DE102007028582B4 - Verfahren und Vorrichtung für die Einspeisung und/oder die Aufnahme von Blindleistung - Google Patents

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Abstract

Windkraftanlage, umfassend:einen Rotor (14), mit einer Nabe (20), mindestens einem mit dieser Nabe verbundenen Rotorflügel und einer mit der Nabe drehfest verbundenen Rotorwelle (26);einen mit der Rotorwelle (26) verbundenen elektrischen Generator (24); einen mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler (36) für die Umwandlung von vom elektrischen Generator empfangenen Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung, wobei dieser generatorseitige Frequenzwandler elektrisch mit einer elektrischen Last verbunden und derart gestaltet ist, dass er zumindest eine der folgenden Funktionen erfüllt: Einspeisen von Blindleistung in die elektrische Last (40) und Aufnehmen von Blindleistung von der elektrischen Last;einen mit dem generatorseitigen Frequenzwandler verbundenen netzseitigen Frequenzwandler (38) für die Umwandlung von vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangener Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung, wobei der netzseitige Frequenzwandler mit der elektrischen Last (40) elektrisch verbunden und derart gestaltet ist, dass er zumindest eine der folgenden Funktionen erfüllt: Einspeisen von Blindleistung in die elektrische Last und Aufnehmen von Blindleistung von der elektrischen Last;einen Schalter (42), der elektrisch in der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Generator und dem generatorseitigen Frequenzwandler angeordnet ist, um wahlweise den elektrischen Generator von dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrisch zu trennen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich generell auf Windturbinen und im Speziellen auf Verfahren und Vorrichtungen für die Einspeisung oder die Aufnahme von Blindleistung im Zusammenhang mit Windturbinen.
  • Windenergie wird manchmal dazu genutzt, um mit Hilfe einer Windturbine elektrische Energie zu erzeugen, wobei durch die Drehung eines Rotors ein elektrischer Generator angetrieben wird, der die Windenergie in Rotationsenergie umwandelt. Es kann jedoch vorkommen, dass nicht ausreichend Windenergie zum Antreiben des Rotors vorhanden ist, so dass die Windturbine keine elektrische Energie erzeugt.
  • DE102004003657A1 beschreibt eine Stromrichterschaltungsanordnung und zugehöriges Ansteuerverfahren für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe; WO2007/027141A1 beschreibt eine Regelung des Leistungsflusses einer Windenergieanlage mit Wiederstand und Power Converter; US6411067B1 beschreibt Spannungsquellenwandler, die entweder als Back-to-Back Stationen arbeiten oder als parallele statische Blindleistungskompensatoren arbeiten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform umfasst eine Windturbine einen Rotor mit einer Nabe, mindestens ein mit der Nabe verbundenes Rotorblatt und eine mit der Nabe drehfest verbundene Rotorwelle. Die Windturbine umfasst ebenfalls einen mit der Rotorwelle verbundenen elektrischen Generator und einen generatorseitigen Frequenzwandler, um vom Generator erhaltene Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung umzuwandeln. Der generatorseitige Frequenzwandler ist mit einer elektrischen Last elektrisch verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen. Die Windturbine umfasst ebenfalls einen netzseitigen Frequenzwandler, der elektrisch mit dem generatorseitigen Frequenzwandler verbunden ist, um die vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangene Gleichspannung in Wechselspannung fester Frequenz umzuwandeln. Der netzseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit der elektrischen Last verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren geschaffen, um bei einer Windturbine mit einem elektrischen Generator, einem mit dem elektrischen Generator elektrisch verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler und einem netzseitigen Frequenzwandler, der zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und einer elektrische Last gekoppelt ist, Blindleistung zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren umfasst, Blindleistung unter Verwendung des generatorseitigen und des netzseitigen Frequenzwandlers simultan in die elektrische Last einzuspeisen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren geschaffen, um bei einer Windturbine mit einem elektrischen Generator, einem mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler und einem netzseitigen Frequenzwandler, der zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und eine elektrische Last gekoppelt ist, Blindleistung zur Verfügung zu stellen.
  • Das Verfahren umfasst, unter Verwendung des generatorseitigen und des netzseitigen Frequenzwandlers Blindleistung simultan von der elektrischen Last aufzunehmen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Perspektive einer exemplarischen Ausführungsform einer exemplarischen Windturbine.
    • 2 ist ein Schemadiagramm der in 1 dargestellten Windturbine.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens illustriert, auf eine Windturbine bezogen Blindleistung zu liefern wie z. B., aber nicht ausschließlich, die in 1 und 2 dargestellte Windturbine.
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens illustriert, bei einer Windturbine Blindleistung zu liefern wie z. B., aber nicht ausschließlich, die in 1 und 2 dargestellte Windturbine.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der Terminus „Rotorblatt“ soll hier für jede Vorrichtung stehen, die Blindleistung erzeugt, wenn sie sich in Bewegung relativ zu einem sie umgebenden Fluid befindet. Der Terminus „Windturbine“ soll hier für jede Vorrichtung stehen, die Rotationsenergie aus Windenergie erzeugt und die kinetische Windenergie in mechanische Energie umwandelt. Der Terminus „Windgenerator“ soll hier für jede Windturbine stehen, die elektrische Energie aus vom Wind generierter Rotationsenergie erzeugt und die aus der kinetischen Windenergie umgewandelte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
  • 1 ist eine Perspektive einer exemplarischen Ausführungsform einer exemplarischen Windkraftanlage 10. Die hier beschriebene und dargestellte Windkraftanlage 10 ist ein Windgenerator für die Erzeugung von elektrischer Energie aus Windenergie. Die hier beschriebene und dargestellte Windkraftanlage 10 weist eine Horizontalachsen-Konfiguration auf. In einigen Ausführungsformen jedoch könnte die Windkraftanlage 10 zusätzlich oder alternativ zur Horizontalachsen-Konfiguration eine Vertikalachsen-Konfiguration (nicht dargestellt) enthalten. Die Windkraftanlage 10 ist mit einer elektrischen Last gekoppelt (in 1 nicht dargestellt) wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einem Stromnetz, einer Energie-Speichervorrichtung, einer Wasserstoffelektrolysationsvorrichtung, und/oder einem Elektromotor, um von diesem Hilfsstrom zu erhalten und/oder von der Windkraftanlage 10 erzeugte elektrische Energie dort einzuspeisen. Obwohl nur eine einzige Windkraftanlage 10 dargestellt ist, kann in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Windkraftanlagen zusammen gruppiert sein, was manchmal als „Windpark“ bezeichnet wird.
  • Die Windkraftanlage 10 umfasst einen Körper 12, manchmal als „Maschinenhaus“ bezeichnet, und einen Rotor (allgemein mit 14 bezeichnet), der drehfest mit dem Körper 12 um eine Drehsachse 16 drehbar verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Maschinenhaus 12 auf einem Turm 18 montiert. In einigen Ausführungsformen umfasst die Windkraftanlage 10 ein Maschinenhaus 12 in der Nähe des Bodens oder einer Wasseroberfläche zusätzlich oder alternativ zum auf dem Turm montierten Maschinenhaus. Die Höhe des Turms 18 kann jede geeignete Höhe sein, die ermöglicht, dass die Windkraftanlage 10 wie hier beschrieben funktioniert. Rotor 14 umfasst eine Nabe 20 und eine Vielzahl von Rotorblättern 22, manchmal als „Flügel“ bezeichnet, die radial von der Nabe 20 ausgehen, um die Windenergie in Rotationsenergie umzuwandeln. Obwohl der Rotor 14 hier mit drei Rotorblättern 22 beschrieben und dargestellt ist, kann Rotor 14 eine beliebige Anzahl Rotorblätter 22 haben. Jedes der Rotorblätter 22 kann jede beliebige Länge haben (egal, ob hier so beschrieben). Zum Beispiel sind in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Rotorblätter 22 ungefähr 0,5 m Meter lang, während in anderen Ausführungsformen ein oder mehrere Rotorblätter 22 ungefähr 50 Meter lang sind. Weitere Beispiele für die Länge der Rotorblätter 22 sind 10 Meter oder weniger, ungefähr 20 Meter, ungefähr 37 Meter und ungefähr 40 Meter. Weitere Beispiele sind Rotorblätter 22 mit einer Länge zwischen ungefähr 50 und ungefähr 100 Metern.
  • Unabhängig davon, wie die Rotorblätter 22 in 1 dargestellt sind, kann Rotor 14 Rotorblätter 22 jeder Form, jeden Typs und/oder jeder Konfiguration haben, egal, ob diese Form oder dieser Typ hier beschrieben und/oder dargestellt ist. Ein Beispiel für einen anderen Typ, eine andere Form und/oder eine andere Konfiguration von Rotorblättern 22 ist ein Mantelrotor (nicht dargestellt) mit einer Turbine (nicht dargestellt), die in einem Mantel versehen ist (nicht dargestellt.) Ein weiteres Beispiel eines weiteren Typs, einer weiteren Form und/oder Konfiguration der Rotorblätter 22 ist eine Darrieus-Windturbine, manchmal auch als „Schneebesen“-Turbine bezeichnet. Ein weiteres Beispiel eines weiteren Typs, einer weiteren Form und/oder Konfiguration der Rotorblätter 22 ist eine Savonius-Windturbine. Ein weiteres Beispiel eines weiteren Typs, einer weiteren Form und/oder Konfiguration der Rotorblätter ist eine traditionelle Windmühle zum Wasserpumpen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, 4-Blatt-Rotoren mit Holzklappen und/oder Stoffsegeln.
  • Darüber hinaus kann die Windkraftanlage 10 in einigen Ausführungsformen eine Windkraftanlage sein, deren Rotor 14 hauptsächlich gegen die Windrichtung ausgerichtet ist, um die Windenergie nutzbar zu machen, und/oder kann eine Windkraftanlage sein, deren Rotor 14 hauptsächlich in Windrichtung ausgerichtet ist, um die Windenergie zu nutzen. In einigen Ausführungsformen kann der Rotor 14 nicht exakt in Windrichtung oder Gegenwindrichtung ausgerichtet sein, sondern hauptsächlich in einem Winkel (der variieren kann) zur Windrichtung ausgerichtet sein, um die Windenergie nutzbar zu machen.
  • Mit Bezug auf 2. umfasst die Windkraftanlage 10 einen mit einem Rotor 14 verbundenen elektrischen Generator 24 für die Erzeugung elektrischer Energie aus der von Rotor 14 erzeugten Rotationsenergie. Der Generator 24 kann jeder geeignete Typ eines elektrischen Generators sein, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein Induktionsmotor mit Schleifringläufer, ein Permanentmagnetgenerator, ein Synchrongenerator, und/oder ein Käfigläufergenerator (Induktionsgenerator). Der Generator 24 umfasst einen Stator (nicht dargestellt) und einen Rotor (nicht dargestellt). Der Rotor 14 weit eine drehfest mit der Rotornabe 20 verbundene Rotorwelle 26 auf. Der Generator 24 ist derart mit der Rotorwelle 26 verbunden, dass die drehende Rotorwelle 26 den Generatorrotors drehend antreibt, und dadurch den Betrieb des Generators 24 bewirkt. In der beispielhaften Ausführungsform weist der Rotor des Generators eine mit ihm verbundenen Rotorwelle 28 auf, die ebenfalls mit dem Rotorwelle 26 verbunden ist, und zwar derart, dass die drehende Rotorwelle 26 den Generatorrotor drehend antreibt. In anderen Ausführungsformen ist der Generatorrotor direkt mit der Rotorwelle 26 verbunden, was manchmal als Windkraftanlage mit Direktantrieb bezeichnet wird. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Generatorrotorwelle 28 mit der Rotorwelle 26 durch eine Kupplung 30 verbunden, obwohl in anderen Ausführungsformen die Generatorwelle 28 direkt mit der Rotorwelle 26 verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform hat die Kupplung 30 eine mit der Rotorwelle 26 verbundene langsam drehende Seite 32 und eine mit der Generatorwelle 28 verbundene schnell drehende Seite 34. Das Drehmoment des Rotors 14 treibt den Generatorrotor an, um durch die Drehung des Rotors 14 Wechselspannung variabler Frequenz zu erzeugen.
  • In der exemplarischen Ausführungsform umfasst die Windkraftanlage 10 einen generatorseitigen Frequenzwandler 36 und einen netzseitigen Frequenzwandler 38, was manchmal auch als Doppelkonversions-Windkraftanlagengenerator bezeichnet wird. Der generatorseitige Frequenzwandler 36 ist elektrisch mit dem Generator 24 verbunden und wandelt von dem Generator 24 empfangene Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung um. Der netzseitige Frequenzwandler 38 ist mit dem generatorseitigen Frequenzwandler 36 verbunden und wandelt von dem generatorseitigen Frequenzwandler 36 empfangene Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung um. Der netzseitige Frequenzwandler 38 ist außerdem mit einer elektrischen Last 40 wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einem Stromnetz, einer Energiespeichervorrichtung, einem Hydrogenelektrolyseur und/oder einem Elektromotor elektrisch verbunden. Unter Bedingungen, bei denen die Windenergie ausreicht, um den Rotor 14 drehend anzutreiben und so durch den Betrieb des Generators 24 elektrische Energie zu erzeugen, speist der netzseitige Frequenzwandler 38 festfrequenten Wechselstrom in die Last 40 ein. Der netzseitige Frequenzwandler 38 kann auch elektrische Blindleistung von der Last 40 aufnehmen bzw. sie in diese einspeisen. Der generatorseitige Frequenzwandler 36 und der netzseitige Frequenzwandler 38 können jeweils irgendwo in der Windkraftanlage 10 oder von ihr entfernt angeordnet sein. Beispielsweise sind in der exemplarischen Ausführungsform der generatorseitige Frequenzwandler 36 und der netzseitige Frequenzwandler 38 beide in der Basis (nicht dargestellt) des Turms 18 angeordnet.
  • Wie oben erörtert, ist der netzseitige Frequenzwandler 38 elektrisch mit der elektrischen Last 40 verbunden, um Blindleistung in die elektrische Last 40 einzuspeisen, und um Blindleistung von ihr aufzunehmen. Zusätzlich ist der generatorseitige Frequenzwandler 36 elektrisch mit der elektrischen Last 40 verbunden, um Blindleistung in die elektrische Last 40 einzuspeisen und um Blindleistung von ihr aufzunehmen. Sowohl der netzseitige Frequenzwandler 38 und der generatorseitige Frequenzwandler 36 sind dafür konfiguriert, Blindleistung in die elektrische Last 40 einzuspeisen und um Blindleistung von der elektrischen Last 40 aufzunehmen, wenn die Windenergie unter einen vorher festgelegten Schwellenwert fällt, oder wenn der Wunsch besteht, die Einspeisung oder Aufnahme von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler 38 während des Betriebes des Generators 24 durch den generatorseitigen Frequenzwandler 36 zu ergänzen. Der vorher festgelegte Schwellenwert kann jede beliebige Größe haben. Beispielsweise könnte der vorher festgelegte Windenergie-Schwellenwert ein Schwellenwert für die Situation sein, wenn die Windenergie nicht ausreicht, um den Rotor 14 drehend anzutreiben, und daher auch nicht ausreicht, um den elektrischen Generator 24 zur Erzeugung von elektrischer Energie zu betreiben. Dementsprechend können sowohl der netzseitige Frequenzwandler 38 als auch der generatorseitige Frequenzwandler 36 verwendet werden, um Blindleistung in die elektrische Last 40 einzuspeisen oder aus dieser aufzunehmen, wenn die Windenergie für die Erzeugung von elektrischer Energie bei Verwendung des Generators 24 nicht ausreicht. Beispielsweise kann Blindleistung in die elektrischen Last 40 eingespeist oder aus dieser aufgenommen werden, um die Regulierung einer elektrischen Spannung der elektrischen Last 40 zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen kann der vorher festgelegte Schwellenwert als Wert gewählt werden, bei dem die Windenergie ausreicht, um den Rotor 14 drehend anzutreiben und dadurch unter Verwendung des Generators 24 elektrische Energie zu erzeugen, bei dem es aber wünschenswert ist, die vom netzseitigen Frequenzwandler 38 erzeugte Blindleistung durch die vom generatorseitigen Frequenzwandler 36 erzeugte Blindleistung zu ergänzen.
  • Der generatorseitige Frequenzwandler 36 und der netzseitige Frequenzwandler 38 können mit der elektrischen Last in jeder Art, Weise, Konfiguration und/oder Anordnung elektrisch verbunden sein und jegliche Struktur und/oder Mittel verwenden, die es ihnen ermöglichen, wie hier beschrieben und/oder dargestellt zu funktionieren. Beispielsweise sind in der exemplarischen Ausführungsform der generatorseitige Frequenzwandler 36 und der netzseitige Frequenzwandler 38 mit der elektrischen Last 40 parallel geschaltetwie in 2 dargestellt. Darüber hinaus ist in der exemplarischen Ausführungsform in der elektrischen Verbindung zwischen Generator 24 und generatorseitigem Frequenzwandler 36 ein Schalter 42 und in der elektrischen Verbindung zwischen generatorseitigem Frequenzwandler 36 und elektrischer Last 40 ein Schalter 46 elektrisch vorgesehen. Der Schalter 42 kann geöffnet werden, um den generatorseitigen Frequenzwandler 36 und folglich auch den netzseitigen Frequenzwandler 38 vom Generator 24 elektrisch zu trenne. Wenn der Schalter 42 geschlossen ist, kann elektrische Energie zwischen Generator 24 und generatorseitigem Frequenzwandler 36 fließen. In einigen Ausführungsformen ist ein Schalter 44 in der elektrischen Verbindung zwischen dem netzseitigen Frequenzwandler 38 und der elektrischen Last 40 angeordnet. Der Schalter 44 kann geöffnet werden, um den netzseitigen Frequenzwandler 38 und folglich den generatorseitigen Frequenzwandler 36 von der elektrischen Last elektrisch zu trennen. Wenn der Schalter 44 geschlossen ist, kann elektrische Energie zwischen der elektrischen Last 40 und dem netzseitigen Frequenzwandler 38 fließen. In anderen Ausführungsformen ist der Schalter 44 nicht enthalten. Der Schalter 46 kann geöffnet werden, um den generatorseitigen Frequenzwandler 36 von der elektrischen Last 40 elektrisch zu trennen. Wenn der Schalter 46 geschlossen ist und der Schalter 44, wenn vorhanden, ebenfalls geschlossen ist, kann elektrische Energie zwischen der elektrischen Last 40 und dem generatorseitigen Frequenzwandler 36 fließen. Wenn die Windenergie unter dem vorher festgelegten Schwellenwert liegt, können der generatorseitige Frequenzwandler 36 und der netzseitige Frequenzwandler 38 benutzt werden, um Blindleistung in die elektrische Last 40 einzuspeisen oder von ihr aufzunehmen, und zwar durch Öffnen oder Offenhalten des Schalters 42 und Schließen oder Geschlossenhalten des Schalters 46 sowie 44, wenn vorhanden. Die Schalter 44 und 46 sowie 44 können, wenn vorhanden, jeder geeignete Schalter sein wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eine Leistungselektronik-Vorrichtung, eine Schaltvorrichtung, ein Trenner und/oder ein Ausschalter.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage 10 ein oder mehrere Steuersysteme 48 umfassen, die mit einer oder mehreren Komponenten der Windkraftanlage 10 zwecks allgemeiner Steuerung des Betriebes der Windkraftanlage 10 und/oder einiger oder aller ihrer Komponenten verbunden sind, und zwar ungeachtet ob solche Komponenten hier beschrieben und/oder dargestellt sind. In der exemplarischen Ausführungsform ist/sind das Steuersystem(e) 48 im Maschinenhaus 12 montiert. Zusätzlich oder alternativ können aber ein oder mehrere Steuerungssysteme 48 entfernt vom Maschinenhaus 12 und/oder anderen Komponenten der Windturbine 10 vorhanden sein. Das/die Steuerungssystem(e) 48 kann/können, ohne darauf beschränkt zu sein, für die gesamte Systemüberwachung und -Steuerung verwendet werden, eingeschlossen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, für die Steuerung von Blattanstell- und Drehzahlregulierung, Hochdrehzahlwellen- und Azimutbremsenbetätigung, Gier- und Pumpenbetätigung und/oder Fehlerüberwachung. In einigen Ausführungsformen können alternative verteilte oder zentralisierte Steuerungsarchitekturen Anwendung finden.
  • Wie in 2 dargestellt, umfasst/umfassen in der exemplarischen Ausführungsform das/die Steuerungssystem(e) 48 einen Bus 50 oder andere Kommunikationsgeräte zur Informationsübermittlung. Ein oder mehrere Prozessoren 52 sind mit Bus 50 zwecks Informationsverarbeitung verbunden. Das/die Steuerungssystem(e) 48 kann/können auch einen oder mehrere RAM-Arbeitsspeicher 54 umfassen und/oder ein oder mehrere andere Speichergeräte 56. Die RAM-Arbeitsspeicher 54 und Speichergeräte 56 sind mit dem Bus 50 verbunden, um Informationen und Anweisungen zu speichern und zu übermitteln, die von dem/den Prozessor(en) 52 ausgeführt werden sollen. Die/der RAM-Arbeitsspeicher 54 (und/oder auch die Speichergeräte 56, falls vorhanden) können auch verwendet werden, um temporäre Variablen oder andere zwischenzeitliche Informationen während der Ausführung von Anweisungen durch den/die Prozessor(en) 52 zu speichern. Das/die Steuerungssystem(e) 48 kann auch einen oder mehrere Lesespeicher, ROM 58 enthalten und/oder andere mit dem Bus 50 verbundene statische Speichergeräte, um statische (d.h. nicht veränderliche) Informationen und Anweisungen für den/die Prozessor(en) 52 zu speichern und bereitzustellen. Das/die Eingabe/Ausgabegerät(e) 60 kann jede in der Technik bekannte Vorrichtung beinhalten, um Eingabedaten für das/die Steuerungssystem(e) 48 bereitzustellen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Eingabedaten bezüglich der elektrischen Last 40 und/oder Ausgabedaten bereitstellen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Giersteuerungs-Ausgabedaten, Blattanstellsteuerungs-Ausgabedaten und/oder Schaltersteuerungs-Ausgabedaten für die Steuerung der Schalter 42, 44 und/oder 46. Anweisungen an den Speicher können von einem Speichergerät geliefert werden wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, einer Magnetplatte, einem integriertem Lesespeicher-Schaltkreis (ROM), CD-ROM und/oder DVD, über eine entweder kabelgebundene oder kabellose Fernverbindung, die Zugang zu einem oder mehreren elektronisch zugänglichen Medium/Medien bietet, usw. In einigen Ausführungsformen können fest verdrahtete Schaltkreise anstatt oder in Verbindung mit Softwareanweisungen verwendet werden. Daher ist die Ausführung von Anweisungssequenzen nicht beschränkt auf irgendeine spezifische Kombination von Hardware-Schaltkreisen und Softwareanweisungen, egal, ob hier beschrieben und dargestellt.
  • Das/die Steuerungssystem(e) 48 kann/können auch ein Sensoreninterface 62 beinhalten, das es dem/den Steuerungssystem(en) 48 erlaubt, mit jeglichen Sensoren zu kommunizieren. Das Sensoreninterface 62 kann beispielsweise sein oder beinhalten: einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler, die analoge Signale in digitale Signale umwandeln, die von dem/den Prozessor(en) 52 genutzt werden können. Das/die Steuerungssystem(e) 48 kann/können folgendermaßen, aber nicht darauf beschränkt, verbunden sein: elektrisch und/oder optisch mit sowohl dem generatorseitigen Frequenzwandler 36 als auch dem netzseitigen Frequenzwandler 38 zwecks deren Steuerung, um elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, in die elektrische Last 40 einzuspeisen und/oder elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, von der elektrischen Last 40 aufzunehmen. In der exemplarischen Ausführungsform ist/sind Steuerungssystem(e) 48 elektrisch verbunden mit den Wandlern 36 und 38 sowie den Schaltern 42 und 46 (und 44, wenn vorhanden), um deren Betrieb zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist/sind die Steuerungssystem(e) 48 elektrisch und/oder optisch, aber nicht darauf beschränkt, verbunden mit der elektrischen Last 40, um Informationen über Last 40 zu empfangen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, operative Parameter und/oder Zustand von Last 40, um den Betrieb der Last 40 zu steuern. Beispielsweise empfängt/empfangen in einigen Ausführungsformen das/die Steuerungssystem(e) 48 Spannungsdaten oder andere auf die Last 40 bezogene Daten, um die Spannung der Last 40 unter Verwendung der Wandler 36 und/oder 38 zu regulieren, egal, ob derartige Daten durch eine direkte Verbindung zwischen Steuerungssystem(en) 48 und Last 40 empfangen werden wie in der exemplarischen Ausführungsform und/oder durch einen Sensor (nicht dargestellt) durch das Sensoreninterface 62.
  • Zusätzlich oder alternativ zu den Steuerungssystem(en) 48 können andere Steuerungssysteme (nicht dargestellt) benutzt werden, um den Betrieb der Last 40 und/oder den Betrieb der Wandler 36 und 38 zu steuern, um elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, in die elektrische Last 40 einzuspeisen und/oder elektrische Energie wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Blindleistung, von der elektrischen Last 40 aufzunehmen. Derartige andere Steuerungssysteme beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, ein oder mehrere mit anderen Windkraftanlagen (nicht dargestellt) verbundene Steuerungssysteme, ein oder mehrere zentralisierte Steuerungssysteme für einen Windpark und/oder ein oder mehrere mit der Last 40 verbundene Steuerungssysteme.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens 100 darstellt, um Blindleistung mit Bezug auf eine Windkraftanlage bereitzustellen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, die Windkraftanlage 10, dargestellt in den 1 und 2. Obwohl das Verfahren 100 hier mit Bezug auf nur eine Windkraftanlage 10 beschrieben und dargestellt wird, ist das Verfahren 100 auf jeden Windgenerator anwendbar. Das Verfahren 100 umfasst die simultane Einspeisung 102 von Blindleistung in die elektrische Last 40, s. 2, unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers (36, s. 2) und des netzseitigen Frequenzwandlers (38, s. 2), wenn die Windenergie unter dem oben erörterten vorher festgelegten Schwellenwert bezüglich 2 liegt oder wenn man die Einspeisung von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler 38 während des Betriebes von Generator 24 durch Verwendung von Blindleistung vom generatorseitigen Frequenzwandler 36 ergänzen möchte. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Steuerungssystem(e) (48, s. 2) und/oder andere Steuerungssysteme wie beispielsweise, aber ausschließlich, ein oder mehrere mit anderen Windturbinen (nicht dargestellt) verbundene Steuerungssysteme, ein oder mehrere zentralisierte Steuerungssysteme für einen Windpark und/oder ein oder mehrere mit der Last 40 verbundene Steuerungssysteme benutzt werden, um die Einspeisung 102 von Blindleistung in die Last 40 zu ermöglichen. Obwohl das Verfahren 100 in der exemplarischen Ausführungsform Blindleistung in die Last 40 auf jede Art und Weise, in jeder Konfiguration und/oder Anordnung und/oder unter Verwendung jeglichen Verfahrens und/oder Struktur bzw. jeglichen Verfahrens und/oder Mittels einspeisen 102 kann, umfasst das Verfahren 100, den generatorseitigen Frequenzwandler 36 vom Generator (24, s. 2) elektrisch zu isolieren, indem der Schalter (42, s. 2) geöffnet oder offen gehalten wird. Der Schalter (46, s. 2) und der Schalter (44, s. 2), wenn vorhanden, sind geschlossen oder bleiben geschlossen, um Blindleistung in die Last 40 einzuspeisen. In einigen Ausführungsformen wird die in die elektrische Last 40 eingespeiste Blindleistung genutzt, um die Regulierung 104 einer Spannung der elektrischen Last 40 zu ermöglichen.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens 200 für die Bereitstellung von Blindleistung bezogen auf eine Windkraftanlage darstellt, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, die in 1 und 2 dargestellte Windkraftanlage 10. Obwohl das Verfahren 200 hier mit Bezug auf eine Windkraftanlage 10 beschrieben und dargestellt wird, ist es auf jeden Windgenerator anwendbar. Das Verfahren 200 umfasst die simultane Aufnahme 202 von Blindleistung von der elektrischen Last (40, s. 2) unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers (36, s. 2) und des netzseitigen Frequenzwandlers (38, s. 2), wenn die Windenergie unter dem oben erörterten vorher festgelegten Schwellenwert bezogen auf 2 liegt oder wenn man die Aufnahme von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler 38 während des Betriebes des Generators 24 durch Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers 36 ergänzen möchte. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Steuerungssystem(e) (48, s. 2) und/oder andere Steuerungssysteme wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein oder mehrere mit anderen Windkraftanlagen (nicht dargestellt) verbundene Steuerungssysteme, ein oder mehrere zentralisierte Steuerungssysteme für einen Windpark und/oder ein oder mehrere mit Last 40 verbundene Steuerungssysteme benutzt werden, um die Einspeisung 102 von Blindleistung in Last 40 zu ermöglichen.
  • Obwohl das Verfahren 200 in der exemplarischen Ausführungsform Blindleistung von der Last 40 auf jede Art und Weise, in jeder Konfiguration und/oder Anordnung und/oder unter Verwendung jeglichen Verfahrens und/oder Struktur bzw. jeglichen Verfahrens und/oder Mittels aufnehmen 202 kann, umfasst das Verfahren 200, den generatorseitigen Frequenzwandler 36 vom Generator (24, s. 2) elektrisch zu isolieren, indem der Schalter (42, s. 2) geöffnet oder offen gehalten wird. Der Schalter (46, s. 2) und der Schalter (44, s. 2), wenn vorhanden, sind geschlossen oder bleiben geschlossen, um Blindleistung von der Last 40 aufzunehmen. In einigen Ausführungsformen wird die von der elektrischen Last 40 aufgenommene Blindleistung genutzt, um die Regulierung 204 einer Spannung der elektrischen Last 40 zu ermöglichen.
  • Exemplarische Ausführungsformen werden hier im Detail beschrieben und/oder dargestellt. Die Ausführungsformen sind nicht auf die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Komponenten und Ablaufschritte jeder Ausführungsform unabhängig und getrennt von anderen hier beschriebenen Komponenten und Ablaufschritten genutzt werden. Jede Komponente und jeder Ablaufschritt kann auch in Kombination mit anderen Komponenten und Ablaufschritten verwendet werden.
  • Eine Windkraftanlage 10 umfasst einen Rotor 14 mit einer Nabe 20, mindestens einen mit der Nabe verbundenes Rotorflügel 2 und eine mit der Nabe verbundene Rotorwelle 26, 28. Die Windkraftanlage umfasst ebenfalls einen mit der Rotorwelle verbundenen elektrischen Generator 24 und einen mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler 36, um vom Generator erhaltene Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung umzuwandeln. Der generatorseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit einer elektrischen Last 40 verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen. Die Windkraftanlage umfasst ebenfalls einen netzseitigen Frequenzwandler 38, der mit dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrische verbunden ist, um die vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangene Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung umzuwandeln. Der netzseitige Frequenzwandler ist elektrisch mit der elektrischen Last verbunden und so gestaltet, dass er zumindest eine dieser Funktionen erfüllt: Blindleistung in die elektrische Last einzuspeisen oder Blindleistung von der elektrischen Last aufzunehmen.
  • Wenn hier beschriebene oder dargestellte Elemente, Komponenten usw. vorgestellt werden, sollen die Wörter „ein“, „das“, „das genannte“ und „zumindest ein“ bedeuten, dass es sich um ein oder mehrere Elemente, Komponenten usw. handelt. Die Begriffe „umfassen“, „beinhalten“ und „haben“ sind einschließend gemeint und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente, Komponenten usw. außer den aufgeführten Elementen, Komponenten usw. geben kann.
  • Während die Erfindung bezogen auf verschiedene spezifische Ausführungsformen beschrieben wird, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung im Geist und Anwendungsbereich der Ansprüche modifiziert angewendet werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Windkraftanlage
    12
    Maschinenhaus
    14
    Rotor
    16
    Rotationsachse
    18
    Turm
    20
    Rotornabe
    22
    Rotorblätter
    24
    Generator
    26
    Rotorwelle
    28
    Rotorwelle
    30
    Kupplung
    32
    Seite mit niedriger Drehzahl
    34
    Seite mit hoher Drehzahl
    36
    generatorseitiger Frequenzwandler
    38
    netzseitiger Frequenzwandler
    40
    Last
    42
    Schalter
    44
    Schalter
    46
    Schalter
    48
    System(e)
    50
    Bus
    52
    Prozessor(en)
    54
    Arbeitsspeicher RAM
    56
    Gerät(e)
    58
    Speicher ROM
    60
    Gerät(e)
    62
    Sensoreninterface
    100
    Verfahren
    102
    Einspeisen
    104
    Regulieren
    200
    Verfahren
    202
    Aufnehmen
    204
    Regulieren

Claims (17)

  1. Windkraftanlage, umfassend: einen Rotor (14), mit einer Nabe (20), mindestens einem mit dieser Nabe verbundenen Rotorflügel und einer mit der Nabe drehfest verbundenen Rotorwelle (26); einen mit der Rotorwelle (26) verbundenen elektrischen Generator (24); einen mit dem elektrischen Generator verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler (36) für die Umwandlung von vom elektrischen Generator empfangenen Wechselspannung variabler Frequenz in Gleichspannung, wobei dieser generatorseitige Frequenzwandler elektrisch mit einer elektrischen Last verbunden und derart gestaltet ist, dass er zumindest eine der folgenden Funktionen erfüllt: Einspeisen von Blindleistung in die elektrische Last (40) und Aufnehmen von Blindleistung von der elektrischen Last; einen mit dem generatorseitigen Frequenzwandler verbundenen netzseitigen Frequenzwandler (38) für die Umwandlung von vom generatorseitigen Frequenzwandler empfangener Gleichspannung in festfrequente Wechselspannung, wobei der netzseitige Frequenzwandler mit der elektrischen Last (40) elektrisch verbunden und derart gestaltet ist, dass er zumindest eine der folgenden Funktionen erfüllt: Einspeisen von Blindleistung in die elektrische Last und Aufnehmen von Blindleistung von der elektrischen Last; einen Schalter (42), der elektrisch in der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Generator und dem generatorseitigen Frequenzwandler angeordnet ist, um wahlweise den elektrischen Generator von dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrisch zu trennen.
  2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der generatorseitige Frequenzwandler und der netzseitige Frequenzwandler mit der elektrischen Last parallel geschaltet sind.
  3. Windkraftanlage nach Anspruch 1, die ferner einen Schalter aufweist, der elektrisch in der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Last und dem generatorseitigen Frequenzwandler angeordnet ist, um wahlweise die elektrische Last von dem generatorseitigen Frequenzwandler elektrisch zu trennen.
  4. Windkraftanlage nach Anspruch 1, die ferner einen Prozessor (52) aufweist, der mit dem generatorseitigen Frequenzwandler und dem netzseitigen Frequenzwandler verbunden ist.
  5. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor für die simultane Einspeisung von Blindleistung von dem generatorseitigen Frequenzwandler und dem netzseitigen Frequenzwandler in die elektrische Last eingerichtet ist.
  6. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor für die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers eingerichtet ist.
  7. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor mit der elektrischen Last verbunden und so eingerichtet ist, dass er die Spannung der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers reguliert.
  8. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein elektrisches Netz ist.
  9. Verfahren für die Bereitstellung von Blindleistung, bezogen auf eine Windkraftanlage mit einem elektrischen Generator (24), einem mit dem elektrischen Generator (24) elektrisch verbundenen generatorseitigen Frequenzwandler (36) und einem zwischen den generatorseitigen Frequenzwandler und eine elektrische Last angeordneten netzseitigen Frequenzwandler (38), wobei dieses Verfahren die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last oder die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last unter Nutzung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers umfasst; das Verfahren ferner umfassend, das elektrische Isolieren des generatorseitigen Frequenzwandlers vom elektrischen Generator.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last, wenn die Windenergie unter einem vorher festgelegten Schwellenwert liegt, umfasst, oder die Ergänzung der Einspeisung von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler bei Betrieb des elektrischen Generators unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last die simultane Einspeisung von Blindleistung in ein elektrisches Netz umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers die parallele Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last vom generatorseitigen Frequenzwandler und vom netzseitigen Frequenzwandler umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein elektrisches Netz ist, und dass die simultane Einspeisung von Blindleistung in die elektrische Last die Regulierung einer Spannung des elektrischen Netzes umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last, wenn die Windenergie unter einem vorher festgelegten Schwellenwert liegt, umfasst, oder die Ergänzung der Einspeisung von Blindleistung durch den netzseitigen Frequenzwandler bei Betrieb des elektrischen Generators unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers.
  15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last die simultane Aufnahme von Blindleistung von einem elektrischen Netz umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last unter Verwendung des generatorseitigen Frequenzwandlers und des netzseitigen Frequenzwandlers die parallele Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last durch den generatorseitigen Frequenzwandler und den netzseitigen Frequenzwandler umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein elektrisches Netz ist, und dass die simultane Aufnahme von Blindleistung von der elektrischen Last die Regulierung einer Spannung des elektrischen Netzes umfasst.
DE102007028582.7A 2006-06-19 2007-06-19 Verfahren und Vorrichtung für die Einspeisung und/oder die Aufnahme von Blindleistung Active DE102007028582B4 (de)

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