WO2020079059A1 - Method for operating a wind turbine in the event of a fault - Google Patents

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WO2020079059A1
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method and a converter control for operating a wind energy installation with a double-fed asynchronous generator (DFIG) in the event of a fault.
  • DFIG double-fed asynchronous generator
  • wind turbines are critical with regard to their design and dimensioning, especially with regard to safety aspects.
  • a power failure in which the torque generated by the wind in the wind rotor does not counteract a braking generator torque
  • the rotating part of the wind energy installation can become overspeed and the associated increased or even extreme loads. Due to the failure of the network or more generally due to a load drop on the generator, the wind rotor begins to accelerate due to the wind because the braking generator torque is missing.
  • the wind rotor of the wind energy installation is accelerated and speeds occur which move a control device to intervene.
  • the control device detects a deviation of the speed of the wind rotor or generator from the target speed, it reacts with a change in the blade pitch angle.
  • the mechanical control is too slow in the event of a sudden drop in load. This can lead to damaging overspeeds of the wind rotor or generator.
  • the wind turbine suddenly leaps out of balance between the drive torque generated by the wind on the one hand and the braking torque effective in the generator on the other.
  • the mechanical power supplied to the wind turbine by the air flow can no longer be dissipated to the network in the form of electrical power.
  • Wind rotor, including hub and drive train are accelerated and the excess power is converted into kinetic energy of the rotating masses. If the speeds of the rotating parts exceed design limits, the components may be damaged. Damage to rotating parts represents an enormous safety risk for the wind turbine.
  • a load case with overspeed is referred to as a malfunction of the wind turbine, in this operating state there can be extreme loads on the wind turbine.
  • all load cases with overspeed are considered here, e.g. B. can be caused by a power failure or a century gust.
  • the wind turbine In the event of a malfunction, for example, the wind turbine generates more power than it can deliver (for example, by feeding it into a network to which it is connected). This is the case, for example, if the network is in an error state.
  • the network can be a transmission network, a distribution network or an internal wind farm network. Network faults or network faults occur, for example, after lightning strikes or short circuits and make z. B. noticeable as brief voltage drops in the network.
  • a technical problem or a technical defect in the wind turbine itself can also be considered as an accident.
  • the converter In wind turbines with a so-called double-fed asynchronous generator (double-fed induction generator, DFIG), the converter is connected to the rotor windings.
  • double-fed induction generator, DFIG double-fed induction generator
  • a major advantage of using a double-fed asynchronous generator in a wind turbine is the associated smaller dimensioning of the converter.
  • the method according to the invention for operating a wind power plant in the event of a fault relates to a wind power plant with a generator driven by a wind rotor, the generator being designed as a double-fed asynchronous generator which interacts with a converter for generating electrical power.
  • the stator of the generator is connected directly to a connecting line and a rotor is connected to the connecting line by the converter, the converter having a machine-side inverter and a network-side inverter which are connected to one another via an intermediate circuit are connected.
  • the wind power installation is disconnected from the grid in the event of a malfunction and the grid-side inverter is connected to the stator in order to generate a regenerative braking torque.
  • the separation from the grid and the connection of the stator to the grid-side inverter results in a circuit consisting of a (generator) stator, a grid-side inverter, an intermediate circuit, a machine-side inverter and a (generator) rotor.
  • the generator and thus the wind rotor of the wind energy installation can be braked in a controlled manner by means of a suitable control of the inverters by specifically and controlledly increasing the generator torque.
  • the generator torque acts, possibly via a gearbox, to counteract the torque absorbed by the wind rotor from the wind.
  • the grid-side inverter thus controls the stator for the targeted setting of a generator braking torque.
  • the method according to the invention thus enables the generator, and thus the mechanical drive train of the wind energy installation, to be braked by the converter in the event of a fault. Due to the good controllability of the converter, the generator motor the DFIG can be precisely controlled and the wind turbine can be braked precisely and specifically.
  • the wind turbine is separated from the grid by opening a switching element.
  • the switching element is preferably a circuit breaker or a contactor.
  • the switching element is preferably arranged on the connection line on the network side of a connection point between the rotor branch and the stator branch.
  • the rotor or stator branch is used to denote the connection from the rotor or stator to the connection point.
  • the rotor and stator branches meet the connecting cable. In other words, the stator and the grid-side inverter are connected at the connection point.
  • the stator is electrically connected to the grid-side inverter and the rotor to the machine-side inverter when the circuit breaker or contactor is open.
  • the generator is therefore only connected to the converter by opening the circuit breaker or contactor.
  • a braking device is created and a regenerative braking torque is generated.
  • the switching device When the switching device is open, the power generated by the stator flows through the line-side converter into the intermediate circuit.
  • the machine-side converter in turn draws power from the intermediate circuit and controls the rotor of the generator so that the desired braking torque is set.
  • an excess power is converted into heat in the intermediate circuit via a current sink, in particular a chopper.
  • a current sink in particular a chopper.
  • connection between the stator and the grid-side inverter makes it possible to use an already existing chopper arranged in the intermediate circuit. Except for a somewhat larger dimensioning of the chopper, no additional effort is therefore necessary.
  • the power generated by the stator flows through the line-side converter into the chopper (equivalent load).
  • the use of a chopper makes the traditional crowbar solution for protection against surges superfluous. When the crowbar is activated, the wind turbine is sometimes subjected to extreme loads, which creates additional problems for the operating behavior of the wind turbine.
  • the regenerative braking torque can be modulated via the grid-side and the machine-side inverter.
  • the generator of the wind energy installation can thus be braked in a controlled manner by suitable control of the inverters by targeted and controlled increase in the generator torque.
  • the electrical power of the generator that is still generated can be converted into heat via the chopper.
  • the chopper is designed in such a way that it dissipates the active power during the fault state, so that the system can continue to operate without impairment.
  • the method according to the invention can cover, in particular, that period of time (or the electrical power generated in this period of time) up to which the pitch angle of the rotor blades can be changed and the power generated by the electrical generator can thereby be reduced.
  • the invention further relates to a converter control for a wind energy installation, the wind energy installation comprising a generator driven by a wind rotor, where the generator is designed as a double-fed asynchronous generator which interacts with a converter for generating electrical power, with the supply of the electrical power in a network, a stator is connected directly to a connecting line and a rotor is connected to the connecting line via the converter, the converter having a machine-side inverter and a network-side inverter which are connected via an intermediate circuit.
  • the converter control comprises a brake control module which disconnects the wind power installation from the grid in the event of a fault and controls the grid-side inverter in such a way that a generator braking torque is generated despite the separation from the grid.
  • the grid-side inverter controls the stator for the targeted setting of a regenerative braking torque.
  • the wind turbine can be braked by increasing the generator torque.
  • the regenerative braking torque can be modulated via the control of the grid-side inverter.
  • the converter control according to the invention can be continued with further features which have been described in connection with the method according to the invention.
  • the method according to the invention can be continued with further features which have been described in connection with the converter control according to the invention.
  • FIG. 1 a wind energy plant with a double-fed asynchronous generator and a converter control according to the invention with a brake control module;
  • Figure 2 a topology of a wind turbine with double-fed
  • Asynchronous generator to illustrate the principle of the method according to the invention for operating the wind power plant in the event of a fault.
  • the basic features of the wind turbine 1 shown in FIG. 1 are of conventional design.
  • the wind energy installation 1 comprises a tower 10, at the upper end of which a machine house 11 is arranged to be pivotable in the azimuth direction.
  • a wind rotor 12 with a plurality of rotor blades 13 which are adjustable with respect to their setting angle is rotatably mounted on an end face of the machine house 11.
  • the wind rotor 12 drives the generator 14 via a rotor shaft and a gear, which may be arranged between the wind rotor 12 and the generator 14, but is not shown here. Together with a converter 15 connected to it, this generates electrical energy.
  • the generator 14 is designed as a double-fed asynchronous generator (DFIG), to the stator 16 (see FIG.
  • DFIG double-fed asynchronous generator
  • the converter 15 comprises a grid-side inverter 15a and a machine-side inverter 15b, which are connected to one another via an intermediate circuit 20.
  • the wind energy installation 1 further comprises a converter control 25 arranged in the nacelle 11, which is connected to the converter 15 via means (not shown) and acts thereon.
  • the converter control 25 also includes a brake control module 25a for controlling the inverters for generating a regenerative braking torque.
  • the connecting line 17 of the wind energy installation 1 is connected via a transformer 98, for example, to an internal wind farm 9.
  • a large number of wind energy plants 1, T can be connected to the wind farm internal collecting network 9.
  • the wind turbine 1 can also be connected directly to a medium or high voltage network 99 via a transformer.
  • the method according to the invention intervenes when the wind energy installation 1 is in a fault state. This is the case in a load case with overspeed, for example when the network (9, 99) is in an error state.
  • the principle of the method is described below on the basis of the topology of the wind turbine with DFIG shown in FIG. 2.
  • the wind energy installation 1 can no longer (completely) deliver the generated power to the grid 9, 99.
  • the wind power installation 1 is disconnected from the network 9, 99 by opening a switching device 30.
  • the switching element 30 is, for example, a circuit breaker.
  • the switching element 30 When the switching element 30 is opened, the current transport in the stator circuit breaks down. The power generated in the stator 16 can no longer be fed into the network 9, 99. Due to the arrangement of the switching element 30 on the connection line 17 on the grid side from the junction point 28 at which the stator branch 17a and the rotor branch 17b meet, the stator 16 remains connected to the grid-side inverter 15a when the switching element 30 is opened. The invention uses this to generate a regenerative braking torque.
  • the generator torque counteracts the torque absorbed by the wind rotor 12 from the wind, possibly via a gear.
  • the wind rotor 12 is thus braked by a regenerative braking torque.
  • the grid-side inverter 15a now acts directly on the stator 16 and controls the stator 16 for the targeted setting of the regenerative braking torque.
  • the generator 14 can consequently be braked via the converter 15 in the event of a fault.
  • the generator 14 of the wind energy installation 1 is braked in a controlled manner even in the event of a sudden load drop (disconnection of the wind energy installation 1 from the network 9, 99) and is therefore protected against overspeeds.
  • a circuit results from (generator) stator 16, grid-side inverter 15a, intermediate circuit 20, machine-side inverter 15b and (generator) rotor 18 the power generated by the stator 16 through the network-side inverter 15a into a chopper 22.
  • the arrows in FIG. 2 illustrate the action of the network-side inverter 15a on the stator 16 and the action of the machine-side inverter 15b on the rotor 18 .
  • the rotor 18 is still connected to the intermediate circuit 20 via the machine-side inverter 15b, while the stator circuit, which previously had no effect on the intermediate circuit 20, is now also connected via the network-side inverter 15a acts on the intermediate circuit 20.
  • the power generated by the stator 16 is thus directed in the converter 15. For this purpose, a current flows into the intermediate circuit 20.
  • the excess power is converted into heat via a current sink, namely a chopper 22 in the intermediate circuit 20.
  • the intermediate circuit 20 in FIG. 2 is a direct voltage intermediate circuit, in which a capacitor is also arranged in parallel with the chopper 22.
  • the chopper 22 in the intermediate circuit 20 is designed so that the DC voltage in the intermediate circuit can be stabilized in as many operating states as possible. This makes the use of a so-called crowbar in particular superfluous.
  • the active power is dissipated by the chopper 22 during the fault state, so that the system can continue to operate without being exposed to extreme loads.
  • the brake control module 25a which is designed as part of the converter control 25, controls the grid-side inverter 15a in the event of a fault in such a way that a regenerative braking torque is not only generated, but can also be modulated. Due to the good controllability of the converter 15, the generator torque or braking torque of the DFIG can be precisely controlled and modulated, as a result of which the wind rotor 12 or the rotating components of the wind energy installation 1 are braked precisely and in a targeted manner and thus effectively protected against overload.

Abstract

The invention relates to a method and to a converter controller (25) for operating a wind turbine (1) in the event of a fault. The wind turbine (1) comprises a generator (14) which is driven by a wind rotor (12), wherein the generator (14) is embodied as an asynchronous generator which has a double feed and interacts with the converter (15) in order to generate electrical power. In order to feed the electrical power into a power grid (9, 99), a stator (16) is connected directly to a connecting line (17), and a rotor (18) is connected to the connecting line (17) via the converter (15). The converter (15) has a machine-side inverter (15b) and a power-grid-side inverter (15a) which are connected via an intermediate circuit (20). According to the invention, in the event of a fault the wind turbine (1) is disconnected from the power grid (9, 99) and the power grid-side inverter (25a) is connected to the stator (16) in order to produce a generative braking torque. The generator (14) of the wind turbine (1) can be braked in a controlled fashion by selectively increasing the generator torque by means of suitable actuation of the inverters (15a, 15b). The present invention makes it possible to reduce design-relevant overloading of a wind turbine.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage in einem Störfall  Method for operating a wind turbine in the event of an accident
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Umrichtersteuerung zum Betreiben einer Windenergieanlage mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator (DFIG) in einem Störfall. The invention relates to a method and a converter control for operating a wind energy installation with a double-fed asynchronous generator (DFIG) in the event of a fault.
Der Betrieb von Windenergieanlagen ist kritisch im Hinblick auf ihre Auslegung und Di- mensionierung, insbesondere im Hinblick auf Sicherheitsaspekte. Bei einem Netzausfall, bei dem dem durch den Wind im Windrotor erzeugte Drehmoment kein bremsendes Ge- neratormoment entgegenwirkt, kann es zu Überdrehzahlen des drehenden Teils der Win- denergieanlage und damit einhergehenden erhöhten bis hin zu extremen Lasten kommen. Durch den Ausfall des Netzes bzw. allgemeiner durch einen Lastabfall am Generator be- ginnt der Windrotor durch den Wind zu beschleunigen, weil das bremsende Generatormo- ment fehlt. The operation of wind turbines is critical with regard to their design and dimensioning, especially with regard to safety aspects. In the event of a power failure, in which the torque generated by the wind in the wind rotor does not counteract a braking generator torque, the rotating part of the wind energy installation can become overspeed and the associated increased or even extreme loads. Due to the failure of the network or more generally due to a load drop on the generator, the wind rotor begins to accelerate due to the wind because the braking generator torque is missing.
Durch die Reduzierung bzw. den Wegfall des durch den Generator erzeugten Generator- moments als Gegenlast wird der Windrotor der Windenergieanlage beschleunigt und es kommt zu Drehzahlen, die eine Regelungseinrichtung zum Eingreifen bewegt. Sobald die Regelungseinrichtung eine Abweichung der Drehzahl des Windrotors oder Generators von der Solldrehzahl feststellt, reagiert sie mit einer Änderung des Blatteinstellwinkels. Die mechanische Regelung ist allerdings bei einem plötzlichen Lastabfall zu träge. Dadurch kann es zu schädlichen Überdrehzahlen des Windrotors bzw. Generators kommen. As a result of the reduction or elimination of the generator torque generated by the generator as a counter-load, the wind rotor of the wind energy installation is accelerated and speeds occur which move a control device to intervene. As soon as the control device detects a deviation of the speed of the wind rotor or generator from the target speed, it reacts with a change in the blade pitch angle. However, the mechanical control is too slow in the event of a sudden drop in load. This can lead to damaging overspeeds of the wind rotor or generator.
Durch einen plötzlichen Lastabfall gerät die Windenergieanlage sprungartig aus ihrem Gleichgewicht zwischen vom Wind erzeugtem Antriebsmoment einerseits und im Genera- tor wirksamen Bremsmoment andererseits. Die der Windenergieanlage durch den Luft- strom zugeführte mechanische Leistung kann nicht mehr in Form von elektrischer Leis- tung an das Netz abgeführt werden. Windrotor, einschließlich Nabe und Antriebsstrang werden beschleunigt und der Leistungsüberschuss wird in kinetische Energie der rotieren- den Massen umgewandelt. Übersteigen die Drehzahlen der rotierenden Teile konstruktive Grenzwerte, kann es zu Schäden an den Komponenten kommen. Schäden an rotieren- den Teilen stellen dabei ein enormes Sicherheitsrisiko für die Windenergieanlage dar. As a result of a sudden drop in load, the wind turbine suddenly leaps out of balance between the drive torque generated by the wind on the one hand and the braking torque effective in the generator on the other. The mechanical power supplied to the wind turbine by the air flow can no longer be dissipated to the network in the form of electrical power. Wind rotor, including hub and drive train are accelerated and the excess power is converted into kinetic energy of the rotating masses. If the speeds of the rotating parts exceed design limits, the components may be damaged. Damage to rotating parts represents an enormous safety risk for the wind turbine.
Um die Windenergieanlage auch bei einem plötzlichen Lastabfall vor Überdrehzahlen zu schützen, muss der Generator der Windenergieanlage gebremst werden. Bei einem Last- abfall läuft der Generator der Windenergieanlage schlagartig ohne Belastung bei vernach- lässigtem Eigenbedarf), was einen sofortigen Anstieg der Drehzahl zur Folge hat. Damit verbunden sind sehr viel größere Belastungen aller Anlagenteile im Vergleich zum Nor- malbetrieb. In Abhängigkeit der Stärke des Bremsmoments können ebenfalls starke Be- lastungen an der Windenergieanlage auftreten. In order to protect the wind turbine from overspeed even in the event of a sudden load drop, the generator of the wind turbine must be braked. With a load waste, the generator of the wind turbine runs suddenly without load with neglected own requirements), which results in an immediate increase in speed. This is associated with much greater loads on all parts of the system compared to normal operation. Depending on the strength of the braking torque, heavy loads can also occur on the wind turbine.
Es ist bekannt, bei Windenergieanlagen mit Vollumrichter einen Leistungsüberschuss durch einen Chopper im Zwischenkreis abzuführen. Der Chopper wandelt den Leistungs- Überschuss in Wärme um. Das ist bei Windenergieanlagen mit Vollumrichter möglich, da der Generator durch den Zwischenkreis-Umrichter vom Netz getrennt ist und somit die ge- samte erzeugte elektrische Leistung den Zwischenkreis-Umrichter passiert. Bei diesem Vollumrichter-Generatorsystem können Lasten einfach durch den Zwischenkreis-Chopper reduziert werden. It is known to remove excess power from a chopper in the intermediate circuit in wind turbines with a full converter. The chopper converts the excess power into heat. This is possible with wind turbines with full converters, since the generator is separated from the grid by the DC link converter and thus the entire electrical power generated passes the DC link converter. With this full converter generator system, loads can be easily reduced using the DC link chopper.
Bei einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator (DFIG) ist dies hingegen nicht möglich, weil nur ein Teil des Generators, nämlich der Rotor, durch den Umrichter mit dem Netz verbunden ist, wobei der andere Teil (der Stator) direkt - also ohne zwischengeschalteten Umrichter - mit dem Netz, verbunden ist. In the case of a double-fed asynchronous generator (DFIG), however, this is not possible because only one part of the generator, namely the rotor, is connected to the mains by the converter, with the other part (the stator) directly - i.e. without an intermediate converter the network.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Umrichtersteue- rung zum Betrieb einer Windenergieanlage in einem Störfall vorzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwinden. It is the object of the present invention to present a method and a converter control for operating a wind energy plant in the event of a malfunction which overcome the disadvantages known from the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Zunächst werden einige Begriffe erläutert. First, some terms are explained.
Als Störfall der Windenergieanlage wird ein Lastfall mit Überdrehzahl bezeichnet, in die sem Betriebszustand kann es zu Extremlasten an der Windenergieanlage kommen. Allge- mein werden hier alle Lastfälle mit Überdrehzahl betrachtet, die z. B. durch einen Netz- ausfall oder auch durch eine Jahrhundertboe verursacht werden können. In einem Störfall erzeugt die Windenergieanlage beispielsweise mehr Leistung als sie abgeben kann (etwa durch Einspeisung in ein Netz, an das sie angeschlossen ist). Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich das Netz in einem Fehlerzustand befindet. Bei dem Netz kann es sich um ein Übertragungsnetz, ein Verteilnetz oder ein windparkinternes Netz handeln. Netzfehler oder Netzstörungen treten beispielsweise nach Blitzeinschlägen oder Kurzschlüssen auf und machen sich z. B. als kurzzeitige Spannungseinbrüche im Netz bemerkbar. Als Stör- fall kommt auch ein technisches Problem oder ein technischer Defekt der Windenergiean- lage selbst in Betracht. A load case with overspeed is referred to as a malfunction of the wind turbine, in this operating state there can be extreme loads on the wind turbine. In general, all load cases with overspeed are considered here, e.g. B. can be caused by a power failure or a century gust. In the event of a malfunction, for example, the wind turbine generates more power than it can deliver (for example, by feeding it into a network to which it is connected). This is the case, for example, if the network is in an error state. The network can be a transmission network, a distribution network or an internal wind farm network. Network faults or network faults occur, for example, after lightning strikes or short circuits and make z. B. noticeable as brief voltage drops in the network. A technical problem or a technical defect in the wind turbine itself can also be considered as an accident.
Bei Windenergieanlagen mit einem sogenannten doppelt gespeisten Asynchrongenerator (Doubly-Fed Induction Generator, DFIG) ist der Umrichter an die Rotorwicklungen ange- schlossen. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines doppelt gespeisten Asynchron- generators in einer Windenergieanlage ist die damit verbundene kleinere Dimensionie- rung des Umrichters. In wind turbines with a so-called double-fed asynchronous generator (double-fed induction generator, DFIG), the converter is connected to the rotor windings. A major advantage of using a double-fed asynchronous generator in a wind turbine is the associated smaller dimensioning of the converter.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage im Störfall be- trifft eine Windenergieanlage mit einem von einem Windrotor angetriebenen Generator, wobei der Generator als doppelt gespeister Asynchrongenerator ausgebildet ist, der mit einem Umrichter zusammenwirkt zur Erzeugung elektrischer Leistung. Zur Einspeisung der elektrischen Leistung in ein Netz ist der Stator des Generators direkt an eine An- schlussleitung angeschlossen und ein Rotor durch den Umrichter mit der Anschlusslei- tung verbunden, wobei der Umrichter einen maschinenseitigen Wechselrichter und einen netzseitigen Wechselrichter aufweist, welche über einen Zwischenkreis miteinander ver- bunden sind. The method according to the invention for operating a wind power plant in the event of a fault relates to a wind power plant with a generator driven by a wind rotor, the generator being designed as a double-fed asynchronous generator which interacts with a converter for generating electrical power. To feed the electrical power into a network, the stator of the generator is connected directly to a connecting line and a rotor is connected to the connecting line by the converter, the converter having a machine-side inverter and a network-side inverter which are connected to one another via an intermediate circuit are connected.
Erfindungsgemäß wird die Windenergieanlage in einem Störfall vom Netz getrennt und der netzseitige Wechselrichter mit dem Stator verbunden zur Erzeugung eines generatori- schen Bremsmoments. According to the invention, the wind power installation is disconnected from the grid in the event of a malfunction and the grid-side inverter is connected to the stator in order to generate a regenerative braking torque.
Durch die Trennung vom Netz und die Verbindung des Stators mit dem netzseitigen Wechselrichter ergibt sich ein Stromkreis aus (Generator-)Stator, netzseitigem Wechsel- richter, Zwischenkreis, maschinenseitigem Wechselrichter und (Generator-)Rotor. Der Generator und damit der Windrotor der Windenergieanlage kann über eine geeignete An- steuerung der Wechselrichter durch gezieltes und gesteuertes Erhöhen des Generator- moments kontrolliert gebremst werden. Das Generatormoment wirkt, gegebenenfalls über ein Getriebe, dem vom Windrotor aus dem Wind aufgenommenen Drehmoment entge- gen. Der netzseitige Wechselrichter steuert also den Stator an zur gezielten Einstellung eines generatorischen Bremsmoments. The separation from the grid and the connection of the stator to the grid-side inverter results in a circuit consisting of a (generator) stator, a grid-side inverter, an intermediate circuit, a machine-side inverter and a (generator) rotor. The generator and thus the wind rotor of the wind energy installation can be braked in a controlled manner by means of a suitable control of the inverters by specifically and controlledly increasing the generator torque. The generator torque acts, possibly via a gearbox, to counteract the torque absorbed by the wind rotor from the wind. The grid-side inverter thus controls the stator for the targeted setting of a generator braking torque.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit in einem Störfall ein Abbremsen des Generators und damit des mechanischen Antriebsstranges der Windenergieanlage durch den Umrichter. Durch die gute Ansteuerbarkeit des Umrichters kann das Generatormo- ment des DFIG genau gesteuert werden und dadurch die Windenergieanlage präzise und gezielt gebremst werden. The method according to the invention thus enables the generator, and thus the mechanical drive train of the wind energy installation, to be braked by the converter in the event of a fault. Due to the good controllability of the converter, the generator motor the DFIG can be precisely controlled and the wind turbine can be braked precisely and specifically.
Damit können die Extrembelastungen (z.B. Betriebsfälle mit Überdrehzahl und damit ver- bundene Überlasten) der Windenergieanlage reduziert werden, was bei der Dimensionie- rung und Auslegung der Windenergieanlage positiv berücksichtigt werden kann. Durch die vorliegende Erfindung können auslegungsrelevante Überlasten einer Windenergieanlage reduziert werden. This can reduce the extreme loads (e.g. operating cases with overspeed and the associated overloads) of the wind turbine, which can be taken into account positively in the dimensioning and design of the wind turbine. With the present invention, design-relevant overloads of a wind power plant can be reduced.
In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Trennung der Windenergieanlage vom Netz durch Öffnen eines Schaltorgans. Bei dem Schaltorgan handelt es sich vorzugswei- se um einen Leistungsschalter oder ein Schütz. Das Schaltorgan ist vorzugsweise an der Anschlussleitung netzseitig eines Verknüpfungspunkts zwischen Rotorzweig und Sta- torzweig angeordnet. Mit Rotor- bzw. Statorzweig wird die Verbindung ausgehend vom Rotor bzw. Stator bis zu dem Verknüpfungspunkt bezeichnet. Am Verknüpfungspunkt tref- fen Rotor- und Statorzweig auf die Anschlussleitung. Mit anderen Worten sind an dem Verknüpfungspunkt der Stator und der netzseitige Wechselrichter verbunden. Durch die praktische Anordnung des Leistungsschalters oder Schütz netzseitig von dem Verknüp- fungspunkt ist bei geöffnetem Leistungsschalter oder Schütz der Stator mit dem netzseiti- gen Wechselrichter und der Rotor mit dem maschinenseitigen Wechselrichter elektrisch verbunden. Der Generator ist also durch das Öffnen des Leistungsschalters oder Schütz nur noch mit dem Umrichter verbunden. Durch die Öffnung des Leistungsschalters oder Schütz wird somit eine Bremseinrichtung geschaffen und darüber ein generatorisches Bremsmoment erzeugt. In an advantageous embodiment, the wind turbine is separated from the grid by opening a switching element. The switching element is preferably a circuit breaker or a contactor. The switching element is preferably arranged on the connection line on the network side of a connection point between the rotor branch and the stator branch. The rotor or stator branch is used to denote the connection from the rotor or stator to the connection point. At the connection point, the rotor and stator branches meet the connecting cable. In other words, the stator and the grid-side inverter are connected at the connection point. Due to the practical arrangement of the circuit breaker or contactor on the grid side from the connection point, the stator is electrically connected to the grid-side inverter and the rotor to the machine-side inverter when the circuit breaker or contactor is open. The generator is therefore only connected to the converter by opening the circuit breaker or contactor. By opening the circuit breaker or contactor, a braking device is created and a regenerative braking torque is generated.
Es ist vorteilhaft, wenn die vom Stator erzeugte Leistung in den Umrichter geleitet wird.It is advantageous if the power generated by the stator is fed into the converter.
Bei geöffnetem Schaltorgan fließt die vom Stator erzeugte Leistung durch den netzseiti- gen Umrichter in den Zwischenkreis. Der maschinenseitige Umrichter entnimmt wiederum dem Zwischenkreis Leistung und steuert den Rotor des Generators so an, dass sich das erwünschte Bremsmoment einstellt. When the switching device is open, the power generated by the stator flows through the line-side converter into the intermediate circuit. The machine-side converter in turn draws power from the intermediate circuit and controls the rotor of the generator so that the desired braking torque is set.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Leistungsüberschuss über eine Stromsenke, insbesondere einen Chopper, im Zwischenkreis in Wärme umge- wandelt. Durch die Trennung der Windenergieanlage vom Netz und den damit verbunde- nen Lastabfall entsteht ein Leistungsüberschuss. Insbesondere der Transport über den Statorkreis (der gewöhnlich etwa 2/3 der erzeugten Leistung einer Windenergieanlage ausmacht) bricht ein. Durch die Verbindung des netzseitigen Wechselrichters mit dem Stator ist der Statorkreis nun (über den netzseitigen Wechselrichter) an den Zwischen- kreis angeschlossen. Um den Leistungsüberschuss abzubauen, ist in dem Zwischenkreis zwischen netzseitigem und maschinenseitigem Wechselrichter eine Stromsenke angeord- net. Über die Stromsenke im Zwischenkreis kann der Leistungsüberschuss teilweise oder vollständig in Wärme umgewandelt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Strom- senke um einen Chopper. Durch die Verbindung zwischen Stator und netzseitigem Wech- selrichter wird ein ohnehin bereits vorhandener, im Zwischenkreis angeordneter Chopper nutzbar gemacht. Es ist daher, bis auf eine ggf. etwas stärkere Dimensionierung des Choppers, kein Zusatzaufwand notwendig. Die vom Stator erzeugte Leistung fließt durch den netzseitigen Umrichter in den Chopper (Ersatzlast). Insbesondere wird durch die Ver- wendung eines Choppers die traditionelle Crowbar-Lösung zum Schutz vor Überspannun- gen überflüssig. Bei der Aktivierung der Crowbar kommt es mitunter zu extremen Belas- tungen der Windenergieanlage, was zusätzliche Probleme fürs Betriebsverhalten der Win- denergieanlage schafft. According to a preferred embodiment of the invention, an excess power is converted into heat in the intermediate circuit via a current sink, in particular a chopper. By disconnecting the wind turbine from the grid and the associated load drop, there is an excess of power. In particular, transport via the stator circuit (which usually accounts for approximately 2/3 of the power generated by a wind turbine) breaks down. By connecting the grid-side inverter to the The stator circuit is now connected to the DC link (via the grid-side inverter). In order to reduce the excess power, a current sink is arranged in the intermediate circuit between the grid-side and machine-side inverters. The excess power can be partially or completely converted into heat via the current sink in the DC link. The current sink is preferably a chopper. The connection between the stator and the grid-side inverter makes it possible to use an already existing chopper arranged in the intermediate circuit. Except for a somewhat larger dimensioning of the chopper, no additional effort is therefore necessary. The power generated by the stator flows through the line-side converter into the chopper (equivalent load). In particular, the use of a chopper makes the traditional crowbar solution for protection against surges superfluous. When the crowbar is activated, the wind turbine is sometimes subjected to extreme loads, which creates additional problems for the operating behavior of the wind turbine.
Das generatorische Bremsmoment kann über den netzseitigen und über den maschinen- seitigen Wechselrichter moduliert werden. Der Generator der Windenergieanlage kann so über eine geeignete Ansteuerung der Wechselrichter durch gezieltes und gesteuertes Er- höhen des Generatormoments kontrolliert gebremst werden. The regenerative braking torque can be modulated via the grid-side and the machine-side inverter. The generator of the wind energy installation can thus be braked in a controlled manner by suitable control of the inverters by targeted and controlled increase in the generator torque.
Unmittelbar nach einem Lastabfall kann die nach wie vor erzeugte elektrische Leistung des Generators über den Chopper in Wärme umgewandelt werden. Der Chopper ist so ausgelegt, dass er die Wirkleistung während des Störzustands abführt, sodass die Anlage ohne Beeinträchtigung weiterlaufen kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere derjenige Zeitabschnitt (bzw. die in diesem Zeitabschnitt erzeugte elektri- sche Leistung) abgedeckt werden, bis zu welchem der Pitchwinkel der Rotorblätter geän- dert und dadurch die durch den elektrischen Generator erzeugte Leistung reduziert wer- den kann. Immediately after a load drop, the electrical power of the generator that is still generated can be converted into heat via the chopper. The chopper is designed in such a way that it dissipates the active power during the fault state, so that the system can continue to operate without impairment. The method according to the invention can cover, in particular, that period of time (or the electrical power generated in this period of time) up to which the pitch angle of the rotor blades can be changed and the power generated by the electrical generator can thereby be reduced.
Die Erfindung betrifft ferner eine Umrichtersteuerung für eine Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage einen von einem Windrotor angetriebenen Generator umfasst, wo bei der Generator als doppelt gespeister Asynchrongenerator ausgebildet ist, der mit ei- nem Umrichter zusammenwirkt zur Erzeugung elektrischer Leistung, wobei zur Einspei- sung der elektrischen Leistung in ein Netz ein Stator direkt an eine Anschlussleitung an- geschlossen ist und ein Rotor über den Umrichter an die Anschlussleitung angeschlossen ist, wobei der Umrichter einen maschinenseitigen Wechselrichter und einen netzseitigen Wechselrichter aufweist, welche über einen Zwischenkreis verbunden sind. Die Umrichtersteuerung umfasst erfindungsgemäß ein Bremssteuerungsmodul, welches in einem Störfall die Windenergieanlage vom Netz trennt und den netzseitigen Wechsel- richter so steuert, dass trotz der Trennung vom Netz ein generatorisches Bremsmoment erzeugt wird. The invention further relates to a converter control for a wind energy installation, the wind energy installation comprising a generator driven by a wind rotor, where the generator is designed as a double-fed asynchronous generator which interacts with a converter for generating electrical power, with the supply of the electrical power in a network, a stator is connected directly to a connecting line and a rotor is connected to the connecting line via the converter, the converter having a machine-side inverter and a network-side inverter which are connected via an intermediate circuit. According to the invention, the converter control comprises a brake control module which disconnects the wind power installation from the grid in the event of a fault and controls the grid-side inverter in such a way that a generator braking torque is generated despite the separation from the grid.
Der netzseitige Wechselrichter steuert den Stator an zur gezielten Einstellung eines gene- ratorischem Bremsmoments. Durch eine Erhöhung des Generatormoments kann die Win- denergieanlage gebremst werden. Das generatorische Bremsmoment kann über die Steuerung des netzseitigen Wechselrichters moduliert werden. The grid-side inverter controls the stator for the targeted setting of a regenerative braking torque. The wind turbine can be braked by increasing the generator torque. The regenerative braking torque can be modulated via the control of the grid-side inverter.
Die erfindungsgemäße Umrichtersteuerung kann mit weiteren Merkmalen, die im Zusam- menhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, fortgeführt wer- den. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit weiteren Merkmalen, welche im Zusam- menhang mit der erfindungsgemäßen Umrichtersteuerung beschrieben wurden, fortge- führt werden. The converter control according to the invention can be continued with further features which have been described in connection with the method according to the invention. The method according to the invention can be continued with further features which have been described in connection with the converter control according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen an- hand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen: The invention is described below by way of example with reference to the accompanying drawings using advantageous embodiments. Show it:
Figur 1 : eine Windenergieanlage mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator und einer erfindungsgemäßen Umrichtersteuerung mit Bremssteuer- modul; und FIG. 1: a wind energy plant with a double-fed asynchronous generator and a converter control according to the invention with a brake control module; and
Figur 2: eine Topologie einer Windenergieanlage mit doppelt gespeistem Figure 2: a topology of a wind turbine with double-fed
Asynchrongenerator zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrensprinzips zum Betreiben der Windenergieanlage in einem Störfall.  Asynchronous generator to illustrate the principle of the method according to the invention for operating the wind power plant in the event of a fault.
Die in Figur 1 gezeigte Windenergieanlage 1 ist in ihren Grundzügen konventionell aufge- baut. Die Windenergieanlage 1 umfasst einen Turm 10, an dessen oberem Ende ein Ma- schinenhaus 1 1 in Azimutrichtung schwenkbar angeordnet ist. Ein Windrotor 12 mit meh- reren hinsichtlich ihres Einstellwinkels verstellbaren Rotorblättern 13 ist drehbar an einer Stirnseite des Maschinenhauses 11 gelagert. Der Windrotor 12 treibt über eine Rotorwelle und ein ggf. zwischen Windrotor 12 und Generator 14 angeordnetes, hier aber nicht dar- gestelltes Getriebe den Generator 14 an. Dieser erzeugt zusammen mit einem an ihn an- geschlossenen Umrichter 15 elektrische Energie. Der Generator 14 ist als ein doppelt gespeister Asynchrongenerator (DFIG) ausgebildet, an dessen Stator 16 (s. Figur 2) eine Anschlussleitung 17 zur Abführung der elektrischen Energie direkt angeschlossen ist, wobei die Anschlussleitung 17 ferner an den Umrich- ter 15 angeschlossen ist, der wiederum mit dem Rotor 18 des Generators 14 verbunden ist. Wie Figur 2 zu entnehmen ist, sind an einem Verknüpfungspunkt 28 ein Ro- torzweig 17b und ein Statorzweig 17a mit der Anschlussleitung 17 verbunden. Der Um- richter 15 umfasst einen netzseitigen Wechselrichter 15a und einen maschinenseitigen Wechselrichter 15b, welche über einen Zwischenkreis 20 miteinander verbunden sind. The basic features of the wind turbine 1 shown in FIG. 1 are of conventional design. The wind energy installation 1 comprises a tower 10, at the upper end of which a machine house 11 is arranged to be pivotable in the azimuth direction. A wind rotor 12 with a plurality of rotor blades 13 which are adjustable with respect to their setting angle is rotatably mounted on an end face of the machine house 11. The wind rotor 12 drives the generator 14 via a rotor shaft and a gear, which may be arranged between the wind rotor 12 and the generator 14, but is not shown here. Together with a converter 15 connected to it, this generates electrical energy. The generator 14 is designed as a double-fed asynchronous generator (DFIG), to the stator 16 (see FIG. 2) of which a connecting line 17 for dissipating the electrical energy is connected directly, the connecting line 17 also being connected to the converter 15, which in turn is connected to the rotor 18 of the generator 14. As can be seen in FIG. 2, a rotor branch 17b and a stator branch 17a are connected to the connecting line 17 at a connection point 28. The converter 15 comprises a grid-side inverter 15a and a machine-side inverter 15b, which are connected to one another via an intermediate circuit 20.
Die Windenergieanlage 1 umfasst ferner eine im Maschinenhaus 11 angeordnete Um- richtersteuerung 25, welche über nicht dargestellte Mittel mit dem Umrichter 15 verbunden ist und auf diesen einwirkt. Die Umrichtersteuerung 25 umfasst auch ein Bremssteuermo- dul 25a zur Steuerung der Wechselrichter zur Erzeugung eines generatorischen Brems- moments. The wind energy installation 1 further comprises a converter control 25 arranged in the nacelle 11, which is connected to the converter 15 via means (not shown) and acts thereon. The converter control 25 also includes a brake control module 25a for controlling the inverters for generating a regenerative braking torque.
Die Anschlussleitung 17 der Windenergieanlage 1 ist über einen Transformator 98 bei- spielsweise an ein windparkinternes Sammelnetz 9 angeschlossen. An das windparkinter- ne Sammelnetz 9 können eine Vielzahl von Windenergieanlagen 1 , T angeschlossen sein. Die Windenergieanlage 1 kann jedoch auch über einen Transformator direkt an ein Mittel- oder Hochspannungsnetz 99 angeschlossen sein. The connecting line 17 of the wind energy installation 1 is connected via a transformer 98, for example, to an internal wind farm 9. A large number of wind energy plants 1, T can be connected to the wind farm internal collecting network 9. However, the wind turbine 1 can also be connected directly to a medium or high voltage network 99 via a transformer.
Das erfindungsgemäße Verfahren greift dann ein, wenn sich die Windenergieanlage 1 in einem Störzustand befindet. Dies ist in einem Lastfall mit Überdrehzahl der Fall, beispiels- weise wenn sich das Netz (9, 99) in einem Fehlerzustand befindet. The method according to the invention intervenes when the wind energy installation 1 is in a fault state. This is the case in a load case with overspeed, for example when the network (9, 99) is in an error state.
Das Verfahrensprinzip wird im Folgenden anhand der in der Figur 2 dargestellten Topolo- gie der Windenergieanlage mit DFIG beschrieben. Im Falle eines Netzfehlers kann die Windenergieanlage 1 die erzeugte Leistung nicht mehr (vollständig) an das Netz 9, 99 ab- geben. In diesem Störfall wird die Windenergieanlage 1 durch Öffnen eines Schaltor- gans 30 vom Netz 9, 99 getrennt. Bei dem Schaltorgan 30 handelt es sich beispielsweise um einen Leistungsschalter. The principle of the method is described below on the basis of the topology of the wind turbine with DFIG shown in FIG. 2. In the event of a grid fault, the wind energy installation 1 can no longer (completely) deliver the generated power to the grid 9, 99. In the event of a malfunction, the wind power installation 1 is disconnected from the network 9, 99 by opening a switching device 30. The switching element 30 is, for example, a circuit breaker.
Durch diesen plötzlichen Lastabfall gerät die Windenergieanlage 1 sprungartig aus ihrem Gleichgewicht zwischen vom Wind erzeugten Antriebsmoment einerseits und dem im Ge- nerator wirksamen Bremsmoment andererseits. Die der Windenergieanlage 1 durch den Wind zugeführte mechanische Leistung kann nicht mehr in Form von elektrischer Leistung an das Netz 9, 99 abgeführt werden, es entsteht ein Leistungsüberschuss. Dies führt zwangsläufig zu einer Beschleunigung des Windrotors 12 (einschließlich Nabe und An- triebsstrang), da der Leistungsüberschuss in kinetische Energie der rotierenden Massen umgewandelt wird. As a result of this sudden drop in load, the wind energy installation 1 suddenly leaps out of balance between the drive torque generated by the wind on the one hand and the braking torque effective in the generator on the other hand. The mechanical power supplied to the wind energy installation 1 by the wind can no longer be dissipated to the network 9, 99 in the form of electrical power, and there is an excess of power. this leads to inevitably an acceleration of the wind rotor 12 (including the hub and the drive train), since the excess power is converted into kinetic energy of the rotating masses.
Bei einem Lastabfall läuft der Generator 14 der Windenergieanlage 1 schlagartig ohne Belastung, was einen ebenfalls schlagartigen Anstieg der Drehzahl zur Folge hat. Daraus ergeben sich sehr viel größere Belastungen aller Anlagenteile im Vergleich zum Normal- betrieb. Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt dem entgegen. In the event of a load drop, the generator 14 of the wind energy installation 1 runs suddenly without load, which also results in an abrupt increase in the speed. This results in much greater loads on all parts of the system compared to normal operation. The method according to the invention counteracts this.
Durch das Öffnen des Schaltorgans 30 bricht der Stromtransport im Statorkreis zusam- men. Die im Stator 16 erzeugte Leistung kann nicht mehr in das Netz 9, 99 eingespeist werden. Durch die Anordnung des Schaltorgans 30 an der Anschlussleitung 17 netzseitig von dem Verknüpfungspunkt 28, an dem der Statorzweig 17a und der Rotorzweig 17b aufeinandertreffen, bleibt der Stator 16 beim Öffnen des Schaltorgans 30 mit dem netzsei- tigen Wechselrichter 15a verbunden. Dies nutzt die Erfindung zur Erzeugung eines gene- ratorischen Bremsmoments. When the switching element 30 is opened, the current transport in the stator circuit breaks down. The power generated in the stator 16 can no longer be fed into the network 9, 99. Due to the arrangement of the switching element 30 on the connection line 17 on the grid side from the junction point 28 at which the stator branch 17a and the rotor branch 17b meet, the stator 16 remains connected to the grid-side inverter 15a when the switching element 30 is opened. The invention uses this to generate a regenerative braking torque.
Das Generatormoment wirkt, gegebenenfalls über ein Getriebe, dem vom Windrotor 12 aus dem Wind aufgenommenen Drehmoment entgegen. Der Windrotor 12 wird somit durch ein generatorisches Bremsmoment gebremst. Der netzseitige Wechselrichter 15a wirkt nun unmittelbar auf den Stator 16 ein und steuert den Stator 16 zur gezielten Einstel- lung des generatorischen Bremsmoments. Der Generator 14 kann folglich in einem Stör- fall über den Umrichter 15 abgebremst werden. Dadurch wird auch bei einem plötzlichen Lastabfall (Trennung der Windenergieanlage 1 vom Netz 9, 99) der Generator 14 der Win- denergieanlage 1 kontrolliert gebremst und somit vor Überdrehzahlen geschützt. The generator torque counteracts the torque absorbed by the wind rotor 12 from the wind, possibly via a gear. The wind rotor 12 is thus braked by a regenerative braking torque. The grid-side inverter 15a now acts directly on the stator 16 and controls the stator 16 for the targeted setting of the regenerative braking torque. The generator 14 can consequently be braked via the converter 15 in the event of a fault. As a result, the generator 14 of the wind energy installation 1 is braked in a controlled manner even in the event of a sudden load drop (disconnection of the wind energy installation 1 from the network 9, 99) and is therefore protected against overspeeds.
Durch die Netztrennung und die Verbindung des Stators 16 mit dem netzseitigen Wech- selrichter 15a ergibt sich ein Stromkreis aus (Generator-)Stator 16, netzseitigem Wechsel- richter 15a, Zwischenkreis 20, maschinenseitigem Wechselrichter 15b und (Generator- )Rotor 18. Dabei fließt die vom Stator 16 erzeugte Leistung durch den netzseitigen Wech- selrichter 15a in einen Chopper 22. Durch die Pfeile in der Figur 2 sind die Einwirkung des netzseitigen Wechselrichters 15a auf den Stator 16 und die Einwirkung des maschinen- seitigen Wechselrichters 15b auf den Rotor 18 verdeutlicht. Due to the grid separation and the connection of the stator 16 to the grid-side inverter 15a, a circuit results from (generator) stator 16, grid-side inverter 15a, intermediate circuit 20, machine-side inverter 15b and (generator) rotor 18 the power generated by the stator 16 through the network-side inverter 15a into a chopper 22. The arrows in FIG. 2 illustrate the action of the network-side inverter 15a on the stator 16 and the action of the machine-side inverter 15b on the rotor 18 .
Der Rotor 18 ist nach wie vor über den maschinenseitigen Wechselrichter 15b mit dem Zwischenkreis 20 verbunden, während der Statorkreis, der vorher keine Einwirkung auf den Zwischenkreis 20 hatte, nun ebenfalls über den netzseitigen Wechselrichter 15a auf den Zwischenkreis 20 einwirkt. Die vom Stator 16 erzeugte Leistung wird somit gezielt in dem Umrichter 15 geleitet. Dazu fließt ein Strom in den Zwischenkreis 20. The rotor 18 is still connected to the intermediate circuit 20 via the machine-side inverter 15b, while the stator circuit, which previously had no effect on the intermediate circuit 20, is now also connected via the network-side inverter 15a acts on the intermediate circuit 20. The power generated by the stator 16 is thus directed in the converter 15. For this purpose, a current flows into the intermediate circuit 20.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird der Leistungsüberschuss über eine Stromsenke, nämlich einen Chopper 22, im Zwischenkreis 20 in Wärme umge- wandelt. Der Zwischenkreis 20 in der Figur 2 ist ein Gleichspannungszwischenkreis, bei dem parallel zum Chopper 22 noch ein Kondensator angeordnet ist. Der Chopper 22 im Zwischenkreis 20 ist so ausgelegt, dass damit die Gleichspannung im Zwischenkreis in möglichst allen Betriebszuständen stabilisiert werden kann. Dadurch wird insbesondere die Verwendung einer sogenannten Crowbar überflüssig. Durch den Chopper 22 wird die Wirkleistung während des Störzustands abgeführt, sodass die Anlage, ohne Extrembelas- tungen auszugesetzt zu sein, weiterlaufen kann. In the embodiment of the invention shown in FIG. 2, the excess power is converted into heat via a current sink, namely a chopper 22 in the intermediate circuit 20. The intermediate circuit 20 in FIG. 2 is a direct voltage intermediate circuit, in which a capacitor is also arranged in parallel with the chopper 22. The chopper 22 in the intermediate circuit 20 is designed so that the DC voltage in the intermediate circuit can be stabilized in as many operating states as possible. This makes the use of a so-called crowbar in particular superfluous. The active power is dissipated by the chopper 22 during the fault state, so that the system can continue to operate without being exposed to extreme loads.
Das als Teil der Umrichtersteuerung 25 ausgebildete Bremssteuerungsmodul 25a steuert in einem Störfall den netzseitigen Wechselrichter 15a so, dass ein generatorisches Bremsmoment nicht nur erzeugt wird, sondern auch moduliert werden kann. Durch die gu- te Ansteuerbarkeit der Umrichter 15 kann das Generatormoment bzw. Bremsmoment des DFIG genau gesteuert und moduliert werden, wodurch der Windrotor 12 bzw. die rotieren- den Komponenten der Windenergieanlage 1 präzise und gezielt gebremst und dadurch effektiv vor Überlast geschützt werden. The brake control module 25a, which is designed as part of the converter control 25, controls the grid-side inverter 15a in the event of a fault in such a way that a regenerative braking torque is not only generated, but can also be modulated. Due to the good controllability of the converter 15, the generator torque or braking torque of the DFIG can be precisely controlled and modulated, as a result of which the wind rotor 12 or the rotating components of the wind energy installation 1 are braked precisely and in a targeted manner and thus effectively protected against overload.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (1 ) in einem Störfall, wobei die Windenergieanlage (1 ) einen von einem Windrotor (12) angetriebenen Generator (14) umfasst, wobei der Generator (14) als doppelt gespeister Asyn- chrongenerator ausgebildet ist, der mit einem Umrichter (15) zusammenwirkt zur Er- zeugung elektrischer Leistung, wobei zur Einspeisung der elektrischen Leistung in ein Netz (9, 99) ein Stator (16) direkt an eine Anschlussleitung (17) angeschlossen ist und ein Rotor (18) über den Umrichter (15) an die Anschlussleitung (17) ange- schlossen ist, wobei der Umrichter (15) einen maschinenseitigen Wechselrich- ter (15b) und einen netzseitigen Wechselrichter (15a) aufweist, welche über einen Zwischenkreis (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Störfall die Windenergieanlage (1 ) vom Netz (9, 99) getrennt wird und der netzseitige Wechselrichter (15a) mit dem Stator (16) verbunden ist zur Erzeugung eines generatorischen Bremsmoments. 1. A method for operating a wind power plant (1) in the event of a fault, the wind power plant (1) comprising a generator (14) driven by a wind rotor (12), the generator (14) being designed as a double-fed asynchronous generator which interacts with a converter (15) to generate electrical power, a stator (16) being connected directly to a connecting line (17) and a rotor (18) via the. to feed the electrical power into a network (9, 99) Converter (15) is connected to the connecting line (17), the converter (15) having a machine-side inverter (15b) and a network-side inverter (15a), which are connected via an intermediate circuit (20), characterized that, in the event of a malfunction, the wind energy installation (1) is disconnected from the grid (9, 99) and the grid-side inverter (15a) is connected to the stator (16) in order to generate a regenerative braking torque.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die T rennung der Windenergieanlage (1 ) vom Netz (9, 99) durch Öffnen eines Schaltorgans (30), insbesondere eines Leistungs- schalters oder eines Schütz, erfolgt. 2. The method according to claim 1, wherein the separation of the wind energy installation (1) from the network (9, 99) takes place by opening a switching element (30), in particular a circuit breaker or a contactor.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schaltorgan (30) an der Anschlusslei- tung (17) netzseitig von einem Verknüpfungspunkt (28) zwischen einem Sta- torzweig (17a) und einem Rotorzweig (17b) angeordnet ist. 3. The method according to claim 2, wherein the switching element (30) is arranged on the connection line (17) on the network side from a connection point (28) between a stator branch (17a) and a rotor branch (17b).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vom Stator erzeugte Leistung in den Umrichter (15) geleitet wird, wobei vorzugsweise Strom in den Zwi- schenkreis (20) fließt. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the power generated by the stator is conducted into the converter (15), wherein preferably current flows into the intermediate circuit (20).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leistungsüber- schuss über eine Stromsenke im Zwischenkreis (20), insbesondere über einen Chopper (22), in Wärme umgewandelt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the excess power is converted into heat via a current sink in the intermediate circuit (20), in particular via a chopper (22).
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das generatorische Bremsmoment über den netzseitigen Wechselrichter (15a) moduliert wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the regenerative braking torque is modulated via the grid-side inverter (15a).
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Störfall der Windenergieanlage um einen Lastfall mit Überdrehzahl, vorzugsweise einen Spannungseinbruch im Netz (9, 99), handelt. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the malfunction of the wind turbine is a load case with overspeed, preferably a voltage drop in the network (9, 99).
8. Umrichtersteuerung (25) für eine Windenergieanlage (1 ), wobei die Windenergieanlage (1 ) einen von einem Windrotor (12) angetriebenen Generator (14) umfasst, wobei der Generator (14) als doppelt gespeister Asyn- chrongenerator ausgebildet ist, der mit einem Umrichter (15) zusammenwirkt zur Er- zeugung elektrischer Leistung, wobei zur Einspeisung der elektrischen Leistung in ein Netz (9, 99) ein Stator (16) direkt an eine Anschlussleitung (17) angeschlossen ist und der Rotor (18) über den Umrichter (15) an die Anschlussleitung (17) ange- schlossen ist, wobei der Umrichter (15) einen maschinenseitigen Wechselrich- ter (15b) und einen netzseitigen Wechselrichter (15a) aufweist, welche über einen Zwischenkreis (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichtersteuerung (25) ein Bremssteuermodul (25a) umfasst, welches in einem Störfall die Windenergieanlage (1 ) vom Netz (9, 99) trennt und welches den netzsei- tigen Wechselrichter (15a) zur Erzeugung eines generatorischen Bremsmoments steuert. 8. converter control (25) for a wind power plant (1), the wind power plant (1) comprising a generator (14) driven by a wind rotor (12), the generator (14) being designed as a double-fed asynchronous generator, which is provided with a converter (15) cooperates to generate electrical power, a stator (16) being connected directly to a connecting line (17) and the rotor (18) via the converter for feeding the electrical power into a network (9, 99) (15) is connected to the connecting line (17), the converter (15) having a machine-side inverter (15b) and a network-side inverter (15a) which are connected via an intermediate circuit (20), characterized in that that the converter control (25) comprises a brake control module (25a), which disconnects the wind turbine (1) from the grid (9, 99) in the event of a fault, and which separates the grid-side inverter (15a) to generate a generator controls braking torque.
9. Umrichtersteuerung (25) für eine Windenergieanlage (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (1 ) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6 weitergebildet ist. 9. converter control (25) for a wind power plant (1) according to claim 8, characterized in that the wind power plant (1) is further developed according to one of claims 2 to 6.
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