 62 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 62 sind hierfür zu einer Baueinheit 64 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 62 an einen gemeinsamen Transformator 65 angeschlossen, der die von den parallel geschalteten Baueinheiten 62 gelieferten Wechselspannungen aufwärts transformiert. Diese Bildung von Stufen kann beliebig oft wiederholt werden. Zur Optimierung der Kosten des elektrischen Systems und zur Minimierung von Verlusten bei der Energieübertragung innerhalb der Windparkanlage ist es sinnvoll die Wechselspannung der letzten Stufe sehr hoch umzuspannen. Dadurch können die Transformatoren 61 und 63 in den darunter liegenden Stufen 60 bzw. 62 mit einer kleineren Leistung ausgebildet werden können.A third stage comprises at least one structural unit 64. This is composed of structural units 62. For this purpose, two or more structural units 62 are connected to one another in parallel to form a structural unit 64, the voltage outputs of the structural units 62 connected in parallel to one another being connected to a common transformer 65, which upwards transforms the AC voltages supplied by the parallel connected structural units 62. This formation of stages can be repeated any number of times. In order to optimize the costs of the electrical system and to minimize losses in the energy transfer within the wind farm, it makes sense to switch the AC voltage of the last stage very high. Thereby the transformers 61 and 63 in the underlying stages 60 and 62 can be designed with a lower power.
Fig. 10 zeigt eine Windparkanlage 1 , die ebenfalls mehrstufig aufgebaut ist. Die erste Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheit 70. Diese sind selbst aus Baueinheiten 2, 30 zusammengesetzt von denen jeweils eine Baueinheit 2, 30 in den Figuren 2 und 4 dargestellt und in den zugehörigen Beschreibungen erläutert ist. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 2, 30 sind zu einer Baueinheit 70 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 2,30 an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler 71 angeschlossen sind, der die von den Baueinheiten 2, 30 gelieferten Gleichspannungen aufwärts transformiert.10 shows a wind farm installation 1, which is also constructed in several stages. The first stage comprises two or more structural units 70. These are themselves composed of structural units 2, 30, each of which one structural unit 2, 30 is shown in FIGS. 2 and 4 and is explained in the associated descriptions. In each case two or more modules 2, 30 are connected to one another in parallel to form a unit 70, the voltage outputs of the modules 2.30 connected in parallel to one another being connected to a common DC voltage converter 71, which upwards transforms the DC voltages supplied by the modules 2, 30.
Eine zweite Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheiten 72. Diese sind aus Baueinheiten 70 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 70 sind dabei zu einer Baueinheit 72 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 70 an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler 73 angeschlossen, der die von den Baueinheiten 70 gelieferten Gleichspannungen aufwärts transformiertA second stage comprises two or more structural units 72. These are composed of structural units 70. In each case two or more structural units 70 are connected to one another in parallel to form a structural unit 72, the voltage outputs of the structural units 70 connected in parallel to one another being connected to a common DC voltage converter 73, which upwards transforms the DC voltages supplied by the structural units 70
Eine dritte Stufe umfasst wenigstens eine Baueinheit 74. Diese ist aus Baueinheiten 72 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 72 sind hierfür zu einer Baueinheit 74 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 72 auch hier an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler 75 angeschlossen, der die von den parallel geschalteten Baueinheiten 72 gelieferten Gleichspannungen aufwärts transformiert. Die Bildung solcher Stufen kann beliebig oft wiederholt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es sinnvoll den Windturbinen 3, die den Baueinheit 2, 30 zugeordnet sind, Generatoren 5 nach zu schalten, die eine Ausgangsspannung zwischen 1 kV und 25kV liefern.A third stage comprises at least one structural unit 74. This is composed of structural units 72. For this purpose, two or more structural units 72 are connected in parallel to one another to form a structural unit 74, the voltage outputs of the structural units 72 connected in parallel with one another also being connected here to a common DC voltage converter 75, which upwards transforms the DC voltages supplied by the parallel connected structural units 72. The formation of such stages can be repeated any number of times. In this embodiment, it makes sense to connect the wind turbines 3, which are assigned to the structural units 2, 30, to generators 5, which supply an output voltage between 1 kV and 25 kV.
Erfindungsgemäß können wie in Fig. 11 dargestellt, zwei jeweils parallel geschaltete und unmittelbar benachbarte Baueinheiten 2, 10 über jeweils einen Schalter 25, 26 - elektrisch miteinander verbunden oder von einander getrennt werden. In entsprechen- der Weise können auch zwei parallel geschaltete und unmittelbar benachbarte Baueinheiten 60, 70 über einen Schalter 25, 26 elektrisch miteinander verschaltet verbunden oder voneinander getrennt werden. In den Figuren 12 und 13 ist jeweils einer dieser Schalter 25, 26 dargestellt. Fig. 12 zeigt einen Schalter 25, der wie alle übrigen Schalter 25 in Fig. 11 als Thyristor ausgebildet ist, während es sich bei den Schaltern 26 um insulated Gate Bipolar Thyristoren handelt, wie Fig. 13 zu entnehmen ist. Diese Möglichkeit der elektrischen Verbindungen zwischen den Baueinheiten 2, 10, 60, 62, 64, 70, 72 und 74 ist beim Auftreten von Kurzschlüssen in den Baueinheiten 2, 10, 60, 62, 64, 70, 72 und 74 von Vorteil.According to the invention, as shown in FIG. 11, two units 2, 10, each connected in parallel and immediately adjacent, can be electrically connected to one another or separated from one another via a switch 25, 26 in each case. In corresponding In this way, two parallel-connected and immediately adjacent structural units 60, 70 can also be electrically connected to one another or separated from one another via a switch 25, 26. One of these switches 25, 26 is shown in FIGS. 12 and 13. FIG. 12 shows a switch 25 which, like all other switches 25 in FIG. 11, is designed as a thyristor, while the switches 26 are insulated gate bipolar thyristors, as can be seen in FIG. 13. This possibility of electrical connections between the units 2, 10, 60, 62, 64, 70, 72 and 74 is advantageous when short circuits occur in the units 2, 10, 60, 62, 64, 70, 72 and 74.
Fig. 14 zeigt eine Windparkanlage 1 , bei der die Antriebswelle 4 einer Windturbine 3 über ein Getriebe 92 mit einem Generator 91 in Verbindung steht. Zu der Windturbine 3 sind zwei Baueinheiten 10, 20 parallel geschaltet. Der Aufbau der Baueinheiten 10, 20 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt und in den zugehörigen Beschreibungen erläutert. Der Wechselspannungsausgang des Generators 91 ist an einen Transformator 93 angeschlossen ist. Dieser ist zusammen mit den Leistungstransformatoren (hier nicht dargestellt) der Baueinheiten 10, 20 über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wechselspannung 94 an ein Verbundnetz 100 angeschlossen. Zusätzlich sind Energiespeicher 95 bzw. 96 in der Windparkanlage 89 vorgesehen, die zu den Windturbinen parallel geschaltet sind. Der Energiespeicher 95 ist als Schwungrad ausgebildet, während es sich beim Energiespeicher 96 um eine oder mehrere Batterien handelt. Der Energiespeicher 95 ist über eine Serienschaltung bestehend aus einem Wechselrichter 97 und einem Gleichrichter 98 sowie einem Aufwärtstransformator 99 mit der dreiphasigen Übertragungsleitung 94 für Wechselspannung verbunden. Der Energiespeicher 96 ist an die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter 97 und dem Gleichrichter 98 angeschlossen. Die Energiespeicher 95 und 96 können entweder auf der Seite des Verbundnetzes 100 angeordnet werden, wie in Fig. 14 dargestellt, oder aber auf der Seite der Windparkanlage 1 (hier nicht dargestellt).14 shows a wind farm system 1 in which the drive shaft 4 of a wind turbine 3 is connected to a generator 91 via a gear 92. Two units 10, 20 are connected in parallel with the wind turbine 3. The structure of the units 10, 20 is shown in FIGS. 2 and 3 and explained in the associated descriptions. The AC voltage output of the generator 91 is connected to a transformer 93. This, together with the power transformers (not shown here) of the structural units 10, 20 is connected to a network 100 via a three-phase transmission line for AC voltage 94. In addition, energy stores 95 and 96 are provided in the wind farm system 89, which are connected in parallel to the wind turbines. The energy store 95 is designed as a flywheel, while the energy store 96 is one or more batteries. The energy store 95 is connected to the three-phase transmission line 94 for AC voltage via a series circuit consisting of an inverter 97 and a rectifier 98 and an step-up transformer 99. The energy store 96 is connected to the electrical connection between the inverter 97 and the rectifier 98. The energy stores 95 and 96 can either be arranged on the side of the network 100, as shown in FIG. 14, or on the side of the wind farm installation 1 (not shown here).
In Fig. 15 sind zu einer Baueinheit 30, 40 zwei Windturbinen 3 parallel geschaltet, deren Antriebswellen 4 über jeweils ein Getriebe 92 mit jeweils einem Generator 91 in Verbindung stehen. Einer der Generatoren 91 ist an einen Transformator 93 ange- schlössen, dessen Oberspannungsseite an einen Gleichrichter 101 angeschlossen ist. Dem zweiten Generator 91 ist ein Gleichrichter 103 und ein Gleichspannungsumwandler 104 nachgeschaltet. Die Spannungsausgänge des Gleichrichters 101 , des Gleichspannungsumwandlers 104 und die der Baueinheiten 30, 40 sind parallel verschaltet und über eine Gleichspannungsleitung 106 an einen Wechselrichter 107 angeschlossen, der mit einem Verbundnetz 100 in Verbindung steht. Ein Energiespeicher 96, der eine oder mehrere Batterien umfasst (hier nicht dargestellt) ist über einen Gleichspannungsumwandler 105 an die Gleichspannungsleitung 106 angeschlossen. 15, two wind turbines 3 are connected in parallel to a structural unit 30, 40, the drive shafts 4 of which are each connected to a generator 91 via a gear 92. One of the generators 91 is connected to a transformer 93 close, the high-voltage side is connected to a rectifier 101. The second generator 91 is followed by a rectifier 103 and a DC converter 104. The voltage outputs of the rectifier 101, the DC-DC converter 104 and those of the units 30, 40 are connected in parallel and connected via a DC voltage line 106 to an inverter 107 which is connected to a network 100. An energy store 96, which comprises one or more batteries (not shown here), is connected to the DC voltage line 106 via a DC voltage converter 105.

Claims

Patentansprüche claims
1. Windparkanlage zum Gewinnen von elektrischer Energie mit wenigstens einer mit variabler Geschwindigkeit arbeitenden Windturbine (3), deren Antriebswelle (4) mit einem elektrischen Generator (5) mechanisch in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass jede Windparkanlage (1 ) aus einer oder mehreren Baueinheiten (2, 10, 20, 30 ,40) zusammengebaut ist, und dass jede Baueinheit (2, 10, 20, 30, 40) eine mit variabler Geschwindigkeit arbeitende Windturbine (3) aufweist, deren Antriebswelle (4) mit einem elektrischen Generator (5) mechanisch in Verbindung steht.1. A wind farm system for generating electrical energy with at least one wind turbine (3) operating at variable speed, the drive shaft (4) of which is mechanically connected to an electrical generator (5), characterized in that each wind farm system (1) consists of one or more Units (2, 10, 20, 30, 40) is assembled, and that each unit (2, 10, 20, 30, 40) has a variable speed wind turbine (3), the drive shaft (4) with an electric generator (5) is mechanically connected.
2. Windparkanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (2) eine Windturbine (3) aufweist, die direkt oder über ein Getriebe (92) mechanisch mit einem mehrphasigen Generator (5) verbunden ist, dessen elektrische - Spannungsausgänge an einen Gleichrichter (6) sind.2. Wind farm system according to claim 1, characterized in that the structural unit (2) has a wind turbine (3) which is mechanically connected directly or via a transmission (92) to a multi-phase generator (5), the electrical voltage outputs of which are connected to a rectifier (6) are.
3. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baueinheit (10) aus mehrerer parallel geschalteten Baueinheiten (2) zusammengefügt ist, bei denen die Spannungsausgänge des Gleichrichters (6) über wenigstens eine gemeinsame Leitung für Gleichspannung (11 ) elektrisch mit einem Wechselrichter (12) verbunden sind, dessen Ausgang an einen Aufwärtstransformator (13) angeschlossen ist.3. Wind farm system according to one of claims 1 or 2, characterized in that a structural unit (10) is composed of a plurality of structural units (2) connected in parallel, in which the voltage outputs of the rectifier (6) via at least one common line for direct voltage (11) are electrically connected to an inverter (12), the output of which is connected to an step-up transformer (13).
4. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baueinheit (20) aus mehrerer parallel geschalteten Baueinheiten (10) zusammengefügt ist, und dass die Spannungsausgänge der Aufwärtstransformatoren (13) über eine gemeinsame, dreiphasige Leitung für Wechselspannung (14) und eine dreiphasige Übertragungsleitung (15) an ein Verbundnetz (100) anschließbar sind.4. Wind farm system according to one of claims 1 to 3, characterized in that a structural unit (20) from several parallel-connected structural units (10) is assembled, and that the voltage outputs of the step-up transformers (13) via a common, three-phase line for AC voltage (14 ) and a three-phase transmission line (15) can be connected to a network (100).
5. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baueinheit (30) aus mehrerer parallel geschalteten Baueinheiten (2) zusammengefügt ist, deren Gleichrichter (6) über eine gemeinsame Gleichspannungs- leitung (11) an einen Gleichspannungsumwandler (19) mit integriertem Transformator angeschlossen sind.5. Wind farm system according to one of claims 1 and 2, characterized in that a structural unit (30) is assembled from a plurality of structural units (2) connected in parallel, the rectifiers (6) of which are connected via a common DC voltage Line (11) are connected to a DC converter (19) with an integrated transformer.
6. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 , 2 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Baueinheit (40) aus mehrerer parallel geschalteten Bauelementen (30) zusammengefügt ist, bei denen die Spannungsausgänge der Gleichspannungsumwandler mit integriertem Transformator (19) über eine gemeinsame Gleichspannungsleitung (14) an einen Wechselrichter (16) angeschlossen sind, dem ein Leistungstransformator (17) nachgeschaltet ist, dessen Oberspannungsseite an ein Verbundnetz (100) anschließbar ist.6. Wind farm system according to one of claims 1, 2 and 5, characterized in that a structural unit (40) is assembled from a plurality of components (30) connected in parallel, in which the voltage outputs of the DC voltage converters with an integrated transformer (19) via a common DC voltage line (14 ) are connected to an inverter (16) which is followed by a power transformer (17), the high-voltage side of which can be connected to a network (100).
7. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Baueinheiten (10) über eine gemeinsame Ringschaltung (50) miteinander verbunden und über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wechselspannung7. Wind farm system according to one of claims 1 and 2, characterized in that a plurality of structural units (10) are connected to one another via a common ring circuit (50) and via a three-phase transmission line for AC voltage
(51 ) an ein Verbundnetz (100) angeschlossen sind, und dass die Ringschaltung (50) als gemeinsame Wechselspannungsleitung ausgebildet ist.(51) are connected to a network (100) and that the ring circuit (50) is designed as a common AC voltage line.
8. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Baueinheiten (10) über eine gemeinsame Sternschaltung (52) miteinander verbunden und über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wechselspannung (51) an ein Verbundnetz (100) angeschlossen sind, und dass die Sternschaltung8. Wind farm system according to one of claims 1 and 2, characterized in that a plurality of structural units (10) are connected to one another via a common star connection (52) and are connected to a network (100) via a three-phase transmission line for AC voltage (51), and that the star connection
(52) aus Wechselspannungsleitungen aufgebaut ist.(52) is constructed from AC voltage lines.
9. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsausgänge von mehrere Baueinheiten (2, 30) über eine gemeinsame Ringschaltung (53) miteinander verbunden sind, die an einen Wechselrichter (54) angeschlossen ist, dessen Wechselspannungsausgang mit einem Leistungstransformator (55) verbunden ist, dessen Oberspannungsseite über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wechselspannung (56) an ein Verbundnetz (100) anschließbar ist. 9. Wind farm system according to one of claims 1 and 2, characterized in that the DC voltage outputs of a plurality of units (2, 30) are connected to one another via a common ring circuit (53) which is connected to an inverter (54) whose AC voltage output is connected to a Power transformer (55) is connected, the high voltage side of which can be connected to a network (100) via a three-phase transmission line for alternating voltage (56).
10. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet, durch einen mehrstufigen Aufbau, bei dem eine erste Stufe zwei oder mehrere Baueinheiten (60) umfasst, die parallel zueinander geschaltet sind, dass jede Baueinheit (60) aus wenigstens zwei parallel geschalteten Baueinheiten (10) besteht, die alle mit einem ersten Aufwärtstransformator (61) in Reihe geschaltet sind, dass eine zweite Stufe zwei oder mehrere Baueinheiten (62) umfasst, die aus Baueinheiten (60) zusammengesetzt sind, dass zwei oder mehrere Baueinheiten (60) zu einer Baueinheit (62) parallel miteinander verschaltet sind, und die Spannungsausgänge der parallel zueinander geschalteten Baueinheiten (60) an einen gemeinsamen Aufwärtstransformator (63) angeschlossen sind, dass eine dritte Stufe mit zwei oder mehrere Baueinheiten (64) vorgesehen ist, die aus Baueinheiten 62 zusammengesetzt sind, dass jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten (62) zu einer Baueinheit (64) parallel miteinander verschaltet sind, und die Spannungsausgänge der parallel zueinander geschalteten Baueinheiten (62) an einen gemeinsamen Transformator (65) angeschlossen.10. Wind farm system according to one of claims 1 to 2, characterized by a multi-stage structure in which a first stage comprises two or more structural units (60) which are connected in parallel to one another, that each structural unit (60) consists of at least two structural units connected in parallel (10), which are all connected in series with a first step-up transformer (61), that a second stage comprises two or more structural units (62), which are composed of structural units (60), that two or more structural units (60) a unit (62) are connected in parallel to one another, and the voltage outputs of the units (60) connected in parallel to one another are connected to a common step-up transformer (63), so that a third stage with two or more units (64) is provided, which consists of units 62 are composed such that in each case two or more structural units (62) are connected in parallel to one structural unit (64), u nd the voltage outputs of the units (62) connected in parallel to one another are connected to a common transformer (65).
11. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet, durch einen mehrstufigen Aufbau, dass die erste Stufe zwei oder mehrere Baueinheit (70) umfasst, dass jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten (2, 30) sind zu einer Baueinheit (70) parallel miteinander verschaltet sind, und die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten (2, 30) an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler (71) angeschlossen sind, dass eine zweite Stufe zwei oder mehrere Baueinheiten (72) aufweist, die aus Baueinheiten (70) zusammengesetzt sind, dass jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten (70) zu einer Baueinheit (72) parallel miteinander verschaltet sind, und die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten (70) an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler (73) angeschlossen, dass eine dritte Stufe zwei oder mehrere Baueinheiten (74) umfasst, die aus Baueinheiten (72) zusammengesetzt sind, dass jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten (72) zu einer Baueinheit (74) parallel miteinander verschaltet sind, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten (72) an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler (75) angeschlossen sind. 11. Wind farm system according to one of claims 1 to 2, characterized by a multi-stage structure that the first stage comprises two or more structural units (70), that in each case two or more structural units (2, 30) are parallel to a structural unit (70) are connected to one another, and the voltage outputs of the units (2, 30) connected in parallel to one another are connected to a common DC / DC converter (71) that a second stage has two or more units (72) that are composed of units (70) that in each case two or more structural units (70) are connected together in parallel to form a structural unit (72), and the voltage outputs of the structural units (70) connected in parallel with one another are connected to a common DC-DC converter (73), so that a third stage has two or more structural units (74) comprises, which are composed of structural units (72), that two or more structural units (72) to one The unit (74) is connected in parallel with one another, the voltage outputs of the units (72) connected in parallel with one another being connected to a common DC / DC converter (75).
12. Windparkanlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei unmittelbar benachbarte und parallel geschaltete Baueinheiten (2, 10 bzw. 60, 70 bzw. 62, 72, bzw. 64, 74) über wenigstens einen Schalter (25, 26) miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind, und dass jeder Schalter (25) als Tyristor und jeder Schalter (26) als IGBT (insulated Gate Bipolar Thyristor) ausgebildet ist.12. Wind farm system according to claim 1 to 9, characterized in that two immediately adjacent and parallel-connected units (2, 10 or 60, 70 or 62, 72 or 64, 74) via at least one switch (25, 26 ) are connectable or separable from each other, and that each switch (25) is designed as a tyristor and each switch (26) as an IGBT (insulated gate bipolar thyristor).
13. Windparkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Baueinheiten (10, 20, 30, 40) wenigstens ein Energiespeicher (95, 96) in Form einer Batterie oder eines Schwungrads parallel geschaltet ist. 13. Wind farm system according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one energy store (95, 96) in the form of a battery or a flywheel is connected in parallel with the structural units (10, 20, 30, 40).
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