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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung zur Verstellung des Anstellwinkels eines oder mehrerer Rotorblätter einer Wind- oder Wasserkraftanlage sowie ein dazugehöriges Betriebsverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung mit einer hochkapazitiven, wiederaufladbaren Notbetriebsversorgungseinrichtung, die die Fähigkeit hat, Überspannungen und Unterspannungen des Netzes zu tolerieren.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Pitchmotor-Antriebsschaltungen für Wind- oder Wasserkraftanlagen bekannt, die sich insbesondere durch Notlaufeigenschaften beispielsweise bei Ausfall der Netzspannung, bei Beschädigungen von Steuerungskomponenten oder bei Unter- oder Überspannung des Netzes bekannt.
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Gattungsgemäße Pitchantriebe dienen einer Verstellung des Anstellwinkels (Pitches) eines Rotor- oder Turbinenblatts gegenüber einem Anströmmedium wie Wind oder Wasser. Aufgrund der hohen Kräfte, die auf ein Rotor- oder Turbinenblatt wirken, werden für die Verstellung in der Regel elektrische Drehstrommotoren eingesetzt, die über eine Umrichtervorrichtung mit einer variablen Drehfrequenz und Amplitude versorgt werden, um verschiedene Drehzahlen und Drehmomente bereitstellen zu können. Eine Umrichtervorrichtung umfasst in der Regel eine Gleichrichtereinrichtung, die aus einer netzseitigen Wechsel- oder Drehspannung eine Gleichspannung bereitstellt und in einen DC-Zwischenkreis einspeist. Aus der Gleichspannung wird mithilfe einer Wechselrichtereinrichtung eine in Frequenz und Amplitude variable Wechsel- oder Drehspannung erzeugt, die dem Drehstrommotor zugeführt wird. So ist schematisch in 1 eine Windkraftanlage mit derartigen Pitchmotoren dargestellt, wobei in 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Ansteuerschaltung beschrieben ist.
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Die Schaltung aus Gleichrichtereinrichtung, Gleichspannungszwischenkreis und Wechselrichtereinrichtung wird im Folgenden als Umrichtervorrichtung bezeichnet. Eine Wechselrichtereinrichtung umfasst eine Mehrzahl von leistungselektronischen Halbleiterschalter und weist in der Regel drei Halbbrücken auf, die mit MOSFET-, IGBT- oder IGCT-Transistoren bestückt sind. In der Regel handelt es sich um zweistufige Halbbrücken, die allerdings auch dreistufig oder mehrstufig ausgelegt sein können, um variable Ausgangsspannungen liefern zu können. Durch eine Pulsweitenmodulation des Schaltverhaltens der Halbleiterschaltbauteile kann in weiten Bereichen veränderliche Frequenzen, Phasen und Amplituden geregelt werden, um asynchron oder synchron Wechsel- oder Drehstrom-Pitchmotoren anzutreiben.
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Zur Erhöhung einer Ausfallsicherheit und zur Sicherstellung einer Sicherheitsfahrt bei Netzausfall können Pitch-Antriebsschaltungen eine Notbetriebsversorgungseinrichtung, beispielsweise Batterien oder Akkumulatoren oder Hochleistungskondensatoren, insbesondere sogenannten Supercaps zur Speicherung elektrischer Energie für einen Notfallbetrieb umfassen. Superkondensatoren, die auch als Ultrakondensatoren bezeichnet werden, weisen eine extrem hohe elektrische Speicherkapazität auf, und überbrücken eine Lücke zwischen Kondensatoren und Akkumulatoren. Sie können Kapazitätswerte von 10 Kilofarad pro 1,2 Volt erreichen und weisen Kapazitätswerte auf, die um das 10.000-fache über der von üblichen Elektrolytkondensatoren liegen kann. Zur Aufladung hochkapazitiver Kondensatoren, Akkumulatoren oder Supercaps ist es notwendig, eine ausgefeilte Ladeelektronik bereitzustellen, die eine regelbare Gleichspannung und einen geregelten Ladestrom zur Verfügung stellen kann. Ziel ist es dabei, den Wechselstromanteil im Ladestrom möglichst gering zu halten. Daher sind einfache Schaltungskonzepte auf Basis von B6-Brücken oder Thyristorladeschaltungen eher ungeeignet. Insbesondere bei stark variierenden Spannungsverhältnissen in einem Versorgungsnetz, wie es im Umfeld regenerativer Energieerzeugungssystemen vorkommt, ist es technisch schwierig, einen bauteilschonenden und kurzen Ladebetrieb zu realisieren.
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Die
DE 20 2005 012 040 U1 betrifft eine Pitchmotorantriebsschaltung, in der eine Konstantstromquelle, die eine Gleichrichterschaltung umfasst, einen DC-Zwischenkreis ausbildet, wonach eine daran angeschlossene Motor-Umrichtereinrichtung ein Drehstromnetz zum Betrieb des Pitchmotors bereitstellt. Eine Strom-Spannungskennlinie der Konststantstromquelle ist derart einzustellen, dass eine im DC-Zwischenkreis vorgesehene Zwischenkreiseinheit, die einen Akkumulator oder Kondensator enthält, nur bei einer Kurzzeitbelastung oder zur Aufnahme regenerativer Energie beansprucht wird.
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Die
DE 10 2008 037 449 A1 betrifft eine Generatorschaltung für eine Windenergieanlage, bei der neben einem Hauptumrichter ein zweiter Hilfsumrichter vorgesehen ist, der ausgelegt ist, eine Spannung zwischen 230V bis 400V und eine Frequenz zwischen 0Hz bis 5KHz zur Versorgung von Hilfssystemen der Windenergieanlage zu liefern. In einer gesonderten Schaltvariante kann das Hilfssystem auch Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen umfassen, die durch den Hilfsumrichter gespeist werden können.
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In der
DE 10 2009 025 747 A1 ist eine Notstromversorgungseinrichtung für ein Pitchsystem einer Windenergieanlage beschrieben, in der mehrere Energiespeicher vorgesehen sind, die über eine Schaltmatrix mit mehreren Batterieladegeräten verbunden werden können, um eine Redundanzerhöhung im Fehlerfall zu gewährleisten.
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Aus dem Stand der Technik ergibt sich somit das Problem, zum einen eine robuste Antriebsschaltung und ein entsprechendes Betriebsverfahren für Pitchmotoren bereitzustellen, das sowohl bei netzseitiger Unterspannung als auch bei Überspannung einen sicheren Betrieb einer Wind- oder Wasserkraftanlage gewährleisten kann. Insbesondere die Möglichkeit eines LVRT-Betriebs (low voltage ride through) und eines HVRT-Betriebs (high voltage ride through), d.h. einen störsicheren Betrieb bei Netzunter- und -überspannung ist bei volatilen Versorgungsnetzen mit einer Vielzahl von regenerativen Energiequellen problematisch. Dabei ergibt sich des Weiteren das Problem, ein zuverlässiges und qualitativ hochwertiges Ladeverfahren für hochkapazitive Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtungen bereitzustellen, das selbst bei widrigen Verhältnissen ein sicheres Aufladen und einen langlebigen Betrieb bei zuverlässiger Notbetriebsfähigkeit gewährleistet.
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Ausgehend von den vorgenannten Nachteilen, ist es somit Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung und ein Betriebsverfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung für eine Wind- oder Wasserkraftanlage vorgeschlagen, die zumindest eine einen Pitchmotor zugeordnete Motorumrichtervorrichtung, die eine Gleichrichtereinrichtung, eine Wechselrichtereinrichtung und eine im DC-Zwischenkreis zwischengeschaltete aufladbare Notbetriebsversorgungseinrichtung umfasst, vorgeschlagen. Der zumindest einen Motorumrichtervorrichtung ist zumindest eine mit einem Versorgungsnetz verbundene Ladeumrichtervorrichtung vorgeschaltet, wobei die Ladeumrichtervorrichtung eingerichtet ist, die Motorumrichtervorrichtung mit einem Lokalnetz zu versorgen. Das Lokalnetz kann ein- oder mehrphasig ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist eine Steuervorrichtung der zumindest einen Ladeumrichtervorrichtung eingerichtet, Ladestrom-Steuerinformationen der Notbetriebsversorgungseinrichtung zu empfangen, insbesondere Ladestrom und/oder Ladezustand eines in der Notbetriebsversorgungseinrichtung umfassten Energiespeichers, insbesondere eines integrierten Doppelschichtkondensator- oder Supercap-Energiespeichers und ist weiterhin eingerichtet, diese Steuerinformation zur Steuerung von Amplitudenhöhe, Signalverlaufsform und/oder Frequenz des Lokalnetzes einzusetzen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine die Ladeumrichtervorrichtung steuernde Steuervorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung, die Schaltsignale für die Wechselrichtereinrichtung der Ladeumrichtervorrichtung vorgibt, Steuerinformationen der Notbetriebsversorgungseinrichtung empfängt. Insbesondere können diese Steuerinformationen einen Ladestrom oder Ladezustand oder eine Ladespannung der Notbetriebsversorgungseinrichtung charakterisieren, insbesondere einen elektrischen Zustand eines darin enthaltenen Energiespeichers. Hierdurch ist es möglich, Spannung und Frequenz, insbesondere Amplitudenhöhe und Amplitudenform des Lokalnetzes individuell an ein Ladezyklus anzupassen, um in Ladephasen, in denen die Notbetriebsversorgungseinrichtungen aufgeladen werden, einen optimierten Ladestrom zu liefern und eine schonende Aufladung der darin enthaltenen Energiespeicher zu gewährleisten. Hierdurch kann ein optimierter Ladestrom bereitgestellt werden, wobei die Energieeffizienz und die Langlebigkeit der Notbetriebsversorgungseinrichtung verbessert werden.
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Mit anderen Worten wird eine Hintereinanderschaltung zweier Umrichtervorrichtungen zwischen einem Versorgungsnetz und einem Pitchmotor vorgeschlagen, wobei zwischen der ersten Ladeumrichtervorrichtung und der zweiten Motorumrichtervorrichtung ein Lokalnetz ausgebildet ist, das durch die Ladeumrichtervorrichtung versorgt wird und das an die Bedürfnisse der Motorumrichtervorrichtung, insbesondere einem Aufladebetrieb für die darin enthaltene Notbetriebsversorgungseinrichtung angepasst werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Netz mit einer zu niedrigen oder zu hohen Spannung vom Lokalnetz abgekoppelt werden kann, bzw. unabhängig vom Spannungs- und Frequenzniveau des Versorgungsnetzes ein steuerbares Lokalnetz bereitgestellt werden kann, um optimal eine Versorgung der Motorumrichtervorrichtung und insbesondere einen Aufladebetrieb der Notbetriebsversorgungseinrichtung bereitstellen kann. Insbesondere Supercap- oder Doppelschichtkondensatoren sind zwingend kontrolliert zu laden, wobei bei hohen Kapazitäten und großen Ladeströmen hohe Ladezeiten vorzusehen sind. Geeignete Ladegeräte sind relativ aufwendig und teuer und werden in der Regel zentral, beispielsweise in einer Gondel oder in einer drehenden Nabe einer Wind- oder Wasserkraftanlage installiert, um unabhängig drei oder mehrere Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen versorgen zu können. Durch eine zentrale Ladeumrichtervorrichtung, die den einzelnen Motorumrichtervorrichtungen vorgeschaltet werden kann, kann auf gesonderte Ladegeräte verzichtet werden, wobei problemlos große Ladeströme auch bei variierenden Netzverhältnissen bereitgestellt werden können. Zur Verbesserung der Ladestromqualität kann die Ladeumrichtervorrichtung und das bereitgestellte Lokalnetz optimiert eingestellt werden, in Ladephasen der Notbetriebsversorgungseinrichtungen einen optimierten Ladestrom bereitstellen zu können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine einzelne Ladevorrichtung vorgesehen, die das Lokalnetz für alle Motorumrichtervorrichtungen der Wind- oder Wasserkraftanlagen bereitstellt. Hierdurch kann zentral eine einzige, leistungsfähige Ladeumrichtervorrichtung die elektrische Energie für alle Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen bereitstellen. Alternativ ist auch denkbar, jeder Motorumrichtervorrichtung eine separate Ladeumrichtervorrichtung, insbesondere eine baulich identische Ladeumrichtervorrichtung zuzuordnen. Hierzu kann vorteilhaft und bauteilsparend die zentrale oder jeder Motorumrichtervorrichtung vorgeschaltete Ladeumrichtervorrichtung je nach Betriebsart Pitchbetrieb oder Aufladebetrieb und Abhängig vom Ladezustand verschiedene Frequenzen und Spannungen im Lokalnetz bzw. in den verschiedenen, pitchmotorbezogenen Lokalnetzen bereitstellen.
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Grundsätzlich stellt die Ladeumrichtervorrichtung ein Lokalnetz bereit, das eine netzsynchrone Frequenz aufweisen kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Ladeumrichtervorrichtung eingerichtet sein, ein Lokalnetz mit einer Frequenz größer als die Netzfrequenz des Versorgungsnetzes, insbesondere mit 400 Hz oder einer höheren Frequenz zu betreiben. Durch die Erhöhung der Lokalnetzfrequenz um netzuntypische höhere Werte von 400 Hz oder mehr, können Ladestromrippel reduziert und damit insbesondere im Ladebetrieb ein Aufladen von Notbetriebsversorgungseinrichtungen, die Doppelschichtkondensatoren oder Supercaps umfassen, schonend aufzuladen. Hierdurch wird eine Langlebigkeit erreicht und die Speicherkapazität der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung bleibt erhalten. Die Bereitstellung eines Wechselstromnetzes als Lokalnetz bietet darüber hinaus Vorteile bei der Auswahl von notwendigen Systemkomponenten wie z.B. Sicherungen und Schaltschützen im Vergleich zu einer Gleichstromversorgung.
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Vorteilhaft kann in der Pitchmotor-Ansteuerschaltung zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung im stationären Teil der Wind- oder Wasserkraftanlage, insbesondere in einer Gondel angeordnet sein, und die Motorumrichtervorrichtung im rotierenden Teil, insbesondere in der Rotornabe angeordnet sein. Hierdurch kann der begrenzte Raum der Rotornabe anderweitig genutzt und eine relativ leistungsstarke Ladeumrichtervorrichtung im stationären Teil, insbesondere in einer Gondel oder im stationären Teil einer Wasserkraftanlage angeordnet sein.
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Weiterhin können bevorzugt Steuerinformationen von der Motorumrichtervorrichtung, insbesondere der darin enthaltenen Notbetriebsenergiespeichereinrichtung zur Ladeumrichtervorrichtung und umgekehrt über eine Informationsübertragungsvorrichtung, insbesondere über eine Schleifring-Kontaktvorrichtung vom rotierenden in den stehenden Teil der Energieerzeugungsanlage übertragbar sein. Die Ladestrom-Steuerinformationen können beispielsweise direkt über Spannungs- und Stromsensoren abgenommen werden, können aber auch indirekt, wie beispielsweise das Verhalten der Motorumrichtersteuereinrichtung, abgeleitet werden. Steuerinformationen müssen von einem drehenden Teil, nämlich von den Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen in einen stehenden Teil, nämlich in die Gondel oder an einem stehenden externen Bereich der Wind- oder Wasserkraftanlage übertragen werden, um einen optimierten Zustand des Lokalnetzes bereitzustellen. Diese Steuerinformation können beispielsweise drahtlos über Funk wie WLAN oder Bluetooth oder drahtgebunden, beispielsweise über zusätzliche Schleifringe einer Schleifring-Kontaktvorrichtung übertragen werden. Insbesondere ist es auch möglich, über die bestehenden Leistungs-Schleifring-Kontaktvorrichtungen, die zur Stromübertragung der Betriebsenergie des Pitchmotors vorgesehen sind, Informationssignale, beispielsweise in Form modulierter Datensignale einer Trägerfrequenzanlage wie Powerline oder Ähnliches, zu übertragen. Durch die Modulation von Dateninformationen, beispielsweise über Ladezustand, Ladespannung oder Ladestrom der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung, über die die Versorgungsenergie übertragenden Schleifringe zwischen Rotornabe und feststehendem Teil kann ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand ein optimiertes Verhalten der Ladeumrichtervorrichtung zum Betriebszustand der Motorumrichtervorrichtung eingerichtet werden. Hierdurch wird Verkabelungsaufwand eingespart. Zusätzlich können über diesen Kommunikationskanal Parameter, Steuer- und Istwerte zwischen Wechselrichter und einer übergeordneten Steuereinrichtung ausgetauscht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen der Ladeumrichtervorrichtung und der Motorumrichtervorrichtung eine Filtervorrichtung angeordnet sein. Die Filtervorrichtung kann Kondensatoren und Induktivitäten umfassen und kann Stromrippel oder hochfrequente Impulsanteile des Lokalnetzes filtern bzw. glätten, um einen möglichst gleichförmigen Ladestrom mit geringem Oberwellenanteil für eine Aufladung der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung bereitstellen zu können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann zwischen Ladeumrichtervorrichtung und Motorumrichtervorrichtung und/oder zwischen Versorgungsnetz und Ladeumrichtervorrichtung eine Spannungsanpassungsvorrichtung, insbesondere eine Transformatorvorrichtung oder eine Phasenanschnittsteuerungsvorrichtung angeordnet sein. Mittels eines Transformators oder einer Phasenanschnittsteuerung entweder zwischen Versorgungsnetz und Ladeumrichtervorrichtung und/oder zwischen Ladeumrichtervorrichtung und Motorvorrichtung im Lokalnetz können insbesondere Spannungsdifferenzen ausgeglichen werden, also Spannungsniveaus erhöht oder abgesenkt werden und beispielsweise bei Phasenanschnittsteuereinrichtungen dynamisch effektive Spannungshöhen angepasst werden, um die Motorumrichtervorrichtungen optimal mit einer konstanten Betriebsspannung zu versorgen. Die Betriebsspannung kann somit in der Motorumrichtervorrichtung je nach aktivem Pitchbetrieb oder Ladebetrieb variiert werden, und es kann eine höhere oder eine niedrigere Lokalnetzfrequenz und/oder ein höheres und/oder niedrigeres Spannungsniveau bereitgestellt werden. Hiermit wird insbesondere die HVRT-/LVRT-Fähigkeit des Pitchantriebs erhöht. Die Amplitude der Spannungsinseln des Lokalnetzes kann durch die Ladeumrichtervorrichtung begrenzt werden, so dass die Motorumrichtervorrichtungen vor Überspannung geschützt sind. Auch kann durch eine vorgelagerte Transformator- oder eine Phasenanschnittssteuerung die Ladeumrichtervorrichtung vor Über- oder Unterspannung geschützt werden. Vorteilhafterweise kann die vorgenannte Transformatoreinrichtung einen Yyd oder Dyd-Transformator umfassen, wobei beispielsweise eine B12-Gleichrichtung mit einem Transformator mit zwei Sekundärwicklungen eingesetzt wird, um Netzrückwirkungen zu minimieren.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine der Motorumrichtervorrichtungen und/oder die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung eine aktive Gleichrichtereinrichtung oder eine Phasenanschnittsteuereinrichtung umfassen. Ein aktiver Gleichrichter ist eine Wechselrichtereinrichtung, die so gesteuert werden kann, dass sie aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung herstellen kann, somit reziprok zu einem normalen Betrieb eines Wechselrichters angepasst ist. Mittels einer Phasenanschnittsteuereinrichtung können steuerbar Amplitudenanteile aus einem Wechsel oder Drehstrom herausgeschnitten werden, um eine Gleichrichtung bereitzustellen, wobei eine Einstellung der Höhe der Gleichspannung und der Oberwellenbehaftung erreicht werden kann. Somit kann auf den Einsatz passiver Dioden verzichtet werden, und eine verbesserte und anpassungsfähige Gleichspannungsversorgung bereitgestellt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung und/oder zumindest eine Motorumrichtervorrichtung durch eine Überbrückungs-Schalteinrichtung überbrückbar sein. Durch eine Überbrückungs-Schalteinrichtung lässt sich beispielsweise die Ladeumrichtervorrichtung aus der Pitchmotor-Ansteuerschaltung herausschalten oder eine Motorumrichtervorrichtung überbrücken. Dies kann insbesondere im Fehlerfall vorteilhaft sein, da beispielsweise bei Ausfall einer Motorumrichtervorrichtung die Ladeumrichtervorrichtung deren Funktion übernehmen und den Pitchmotor steuern kann. Ebenfalls können bei einer Beschädigung der Ladeumrichtervorrichtung die Motorumrichtervorrichtungen direkt mit dem Versorgungsnetz verbunden sein, so dass eine redundante Auslegung und damit eine erhöhte Robustheit der Ansteuerschaltung gegen Fehler und Ausfall erreicht werden kann.
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Vorteilhafterweise können zumindest zwei Ladeumrichtervorrichtungen umfasst sein, wobei mittels einer Schaltmatrix, die eine Mehrzahl von Kupplungsschalteinrichtungen umfasst, zumindest eine Ladeumrichtervorrichtung mit jeder Motorumrichtervorrichtung verbindbar sein kann. Durch das Vorhandensein von zwei oder mehreren Ladeumrichtervorrichtungen, die einer oder einer Gruppe von Motorumrichtervorrichtungen zugeordnet sind, und einer Schaltmatrix, die ermöglicht, die Ladeumrichtervorrichtungen parallel oder unabhängig voneinander mit verschiedenen Motorumrichtervorrichtungen zu verbinden, kann die Redundanz erhöht, und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Ansteuerschaltung weiterhin gesenkt werden, um einen robusten und langlebigen Betrieb der Ansteuerschaltung zu erreichen.
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Das gebildete Lokalnetz zwischen Ladeumrichtervorrichtung und Motorumrichtervorrichtung kann geerdet oder auch erdfrei betrieben sein. Wird es erdfrei als sogenanntes IT-Netz betrieben, kann vorteilhafterweise das Lokalnetz durch eine Isolationsüberwachungsvorrichtung auf Isolationsfehler überwacht werden, die bevorzugt in oder nachgeschaltet zur Ladeumrichtervorrichtung angeordnet ist. Das IT-Netz hat gute EMV-Eigenschaften, außerdem führt in diesem Netz ein einfacher Erdschluss nicht zur sofortigen Abschaltung des Netzes. Insbesondere bei Einsatz eines sekundärseitigen Transformators im Lokalnetz kann die Sekundärseite durch eine Isolationsüberwachungsvorrichtung überwacht werden. Ein IT-Netz ist einfehlersicher, so dass bei einem einzelnen Erdschluss kein Ausfall der Ansteuerschaltung auftritt. Somit kann in einem Isolationsfehlerfall zunächst ein weiterer Betrieb gewährleistet werden. Die Isolationsüberwachungsvorrichtung ermöglicht, Erdschlüsse im Lokalnetz frühzeitig zu erkennen und Isolationsfehler anzuzeigen, bevor ein Ausfall der Ansteuerschaltung erfolgt. Das IT-Netz hat eine wesentlich höhere Ausfallsicherheit als andere TN- oder TT-Netze. IT-Systeme bieten hinsichtlich der Versorgungssicherheit die meisten Vorteile aller Netzformen.
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In einem nebengeordneten Aspekt schlägt die Erfindung ein Betriebsverfahren für die Pitchmotor-Ansteuerschaltung vor, wobei in Abhängigkeit des Ladestroms und/oder des Ladezustands zumindest eines in einer Notbetriebsversorgungseinrichtung umfassten Energiespeichers eine Amplitudenhöhe, Spannungsverlaufsform und/oder Frequenz des Lokalnetzes der Ladeumrichtervorrichtung insbesondere zur Glättung von Oberwellen eingestellt wird. Somit wird die Ladeumrichtervorrichtung derart gesteuert, dass sie eine Spannung im Lokalnetz abgibt, deren Amplitudenhöhe, deren Spannungsverlauf und/oder Frequenz von einem aktiven Pitchbetrieb oder einem Ladebetrieb der Notbetriebsversorgungseinrichtung in der Motorumrichtervorrichtung abhängt. So kann bei tief entladenen Notbetriebsversorgungseinrichtungen eine höhere Amplitude und eventuell ein hoher Oberwellenanteil im Lokalnetz bereitgestellt werden, während bei einer vollgeladenen oder hochgeladenen Notbetriebsversorgungseinrichtung geringe Oberwellen und eine niedrige Lokalnetzspannung angelegt werden können. Somit kann optimiert auf den Ladezustand die Lokalnetzspannung der Ladeumrichtervorrichtung eingestellt werden.
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Beispielsweise kann im Fall eines abnehmenden Ladezustands vorteilhaft ein trapezförmiger Amplitudenverlauf der Ladespannung gewählt werden, so dass ein vorgegebener maximal zulässiger Ladestrom nicht überschritten wird. Entsprechend kann die Maximalamplitude der Ladeumrichtervorrichtung für das Lokalnetz im Falle eines niedrigen Ladezustands bei 100 % der Maximalamplitude gewählt werden, während bei erhöhtem Ladezustand lediglich 70 % der Maximalamplitude im Lokalnetz eingespeist werden. Hierdurch wird abhängig vom Ladezustand der Notbetriebsversorgungseinrichtung eine andere Spannungsverlaufsform, Frequenz und Spannungshöhe für das Lokalnetz eingesetzt, um eine optimierte Ladegeschwindigkeit und Energieeffizienz zu erreichen.
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Insbesondere ist es Aufgabe des Betriebsverfahrens, den Ladestrom so einzustellen, dass Oberwellen geglättet werden können, um einen optimierten Ladestrom einstellen zu können. Durch den Einsatz einer Phasenanschnittsteuerung oder eines IGBT-Wechselrichters zur Gleichrichtung, d.h. einer aktiven Gleichrichtereinrichtung, können insbesondere Überspannungen des Netzes kompensiert werden, so dass ein HVRT-/LVRT-Betrieb der Pitch-Ansteuerschaltung ermöglicht wird.
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Die Ladeumrichtervorrichtung kann als Active Front End ausgelegt sein und kann bei einer zentralen Anordnung alle Pitchmotor-Umrichtervorrichtungen gemeinsam in einem optimalen Lokalnetz mit Versorgungsspannung versorgen, so dass sowohl im aktiven Pitchbetrieb als auch im Ladebetrieb eine für die Anwendungsfälle optimierte Spannungsversorgung gewährleistet werden kann.
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ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 eine Windkraftanlage mit pitchgeregelten Rotorblättern;
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2 eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung des Stands der Technik;
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3 Teilaspekte einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung,
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung;
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5 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung;
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6 zwei Weiterbildungen erfindungsgemäßer Ansteuerschaltungen;
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7 eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung;
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8 eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung;
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9 eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung.
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10 eine Kombination aus Transformator und Gleichrichtereinrichtung zur optimierten Bereitstellung einer Gleichspannung für eine Ausführungsform der Erfindung;
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11 eine Ausführungsform einer Umrichtereinrichtung mit aktiver Gleichrichtereinrichtung zum Einsatz in einer Ausführungsform der Erfindung;
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12 eine Amplitudenverlaufsform für eine Lokalnetzspannung bei niedrigem Ladezustand für eine Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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Die 1 zeigt eine Windkraftanlage 100, bei der eine Gondel 104 auf einem Mast 102 ruht. In der Gondel 104 ist eine Rotornabe 106 eingebracht, auf der drei Rotorblätter 108 angeordnet sind. Zum Einstellen eines Anstellwinkels der Rotorblätter 108 gegenüber dem Wind sind Pitchstellvorrichtungen 110 vorgesehen, die am Übergang zwischen Rotornabe 106 und Rotorblatt 108 angebracht sind, und die einen Pitchwinkel 116 einstellen können. Insbesondere bei schwerem Wetter wie Sturm, Gewitter, Schneefall oder Hagel ist die Windkraftanlage rauen Umweltbedingungen ausgesetzt, wobei heftige Windwechsel stattfinden können. In der Regel treten durch das erhöhte Aufkommen von regenerativen Energien starke Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz auf, so dass zum Antrieb der Pitchstellvorrichtungen 110 eine robuste Ansteuerschaltung vorzusehen ist.
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In der 2 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Pitchmotor-Ansteuerschaltung 10 dargestellt. An einem dreiphasigen Versorgungsnetz PG 12 ist eine Umrichtereinrichtung 14 angeschlossen, die einen dreiphasigen Pitchmotor 28 mit elektrischer Energie versorgt. Der Pitchmotor 28 treibt über eine Pitchantriebswelle 114 und ein Pitchgetriebe 112 eine Pitchstellvorrichtung 110 an, die ein Rotorblatt 106 in ihrem Pitchwinkel 116 gegenüber dem anströmenden Wind verstellt. Hierdurch lässt sich die Drehzahl und Leistung der Windkraftanlage 100 an unterschiedliche Windbedingungen anpassen. Zur elektrischen Versorgung der drei Motorstränge 30 des Pitchmotors 28 werden die drei Phasen des Versorgungsnetzes 12 über eine Gleichrichtereinrichtung 16 in einen DC-Zwischenkreis 34 gleichgerichtet. Die Gleichrichtereinrichtung 16 umfasst sechs Gleichrichterdioden 22, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Im DC-Zwischenkreis 34 ist eine DC-Glättungseinrichtung 20 in Form eines Kondensators eingesetzt, wobei dieser bei entsprechend hoher Kapazität auch eine Notbetriebsversorgungseinrichtung ausbilden kann, und beispielsweise bei Stromausfall eine kurzfristige Aufrechterhaltung der Zwischenkreisspannung ermöglicht, so dass der Pitchwinkel 116 derart eingestellt werden kann, dass eine sichere Fahneneinstellung des Rotorblatts 108 erreicht wird, um somit die Windkraftanlage 100 außer Betrieb zu setzen. Die Gleichspannung des DC-Zwischenkreises 34 wird in einer Wechselrichtereinrichtung 18 mittels einer Brückenschaltung von sechs IGBT-Wechselrichterschaltelementen 24 in eine Drehspannung variabler Frequenz und Amplitude umgewandelt. Jedem IGBT 24 ist eine Freilaufdiode 26 parallel geschaltet, die einen gerichteten Stromfluss durch die Wechselrichter-Halbbrücke ermöglicht. Durch eine nicht dargestellte Steuervorrichtung kann die Schaltfrequenz der Wechselrichtereinrichtung 18 derart verändert werden, um eine variable Frequenz und Spannungshöhe der Versorgungsspannung für die Versorgungsphasen 32 des Pitchmotors 28 einzustellen, um somit verschiedene Drehzahlen und Drehmomente des Pitchmotors 28 bereitstellen zu können.
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In der dargestellten Ansteuerschaltung 10 des Stands der Technik ergibt sich der Nachteil, dass variable Versorgungsspannungen des Netzes PG 12 einen unmittelbaren Einfluss auf die Höhe der DC-Zwischenkreisspannung haben, und ein gerichteter Ladestrom für die Notbetriebsversorgungseinrichtung 20 nicht gewährleistet werden kann. Insbesondere lassen sich hochkapazitive Kondensatoranordnungen oder Supercaps in einer derartigen Ansteuerschaltung 10 nicht integrieren, da eine notwendige Laderegelung einen hohen schaltungstechnischen Aufwand und dementsprechend hohe Kosten verursacht.
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In der 3 sind Teilaspekte einer Ansteuerschaltung 40 dargestellt. Eine Ladeumrichtervorrichtung 50 ist dreiphasig mit einem Versorgungsnetz PG 12 verbunden. Die Ladeumrichtervorrichtung 50 umfast eine Gleichrichtereinrichtung 16, die einen Brückengleichrichter mit passiven Dioden 22 umfasst. Die Gleichrichtereinrichtung 16 stellt einen DC-Zwischenkreis 34 zur Verfügung, der zur Glättung eine DC-Glättungseinrichtung 20 aufweist. Am DC-Zwischenkreis 34 ist eine Wechselrichtereinrichtung 16 mit drei Wechselrichterbrücken angeschlossen, in denen jeweils IGBT-Schaltelemente 24 mit Freilaufdioden 26 ein dreiphasiges Lokalnetz 54 versorgen. Die Ladeumrichtereinrichtung 50 dient dazu, das spannungs- und frequenzvariable Lokalnetz 54 mit Energie zu versorgen, an das drei Motorumrichtereinrichtungen 52 zum regelbaren Betrieb dreier Pitchmotoren 28 angeordnet sind. Jede Motorumrichtereinrichtung 52 umfasst wiederum einen DC-Zwischenkreis, der über einen nicht dargestellten Laderegler mit einer hochkapazitiven Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 verbunden ist. Im Fall eines Ausfalls der Ladeumrichtereinrichtung 50 oder einem Ausfall des Versorgungsnetzes 12 kann die Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 zumindest kurzfristig die Motorumrichtervorrichtung 52 mit Energie versorgen, um den jeweiligen Pitchantrieb 28 in eine Fahnenstellung zu verfahren. Die zur Aufladung der Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 benötigte elektrische Energie wird über das Lokalnetz 54 bereitgestellt, wobei die Ladeumrichtervorrichtung 50 für einen aktiven Pitchbetrieb und für einen Ladebetrieb unterschiedliche Spannungen und Frequenzen im Lokalnetz 54 zur Verfügung stellen kann.
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In der 4 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel 42 einer Ansteuerschaltung dargestellt. Zusätzlich zu der in 3 dargestellten Ausführungsform 40 weist die Ladeumrichtervorrichtung 50 eine angeschlossene Ladeumrichter-Steuervorrichtung 60 auf. Die Steuervorrichtung 60 kann Spannungsverlaufsform, Frequenz und Maximalamplitude der in das Lokalnetz 54 eingespeisten Energie der Ladeumrichtervorrichtung 50 beeinflussen. Die Ladeumrichter-Steuervorrichtung 60 ist mit Ladestrom-Sensoreinrichtungen 58 verbunden, die einen Ladezustand bzw. Ladestrom zwischen den Motorumrichtervorrichtungen 52 und den Notbetriebsversorgungseinrichtungen 56 messen können. Je nach Ladestrom kann die Spannung im Lokalnetz 54 gesteuert werden. Zur Reduzierung von Oberwellen und von schaltfrequenten Signalanteilen ist eine Filtervorrichtung 70 der Ladeumrichtervorrichtung 50 nachgeschaltet, die Oberwellen dämpfen und einen sinusförmigen Verlauf des Lokalnetzes 54 bereitstellt. Zur Spannungsanpassung kann ein Transformator 76 im Lokalnetz 54 eingeschaltet sein, um die Spannung im Lokalnetz 54 an eine Sollspannung der Motorumrichtervorrichtungen 52 anzupassen.
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Eine Weiterentwicklung der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung 42 ist als Ansteuerschaltung 44 in 5 dargestellt. Hierbei ist die Ladeumrichtervorrichtung 50, die Filtervorrichtung 70 mit Filterdrossel 72 und Filterkapazität 74 sowie eine Transformatorvorrichtung 76 in einer Gondel 104 einer Windkraftanlage 100, d.h. in einem ruhenden Teil der Energieanlage angeordnet. Über eine Schleifring-Kontaktvorrichtung 62 wird elektrische Energie über drei Phasen des Lokalnetzes 54 in den rotierenden Teil, d.h. in die Rotornabe 106 überführt, um elektrische Energie für die Motorumrichtervorrichtungen 52 bereitzustellen. Zur Steuerung von Frequenz, Amplitudenverlaufsform und -phase im Lokalnetz 54 sind Ladestrom-Steuereinrichtungen 58, die beispielsweise Strom- und Spannungsmessvorrichtungen sein können, oder die indirekt durch das Steuerverhalten der Motorumrichtervorrichtungen 52 den Ladestrom und die Ladekapazität der Niederbetriebsversorgungseinrichtung 56 bestimmen können, über eine Informationsübertragungsvorrichtung 64 mit den Schleifring-Kontaktvorrichtungen 62 verbunden. Die Informationsübertragungsvorrichtung 64 kann eine Powerline-Verbindung sein, die ein Informationsfrequenzsignal über die Schleifring-Kontaktvorrichtung 62 in den ruhenden Teil der Energieanlage 100 überträgt. Im ruhenden Teil befindet sich eine Powerline-Kopplungseinrichtung 68, durch die Informationssignale aus der Pitchantrieb-Stromzuführung des Lokalnetzes 54 extrahiert und der Steuervorrichtung 60 zugeführt werden. Somit können ohne zusätzlichen Verkabelungsaufwand mithilfe einer Trägerfrequenzinformationsübertragung über eine Schleifeinrichtung 62 Steuerinformationen der Ladeumrichtervorrichtung 50 der Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 mono- oder bidirektional übertragen werden, um das Lokalnetz 54 je nach Betriebszustand anpassen zu können, und um die Wechselrichter anzusteuern und/oder zu überwachen.
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In den Ausführungsformen der 6a und 6b von erfindungsgemäßen Ansteuerschaltungen 46 sind zwischen Ladeumrichtervorrichtung 50 und Versorgungsnetz PG 12 eine Spannungsanpassungsvorrichtung in Form einer Transformatorvorrichtung 76 in 6a und in Form einer Phasenanschnittsteuereinrichtung 36 in 6b dargestellt. Die Transformatorvorrichtung 76 ermöglicht eine feste Anpassung der Spannungshöhe des Versorgungsnetzes 12 an den Eingang der Ladeumrichtervorrichtung 50. Eine adaptive Spannungsanpassung kann durch eine Phasenanschnittsteuereinrichtung 36 ermöglicht werden, um insbesondere einen Low/High-Voltage-Ride-Through-Betrieb zu ermöglichen. So kann im Falle von Überspannung die Phasenanschnittsteuereinrichtung 36 ein Herabsetzen des Spannungsniveaus ermöglichen, um die Ladeumrichtervorrichtung 50 vor Überspannung zu schützen.
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In einer weiteren Ausführungsform in 7, die der Ausführungsform in 3 ähnelt, sind zum adaptiven Abschalten der Ladeumrichtervorrichtung 50 oder der Motorumrichtervorrichtungen 52 parallel geschaltete Schaltelemente 78 als Überbrückungs-Schalteinrichtungen vorgesehen, durch die beispielsweise ein Wegschalten bei Ausfall einer Umrichtervorrichtung 50, 52 durchgeführt werden kann, um eine hohe Redundanz und eine Notfallbetriebssicherheit der Ansteuerschaltung 46 zu gewährleisten. So kann bei Ausfall der zentralen Ladeumrichtervorrichtung 50 diese überbrückt werden, und eine in 2 dargestellte Ansteuerschaltung 10 nach dem Stand der Technik ausbilden. Beim Ausfall einer einzelnen Motorumrichtervorrichtung 52 kann ein selektiver Betrieb des betroffenen Pitchmotors 28 durch die Ladeumrichtervorrichtung 50 bereitgestellt werden.
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Das Lokalnetz 54 kann als IT-Netz ohne Erdung ausgebildet sein, wobei eine Isolationsüberwachungsvorrichtung 118 die Isolationsverhältnisse der Phasen gegenüber leitfähigen Teilen überwachen kann, wobei beim Schluss einer einzigen Phase zunächst ein weiterer Betrieb ermöglicht ist. Erst wenn zwei Phasen einen Erdschluss aufweisen, würde es zu einem Ausfall der Ansteuerschaltung kommen. Hierdurch werden eine Absenkung der Fehleranfälligkeit und eine höhere Robustheit der Ansteuerschaltung 46 gewährleistet.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel 48 in 8 ist jeder Motorumrichtervorrichtung 52 eine eigene Ladeumrichtervorrichtung 50 vorgeschaltet. Durch eine Schaltmatrix, bestehend aus Kopplungs-Schalteinrichtungen K312, K313 und K323 80 kann praktisch jede Ladeumrichtervorrichtung 50 mit jeder Motorumrichtervorrichtung 52 beliebig verbunden werden, so dass bei Ausfall einer oder zweier Ladeumrichtervorrichtungen 50 ein weiterer Betrieb einer Motorumrichtervorrichtung 52 gewährleistet werden kann. Des Weiteren sind jeder Umrichtervorrichtung 50, 52 eine Überbrückungs-Schalteinrichtung 78 parallel geschaltet, so dass eine Motorumrichtervorrichtung 52 und/oder eine Ladeumrichtervorrichtung 52 überbrückt werden kann und somit ein weiterer Betrieb des Pitchmotors 28 durch die jeweils weiterhin vorgeschaltete Ladeumrichter-/Motorumrichtervorrichtung 50, 52 gewährleisten kann. Somit wird eine höchstmögliche Redundanz und Wahlfreiheit beim Betrieb der Ansteuerschaltung gegeben, so dass eine hohe Robustheit und Langlebigkeit erreicht werden kann. Vorteilhafterweise sind Motor- und Ladeumrichtervorrichtung 50, 52 identisch aufgebaut, so dass viele Gleichbaugruppen eingesetzt werden können.
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In der 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 98 einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung dargestellt. Diese kann in einem Normalbetrieb nach dem Stand der Technik die jeweiligen Pitchmotoren 28 durch Motorumrichtervorrichtungen 52 ansteuern. In einem Lademodus, in dem kein Antrieb der Pitchmotoren 28 erfolgt, kann durch eine Schaltmatrix umfassend Rückkopplungs-Schalteinrichtungen 94 jede Motorumrichtervorrichtung 52 als Ladeumrichtervorrichtung 50 für eine andere Motorumrichtervorrichtung 52 dienen, und so eine kontrollierte Aufladung einer in der Motorumrichtervorrichtung 52 integrierten Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 bereitstellen. Somit können zumindest zwei von drei Notbetriebsversorgungseinrichtungen 56 gleichzeitig durch einen rückwärtsgerichteten Betrieb einer Motorumrichtervorrichtung 52 aufgeladen werden. Hierdurch werden mit nur drei Umrichtervorrichtungen 52 die erfinderischen Vorteile erreicht, wobei in der Regel kein gleichzeitiger Pitch- und Ladebetrieb erfolgen kann. Zur Freischaltung gegenüber dem Versorgungsnetz 12 sind Netz-Freischalteinrichtungen 96 zum Abkoppeln der jeweils aufzuladenden Motorumrichtervorrichtungen 52 vorgesehen. Des Weiteren sind im Ladebetrieb die jeweiligen Pitchmotoren 28 der als Ladeumrichtervorrichtung 50 dienenden Motorumrichtervorrichtung 52 von der Umrichtervorrichtung 52 abgekoppelt, was mittels Motorentkopplungs-Schalteinrichtung 92 erreicht wird.
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Es ist durchaus denkbar, einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele von Ansteuerschaltungen der 3 bis 9 zu kombinieren, um vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung zu erreichen.
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In der 10 ist ein B12-Gleichrichter 88 dargestellt, der einen YΔ Transformator 88 umfasst, der mit sechs Phasen eine 12p-Gleichrichtereinrichtung 90 speist. Der YΔ-Transformator 88 umfasst zwei Sätze von Transformatorspulen, wobei eine in Dreieck- und eine in Sternschaltung geschaltet ist. Die 12p Gleichrichtereinrichtung 90 umfasst zwei Brückengleichrichterschaltungen, wobei eine Brückengleichrichterschaltung die Phasen der Sterntransformatorschaltung und eine Brückengleichrichterschaltung die Phasen des Dreieckstransformatorspulen gleichrichtet. Mit dieser kann ein Drehstrom in eine qualitativ hochwertige Gleichspannung mit geringen Oberwellen umgewandelt werden, um hieraus eine Ladespannung für eine hochkapazitive Notbetriebsversorgungseinrichtung 56 bereitstellen zu können. Ein B12-Gleichrichter 88 kann vorteilhaft in einer Ausführungsform der Erfindung zur Bereitstellung einer Zwischenkreis- und Ladespannung eingesetzt werden.
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In der 11 ist eine AFE-Umrichtervorrichtung 82 dargestellt (active front end), die eine aktive Gleichrichtereinrichtung 84, einen Zwischenkreis 34 und eine Wechselrichtereinrichtung 16 umfasst. Die Gleichrichtereinrichtung 84 ist identisch zu einer Wechselrichtereinrichtung 16 aufgebaut. Die AFE-Umrichtervorrichtung 82 kann sowohl als Ladeumrichtervorrichtung 50 als auch als Motorumrichtervorrichtung 52 eingesetzt werden. Die aktive Gleichrichtervorrichtung 84 kann alternativ eine Phasenanschnittsteuereinrichtung umfassen, um eine variable Höhe der Zwischenkreisspannung einstellen zu können.
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Schließlich zeigt 12 einen trapezförmigen Spannungsverlauf eines dreiphasigen Lokalnetzes 54, wobei die jeweils um 120° versetzten Phasen U, V, W einen trapezförmigen Verlauf und somit eine durchgehende Maximalspannung bereitstellen können. Hierdurch wird eine maximale Energiezulieferung in ein Lokalnetz 54 ermöglicht, um einen hohen Ladestrom, insbesondere bei niedrigem Ladezustand, der Notbetriebs-Energieversorgungseinrichtung 56 bereitstellen zu können.
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Die einzelnen Schalteinrichtungen 80, 92, 94 in den 7, 8 und 9 sind individuell schaltbar und lassen sich in die verschiedensten Schaltpositionen unabhängig voneinander verschalten. Sie können als mechanische Schaltrelais, aber auch als elektronische Leistungsschaltelemente ausgeführt sein, und sind in der Regel dreiphasig ausgebildet.
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Ist die Ladeumrichtervorrichtung zentral in einer Gondel oder im stehenden Teil einer Energieerzeugungsanlage angeordnet, so werden die Umgebungsbedingungen wie thermische Belastung oder mechanischer Stress der Ladeumrichtervorrichtung reduziert. Eine Informationsübertragung, beispielsweise des Ladezustands, kann über die Schleifring-Kontaktvorrichtung 62 beispielsweise durch eine Trägerfrequenzübertragung ermöglicht werden. Eine Phasenanschnittsteuereinrichtung oder eine Transformatorvorrichtung vor der Ladeumrichtervorrichtung kann eine Anpassung an eine variierende Versorgungsnetzspannung erreichen. Wird eine Transformatorvorrichtung oder eine Phasenanschnittsteuerung zwischen der Ladeumrichtervorrichtung im Lokalnetz und vor den Motorumrichtervorrichtungen vorgesehen, so kann im Ladebetrieb die Lokalnetzspannung auf eine geeignete Ladespannung der Notbetriebsversorgungseinrichtung eingestellt werden, und die Ladeumrichtervorrichtung kann mit geringen Strömen und reduzierten elektrischen Verlusten eine effiziente und schonende Aufladung erreichen. Durch den Einsatz einer erhöhten Frequenz im Lokalnetz kann ein Transformator baulich klein ausgeführt werden. Wird eine Transformatorvorrichtung vor der Ladeumrichtervorrichtung eingesetzt, so bieten sich ein B12-Transformator und eine 6p-Gleichrichtereinrichtung an, um eine Netzrückwirkung zu minimieren. Eine Isolationsüberwachungsvorrichtung kann vorteilhafterweise in der Ladeumrichtervorrichtung integriert sein, um ein erdfreies Lokalnetz überwachen zu können. Für eine Trägerfrequenzinformationsübertragung kann ein Trägerfrequenzstandard mit relativ niedriger Datenrate verwendet werden, wobei beispielsweise die Informationsübertragung eines Ladezustands einer einzelnen Motorumrichtervorrichtung über eine Phase des Lokalnetzes übertragen werden kann. Durch den Einsatz einer Drosselspule kann die Aufladung einer Notbetriebsversorgungseinrichtung weiterhin verbessert werden, da der Wechselstromanteil reduziert werden kann. Die Ladeumrichtervorrichtung kann als blockkommentiertes rückspeisefähiges Active-Front-End ausgeführt sein, um den Energieaustausch zwischen den Umrichtervorrichtungen zu ermöglichen. Alternativ zu einer variablen Spannung im Lokalnetz kann die Spannung im Lokalnetz auch fix eingestellt sein und der Ladestrom kann über eine gesteuerte Eingangsgleichrichtereinrichtung in der Motorumrichtervorrichtung eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung des Stands der Technik
- 12
- Versorgungsnetz
- 14
- Pitchmotor-Umrichtervorrichtung
- 16
- Gleichrichtereinrichtung
- 18
- Wechselrichtereinrichtung
- 20
- DC-Glättungseinrichtung / Notbetriebsversorgungseinrichtung
- 22
- Gleichrichterdiode
- 24
- Wechselrichter-IGBT
- 26
- Freilaufdiode
- 28
- Pitchmotor
- 30
- Motorstrang
- 32
- Motor-Versorgungsphase
- 34
- DC-Zwischenkreis
- 36
- Phasenanschnittsteuereinrichtung
- 38
-
- 40
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung
- 42
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung
- 44
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung
- 46
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung
- 48
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung
- 50
- Ladeumrichtervorrichtung
- 52
- Motorumrichtervorrichtung
- 54
- Lokalnetz
- 56
- Hochkapazitive Notbetriebsversorgungseinrichtung
- 58
- Ladestrom-Sensoreinrichtung
- 60
- Ladeumrichter-Steuervorrichtung
- 62
- Schleifring-Kontaktvorrichtung
- 64
- Informationsübertragungsvorrichtung
- 66
- Powerline-Koppeleinrichtung-Rotationsseite
- 68
- Powerline-Koppeleinrichtung-Stationärseite
- 70
- Filtervorrichtung
- 72
- Filterdrossel
- 74
- Filterkapazität
- 76
- Transformatorvorrichtung
- 78
- Überbrückungs-Schalteinrichtung
- 80
- Kopplungs-Schalteinrichtung
- 82
- AFE-Umrichtervorrichtung
- 84
- Aktive Gleichrichtereinrichtung
- 86
- B12-Transformator und Gleichrichtereinrichtung
- 88
- YΔ-Transformator
- 90
- 6p-Gleichrichtereinrichtung
- 92
- Motorentkopplungs-Schalteinrichtung
- 94
- Rückkopplungs-Schalteinrichtung
- 96
- Netz-Freischalteinrichtung
- 98
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung
- 100
- Windkraftanlage
- 102
- Mast
- 104
- Gondel
- 106
- Rotornabe
- 108
- Rotorblatt
- 110
- Pitchstellvorrichtung
- 112
- Pitchgetriebe
- 114
- Pitchgetriebe-Antriebswelle
- 116
- Pitchwinkel
- 118
- Isolationsüberwachungsvorrichtung
