WO2012095233A2 - Ansteuerschaltung und –verfahren für umrichter von windenergieanlagen - Google Patents

Ansteuerschaltung und –verfahren für umrichter von windenergieanlagen Download PDF

Info

Publication number
WO2012095233A2
WO2012095233A2 PCT/EP2011/072832 EP2011072832W WO2012095233A2 WO 2012095233 A2 WO2012095233 A2 WO 2012095233A2 EP 2011072832 W EP2011072832 W EP 2011072832W WO 2012095233 A2 WO2012095233 A2 WO 2012095233A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactive power
inverter
gain value
network
side inverter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/072832
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012095233A3 (de
Inventor
Heinz-Hermann Letas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senvion GmbH
Original Assignee
Repower Systems SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Repower Systems SE filed Critical Repower Systems SE
Priority to ES11807885.6T priority Critical patent/ES2562822T3/es
Priority to US13/824,255 priority patent/US8934270B2/en
Priority to DK11807885.6T priority patent/DK2664047T3/da
Priority to CA2813022A priority patent/CA2813022C/en
Priority to EP11807885.6A priority patent/EP2664047B1/de
Priority to CN201180045928.6A priority patent/CN103201925B/zh
Publication of WO2012095233A2 publication Critical patent/WO2012095233A2/de
Publication of WO2012095233A3 publication Critical patent/WO2012095233A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC
    • H02M5/42—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1892—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks the arrangements being an integral part of the loads or of their control circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Definitions

  • the invention relates to a method of controlling a converter of a wind turbine which is connected to the rotor of a dop ⁇ pelt-fed asynchronous generator for feeding elekt ⁇ -driven energy in an electrical network wherein the converter combines environmentally a grid-side inverter, and a control a generator-side inverter, which Setpoints for requested reactive power to at least one of the inverters outputs.
  • the invention also relates to a device with a corresponding be ⁇ driven inverter.
  • Modern wind turbines are usually executed at speed varia and have a converter.
  • the generator can rotate at a speed determined by the wind speed and thereby generate electrical energy with ent ⁇ speaking speed-dependent frequency.
  • This variable-frequency electrical energy is converted by the converter s that it is suitable for feeding into a fixed-frequency supply network (usually 50 Hz).
  • Derar ⁇ term inverter usually include two inverters, which are connected via a DC link.
  • ei ⁇ ner of the inverter is connected to the grid and is acted upon in operation with the mains frequency (grid-side inverter), while the other inverter (maschi nen industrialer inverter) connected to the generator is, wherein the voltage applied to it is determined inter alia by the speed of the wind rotor.
  • Such Umrich ⁇ ter can be designed as a full or as a partial converter, the latter in particular in combination with a double-fed induction machine.
  • the spread of wind turbines and the increase in the installed reactive power is no longer just a simple feed of active power in the electrical network required, but it is an operation of the wind turbines desired, which provides additional services for the network.
  • the so-called system services for the network include in particular the feeding of reactive power, for example, to support the network at a reduced voltage or network frequency.
  • the converter which is usually designed for only one third of the total electrical power of the wind energy plant, can no longer achieve the currents required in addition to the grid support. This is especially true when due to under-voltage or low grid frequency unfavorable operating conditions prevail, leading to already increased currents.
  • additional complications can result from additional requirements, such as the desire for a low-noise operation and, often associated with, an operation in the range of Syn ⁇ chronnaviere.
  • provision of reactive power to at least one of the inverters is to determine a reactive power setpoint signal for the portion which one of the inverters contributes to the required reactive power. Signal from frequency of the network and speed of the Genera ⁇ sector, calculating a gain value in response to the slip signal, modifying the reactive power ⁇ target signal for this inverter by means of the gain value and an opposite change of the reactive power ⁇ target signal for the other of the inverter.
  • the core of the invention is the idea of determining the reactive power to be supplied by one of the inverters, preferably the network side, to be supplied to a gain function dependent on the slip of the generator.
  • the slip-dependent gain function produces a magnification or reduction ⁇ fication of the services provided by this inverter portion at the desired reactive power.
  • this inverter provides the required reactive power, depending on the slip state of the wind turbine.
  • the proportion of the grid-side inverter with no or little slip ie when operating at or near the synchronization point, ie in the synchronous area
  • the proportion of the grid-side inverter with no or little slip can be increased to relieve the machine-side inverter often operated at its load limit in the synchronous area - conversely needs in size ⁇ rem slip of the line converter not to take such a large share, but can contribute a smaller part of the reactive power.
  • the invention has recognized that with this slip-dependent enlargement / reduction, the distribution of the reactive power to the two inverters can be optimized over a wide operating range and not only, as in the solutions known from the prior art, at individual, discrete predetermined operating points.
  • the invention achieves that the distribution of the reactive power to the two inverters can be adapted accordingly even if the mains frequency deviates from the nominal frequency. While there is conventionally an increase in the mains frequency due to the associated reduction of the slip to a problematic higher current load of the rotor windings, thanks to the inventively modified setpoint reduction even an overall larger contribution of the inverter can be achieved.
  • the invention provides a high level of robustness against deviations of the mains frequency over a wide operating range.
  • the usability of the wind turbine is thus improved, in particular the possibility of operating with low-noise and lower speeds with higher torque, which previously went hand in hand with an excessive load on the inverter.
  • the amplification value is preferably calculated by means of an Er ⁇ set function.
  • this replacement function the system behavior can be mapped mathematically.
  • a simplified equivalent model of the wind turbine electrical ⁇ rule system is based on here.
  • a quadratic replacement function has proven itself.
  • an opposing desired value specification takes place in relation to the other inverter, so that there is no change with respect to the network.
  • the invention allows a closed representation of the replacement function for calculating the gain value. It can be multi-limbed by using in the calculation of the gain value a basic function, which is preferably a quadratic function, and additional correction terms are formed. However, it is preferable to retrieve the values from a look-up table (LUT). In the LUT, a number of support points can be defined, which are specially adapted to the respective wind turbines and their components.
  • the value pairs are each advantageously determined so that the line-side inverter is virtually fully utilized for the reactive power provision in a speed range up to the lower basic value of the synchronous range Range from the lower to the upper limit of the synchronous range of the machine-side inverter ⁇ is practically fully utilized, and above the upper
  • the basic value of the synchronous range in turn, the contribution of the machine-side inverter is more narrowly limited.
  • the modification of the target value for the reactive power by means of the gain value is advantageously carried out by modulating. This can be done in a particularly simple manner by multiplying.
  • the reactive power calculation is carried out based on current ⁇ a fixed voltage, which preferably corresponds to the voltage value for the lower limit of a voltage tolerance band (übli ⁇ chulate 90% of the rated voltage or -10% tolerance gegenübe the design voltage).
  • a voltage tolerance band preferably corresponds to the voltage value for the lower limit of a voltage tolerance band (übli ⁇ chulate 90% of the rated voltage or -10% tolerance gegenübe the design voltage).
  • the amplification function can be multi-limbed.
  • an additional element may be provided which does not take into account a fixed voltage but a variable voltage (eg the rotor voltage) and / or further parameters (for example the temperature of the inverter).
  • Multi-membered in the context of this invention also covers the use of multiple variables, eg. B. for a family of characteristics.
  • the invention further relates to a converter or a wind turbine with a controller designed to carry out the above method.
  • a converter or a wind turbine with a controller designed to carry out the above method.
  • the invention will be explained in more detail with reference to the drawing with reference to an advantageous embodiment. Shown is a schematic overall view of a wind ⁇ energieanläge;
  • 9 shows a characteristic diagram with an idealized and a support-site-based amplification function; and 10 shows a characteristic diagram of a variant.
  • a wind rotor 12 of a wind turbine is rotated by the wind.
  • the wind rotor 12 is connected via a gear 30 to a generator 3 and rotates a rotor 32 of the generator 3 in rotation.
  • a stator 31 of the generator 3 is connected via cable 13 in the tower 10 of the wind turbine and a transformer 18 to an electrical network 9.
  • the rotor 32 of the generator 3 is connected to a converter 4, which in turn is also connected via line cable 14 in the tower 10 to a second primary winding of the transformer 18 and above to the electrical network 9.
  • a controller 5 for the inverter 4 which in turn is connected to an operating controller 2.
  • the transformer 18 is designed in the illustrated embodiment with three windings, so each with separate windings, the lines 13 and 14 from the stator 31 and rotor 32nd Embodiments with only two or another, higher number of windings are also possible.
  • the interaction of the generator 3 and the inverter 4 is shown in more detail in FIG.
  • the converter 4 comprises a generator-side inverter 42 and a network-side inverter 41, which are connected via a DC voltage intermediate circuit 40 (alternatively, a DC intermediate circuit can also be provided).
  • the generator-side converter 42 is connected to the rotor 32.
  • the grid-side inverter 41 is connected via a throttle 43 a line 14 connected to the transformer 18.
  • the controller 5 is provided, the inverter via inverter 51, 52 (shown in dashed lines in Fig. 3) which control their respective associated inverter 41, 42.
  • FIG. 2 a completely shows the performance-relevant topology of the wind power plant.
  • the generator 3 generates with its stator 31, a reactive power Ql and an active power PI with a voltage Ul and outputs them to the transformer 18 from.
  • the rotor 32 is supplied with an active power P2 and a reactive power Q2 from the machine-side inverter 42 at a voltage U2.
  • a current limit in the amount of I2max must be taken into account.
  • the grid-side inverter 41 feeds the power P3 and the reactive power Q3 into the transformer 18 at a voltage of U3.
  • the current limit I3max must be observed.
  • the transformer 18 transmits the active power P T and Q T to the network 9 at ei ⁇ ner voltage U N.
  • FIG. 2b shows a simplified representation, which is used as the basis for the consideration according to the invention.
  • the system formed by the generator 3 and inverter 4 is converted to the voltage level U N of the network 9; the transformer ⁇ 18 therefore falls out of consideration.
  • the lowest permissible voltage in the tolerance band always prevails, ie, for example.
  • the controller 5 is shown as a block diagram in FIG. 4. It comprises a control core 50, to which a control vector F with setpoint signals from the operation control 2 is applied.
  • the control core 50 determines from the control vector F a signal for a desired value of the total reactive power to be provided.
  • This signal Q T is the core of control 50 is likely ⁇ to an input of a characteristic element 53rd
  • the characteristic element 53 includes a characteristic ent ⁇ speaking a linear limiting function which to be supplied from the grid-side inverter 41 reactive power component Q3 determined in a known manner depending on the requested total reactive power Q T ', and provides at its output.
  • This signal is routed to the inverter ⁇ terregler 51 for the network-side inverter 41, but not created according to the invention directly.
  • a slip value s is applied as an input signal.
  • This is determined by an upstream slip calculation block 54, to which values for the network frequency f and for the rotational speed n of the generator 3 are applied as input signals.
  • the slip ⁇ calculation block 54 does not necessarily need to be part of the controller 5, but just as well can be arranged externally, for example.
  • the slip signal s would be created as part of the guide ⁇ vector to controller 5 and to the gain block ⁇ 55th
  • the reinforcing block 55 contains a functional element which has a support point true characteristic maps. An example of this is shown in FIG.
  • the gain block 55 determines a gain value c.
  • the controller can also be designed as a compact unit and integrated into one of the inverter controllers 51, 52, for example into the inverter controller 52. This makes it possible to simplify the signal path by only supplying the signal for the total reactive power Q T to the integrated circuit machine-side inverter 52 is applied.
  • the target value for the total ⁇ reactive power Q T is applied to one input of the characteristic block 53rd This determines based on the illustrated
  • Limiter function that portion that is to be provided by the grid-side inverter 41.
  • the designations of FIG. 2 are therefore a Ron determination of Q3soll or I3bseters. However, this value is not applied directly to the inverter 51, but multiplied by a gain value from the gain function block 55 for further processing. It should be noted that other variables may be considered, for example, s may be selected a characteristic of a Kennli ⁇ nienschar (s. with dashed line in Fig. 6). depending on the slip.
  • the gain block 55 includes a support points determined by characteristic curve, wherein the regions between the support ⁇ are linearized by splines.
  • the gain value is he ⁇ averages, which is modulated onto the set value for the mains can gen inverter 51 by means of the block 56th
  • the gain value c reaches the largest value (magnification ⁇ tion) and the network-side inverter takes a large share of the target reactive power.
  • a smaller gain value is determined (reduction), which is used by the grid-side inverter only to a correspondingly lesser extent for the generation of reactive power.
  • An additional member 59 for the amplification function is shown in FIG. It comprises in the shown execution example ⁇ inputs for the voltage (eg. Voltage rotor) its current and temperature are fed to the inverters 41, 42. Its output signal is modulated as with the gain block 55, either with the same block 56 or with another block 56 'in which, if necessary, another function for modulating is implemented. Thus, a further change in the gain value can be achieved, for example a shift to higher or lower slip values.
  • Two application examples are shown in FIG. 8. In
  • FIG. 8b above shows the gain values resulting from the different rotational speeds, depending on the network frequency, in the case of a quadratic amplification function. Values up to 0.5 are achieved, which means that the grid-side inverter 41 takes up to half of the reactive power to be provided. The torque which is possible in this distribution between the network-side and machine-side inverters 41, 42 and which can still be picked up without overloading is shown below in FIG. 8b. It can be seen that both at low (46
  • the invention thus achieves that the maximum permissible torque in the synchronous range can be significantly increased thanks to the reactive power distribution which is improved by the amplification function.
  • This is illustrated in FIG. 9.
  • the dashed lines show the maximum torque at different speeds in a wind turbine according to the prior art and the solid line in a wind turbine according to the invention.
  • the invention achieves that the conventionally experienced nega- tive loading effects are absorbed by the slip control of the gain function with a change of the network frequency by yaws to be increasing actual currents in a power path (rotor or stator) in accordance with a reduction in reactive currents rea ⁇ , and the reduced part is relocated to the other power path accordingly. This is accompanied by an expansion of the torque spectrum at extreme speeds .
  • the invention allows by including correction terms in the amplification function or of targeted reduction of support points, a fine adjustment, whereby all components in the power path taken into account who can ⁇ and overloads can be prevented. It is also possible to use several characteristics store, and thus generate different torque limit curves.
  • the amplification function illustrated in FIG. 5 can be modified.
  • An example of such a variant is shown in FIG.
  • the amplification function is largely similar to that shown in FIG. 5c.
  • the higher slip region s, however, it rises steeply, then to remain at a high gain value c. With this course of Ver ⁇ strengthening function better protection can be achieved against overload.
  • the variant not only to transfer the high gain value c is the reactive power ⁇ levy on the line-side converter, but lower by the high reactive power the rotor voltage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters (4) einer Windenergieanlage, der an einem Rotor (32) eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators (3) zur Einspeisung elektrischer Energie in ein elektrisches Netz (9) angeschlossen ist, wobei der Umrichter (4) einen netzseitigen Wechselrichter (41), einen generatorseitigen Wechselrichter (42) und eine Steuerung (5) umfasst, die Sollwerte für angeforderte Blindleistung an mindestens einen der Wechselrichter (41, 42) ausgibt. Die Erfindung sieht vor ein Bestimmen eines Blindleistungssollsignals für den Anteil, den der netzseitige Wechselrichter (41) zur angeforderten Blindleistung QT beiträgt, Bestimmen eines Schlupfsignals (s) aus der Frequenz des Netzes (9) und Drehzahl des Generators (3), Berechnen eines Verstärkungswerts in Abhängigkeit von dem Schlupfsignal s, Modifizieren des Verstärkungswerts auf das Blindleistungssollsignal für den netzseitigen Wechselrichter. Die Verteilung der Blindleistung auf die beiden Wechselrichter wird so über einen weiten Betriebsbereich hinweg optimiert, nicht nur wie im Stand der Technik an einzelnen vorbestimmten Betriebpunkten. Die Erfindung erstreckt sich weiter auf eine Windenergieanlage mit einer entsprechend ausgebildeten Umrichtersteuerung.

Description

Ansteuerschaltung und -verfahren für Umrichter von Windenergieanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters einer Windenergieanlage, der am Rotor eines dop¬ pelt gespeisten Asynchrongenerators zur Einspeisung elekt¬ rischer Energie in ein elektrisches Netz angeschlossen ist wobei der Umrichter einen generatorseitigen Wechselrichter einen netzseitigen Wechselrichter und eine Steuerung um- fasst, die Sollwerte für angeforderte Blindleistung an min destens einen der Wechselrichter ausgibt. Die Erfindung be trifft ferner eine Vorrichtung mit einem entsprechend be¬ triebenen Umrichter.
Moderne Windenergieanlagen sind in der Regel drehzahlvaria bei ausgeführt und weisen einen Umrichter auf. Damit kann der Generator mit einer durch die Windstärke bestimmten Drehzahl umlaufen und dabei elektrische Energie mit ent¬ sprechend drehzahlabhängiger Frequenz erzeugen. Diese frequenzvariable elektrische Energie wird von dem Umrichter s umgeformt, dass sie zur Einspeisung in ein festfrequentes Versorgungsnetz (üblicherweise 50 Hz) geeignet ist. Derar¬ tige Umrichter umfassen üblicherweise zwei Wechselrichter, die über einen Zwischenkreis verbunden sind. Dabei ist ei¬ ner der Wechselrichter mit dem Netz verbunden und ist im Betrieb mit der Netzfrequenz beaufschlagt (netzseitiger Wechselrichter) , während der andere Wechselrichter (maschi nenseitiger Wechselrichter) mit dem Generator verbunden ist, wobei die an ihm anliegende Frequenz unter anderem von der Drehzahl des Windrotors bestimmt ist. Derartige Umrich¬ ter können als Vollumrichter oder als Teilumrichter ausgeführt sein, letztere insbesondere in Kombination mit einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine. Mit zunehmender
Verbreitung von Windenergieanlagen und dem Anstieg der installierten Blindleistung wird aber nicht mehr nur ein einfaches Einspeisen von Wirkleistung in das elektrische Netz gefordert, sondern es ist ein Betrieb der Windenergieanla- gen erwünscht, welcher zusätzliche Dienstleistungen für das Netz erbringt. Die sogenannten Systemdienstleistungen für das Netz umfassen insbesondere das Einspeisen von Blindleistung, bspw. zur Stützung des Netzes bei erniedrigter Spannung bzw. Netzfrequenz. Hierbei kann insbesondere bei den für Windenergieanlagen mit höherer Leistung häufig verwendeten doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren das Problem entstehen, dass der zumeist nur für ein Drittel der elektrischen Gesamtleistung der Windenergieanlage ausgelegte Umrichter die zusätzlich zur Netzstützung notwendigen Ströme nicht mehr erreichen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn aufgrund von Unterspannung oder niedriger Netzfrequenz ungünstige Betriebsbedingungen herrschen, die zu ohnehin erhöhten Strömen führen. Außerdem können sich zusätzliche Komplikationen durch Zusatzanforderungen ergeben, wie bspw. das Verlangen nach einem schallarmen Betrieb und, häufig damit verknüpft, einen Betrieb im Bereich der Syn¬ chrondrehzahl .
Es ist bekannt, zur besseren Ausnutzung des Umrichters den Blindleistungsstrom für den netzseitigen Wechselrichter linear abhängig von der gesamten Blindleistungsvorgabe zu bestimmen. Damit wird die Ausnutzung des Umrichters in Be¬ zug auf die Blindleistungsgewinnung zwar verbessert, jedoch geht damit die Gefahr einer Überlastung vor allem in kritischen Betriebssituationen nahe dem Synchronpunkt einher. Weiter ist vorgeschlagen worden, im Betrieb die Verteilung der Blindleistung zwischen den beiden Wechselrichtern des Umrichters dynamisch zu verändern. Dies soll in Abhängigkeit davon geschehen, ob bestimmte vordefinierte Bedingun¬ gen erfüllt sind, um dann denjenigen der Wechselrichter mit höherer Wirkleistungsbelastung von Blindleistung zu entlasten. Es hat sich gezeigt, dass das vorgeschlagene Konzept gewisse Schwierigkeiten bei der Abstimmung bereitet, und sich häufig nur auf einen Betrieb im Nennpunkt bei Nenn¬ drehzahl, Nennleistung und bei Netznennfrequenz abstimmen lässt . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Blindleis¬ tungsbereitstellung zu verbessern, insbesondere die Ausnutzung des Umrichters zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen der un- abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Ge¬ genstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem Verfahren zum Steuern eines Umrichters einer Windenergieanlage, der an einen Rotor eines doppelt ge- speisten Asynchrongenerators zur Einspeisung elektrischer Energie an ein elektrisches Netz angeschlossen ist, wobei der Umrichter einen generatorseitigen Wechselrichter, einen netzseitigen Wechselrichter und eine Steuerung umfasst, die Sollwerte für angeforderte Blindleistung an mindestens ei- nen der Wechselrichter ausgibt, ist gemäß der Erfindung vorgesehen ein Bestimmen eines Blindleistungssollsignals für den Anteil, den einer der Wechselrichter zur angeforderten Blindleistung beiträgt, ein Bestimmen eines Schlupf- Signals aus Frequenz des Netzes und Drehzahl des Genera¬ tors, ein Berechnen eines Verstärkungswerts in Abhängigkeit von dem Schlupfsignal , ein Modifizieren des Blindleistungs¬ sollsignals für diesen Wechselrichter mittels des Verstärkungswerts und ein gegenläufiges Ändern des Blindleistungs¬ sollsignals für den anderen der Wechselrichter.
Kern der Erfindung ist der Gedanke, zur Bestimmung der von einem der Wechselrichter, vorzugsweise dem netzseitigen, zu liefernden Blindleistung einer vom Schlupf des Generators abhängigen Verstärkungsfunktion zu unterwerfen. Die
schlupfabhängige Verstärkungsfunktion erzeugt eine Vergrö¬ ßerung bzw. Verkleinerung des von diesem Wechselrichter erbrachten Anteils an der Sollblindleistung. Mittels der Vergrößerung bzw. Verkleinerung wird eine Modulation des Anteils erreicht, den dieser Wechselrichter zur geforderten Blindleistung liefert, und zwar in Abhängigkeit von dem Schlupfzustand der Windenergieanlage. So kann bspw. dank der Erfindung der Anteil des netzseitigen Wechselrichters bei keinem oder nur geringem Schlupf (also bei Betrieb im oder nahe am Synchronpunkt, d. h. im Synchronbereich) erhöht werden, um den beim Betrieb im Synchronbereich häufig an seiner Belastungsgrenze betriebenen maschinenseitigen Wechselrichter zu entlasten - umgekehrt braucht bei größe¬ rem Schlupf der netzseitige Wechselrichter nicht mehr einen so großen Anteil zu übernehmen, sondern kann einen kleineren Teil der Blindleistung beisteuern.
Die Erfindung hat erkannt, dass mit dieser schlupfabhängigen Vergrößerung/Verkleinerung die Verteilung der Blindleistung auf die beiden Wechselrichter über einen weiten Betriebsbereich hinweg optimiert werden kann und nicht nur, wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, an einzelnen, diskreten vorbestimmten Betriebspunkten. Indem auf den Schlupf als Eingangsparameter abgestellt wird, erreicht die Erfindung, dass auch bei Abweichungen der Netzfrequenz von der Nennfrequenz die Verteilung der Blind- leistung auf die beiden Wechselrichter entsprechend ange- passt werden kann. Während es herkömmlicherweise bei einem Anstieg der Netzfrequenz wegen der damit einhergehenden Verkleinerung des Schlupfes zu einer problematischen höheren Strombelastung der Rotorwicklungen kommt, kann dank der erfindungsgemäß modifizierten Sollwertverkleinerung sogar ein insgesamt größerer Beitrag der Wechselrichter erzielt werden. Damit stellt die Erfindung auch bei dem herkömmlicherweise kritischen Betrieb im Bereich der Synchrondrehzahl eine hohe Robustheit gegenüber Abweichungen der Netz- frequenz bereit, und zwar über einen weiten Betriebsbereich. Die Nutzbarkeit der Windenergieanlage wird damit verbessert, insbesondere die Möglichkeit zum Betrieb mit lärmarmen und niedrigeren Drehzahlen bei gleichzeitig höherem Drehmoment, welche bisher mit einer zu hohen Belastung der Umrichter einhergingen.
Vorzugsweise wird der Verstärkungswert mittels einer Er¬ satzfunktion berechnet. In dieser Ersatzfunktion kann das Systemverhalten mathematisch abgebildet sein. Mit Vorteil wird hier ein stark vereinfachtes Ersatzmodell des elektri¬ schen Systems der Windenergieanlage zugrundegelegt. Bewährt hat sich eine quadratische Ersatzfunktion.
Vorzugsweise erfolgt gegenüber dem anderen Wechselrichter eine gegenläufige Sollwertvorgabe, so dass sich gegenüber dem Netz keine Änderung ergibt. Grundsätzlich ermöglicht die Erfindung eine geschlossene Darstellung der Ersatzfunktion zur Berechnung des Verstärkungswerts. Sie kann mehrgliedrig erfolgen, indem bei der Berechnung des Verstärkungswerts eine Grundfunktion verwendet wird, die vorzugsweise eine quadratische Funktion ist, und zusätzliche Korrekturterme gebildet sind. Bevorzugt ist aber das Abrufen der Werte aus einer Look-up-Tabelle (LUT) . In der LUT kann eine Anzahl von Stützstellen definiert sein, die speziell auf die jeweiligen Windenergieanlagen und deren Komponenten abgestimmt sind. Es wird damit er¬ reicht, dass durch entsprechende Wahl der Stützstellen Be¬ lastungsgrenzen der Komponenten berücksichtigt werden, insbesondere der Wechselrichter sowie die Strombelastbarkeit der Generator- und Transformatorwicklungen und die Strombelastbarkeit der Kabel. So kann vermieden werden, dass Drehmomente angefordert werden, die höher wären als das Nennmo¬ ment. Weiter kann der Eigenverbrauch der Windenergieanlage berücksichtigt werden, welcher je nach Schlupfbedingung (positiv oder negativ) die entsprechende Trafowicklung zusätzlich belastet (Schlupf positiv, untersynchroner Betrieb) oder entlastet (Schlupf negativ, übersynchroner Be¬ trieb) .
Mit der LUT kann derartigen individuellen Abweichungen auf besonders elegante Weise Rechnung getragen werden. Unabhängig davon, ob eine LUT oder ob eine Grundfunktion mit Kor- rekturtermen verwendet werden, sind die Wertpaare jeweils mit Vorteil so bestimmt, dass in einem Drehzahlbereich bis zum unteren Eckwert des Synchronbereichs der netzseitige Wechselrichter praktisch voll für die Blindleistungsbereit¬ stellung genutzt wird, im Bereich vom unteren bis zum oberen Eckwert des Synchronbereichs der maschinenseitige Wech¬ selrichter praktisch voll genutzt wird, und über dem oberen Eckwert des Synchronbereichs der Beitrag des maschinensei- tigen Wechselrichters wiederum enger begrenzt wird.
Das Modifizieren des Sollwerts für die Blindleistung mittels des Verstärkungswerts erfolgt mit Vorteil durch Aufmo dulieren. Dies kann praktisch besonders einfach durch ein Multiplizieren erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung erfolgt die Blindleistungsberechnung strombasiert auf Grund¬ lage einer Fixspannung, die vorzugsweise dem Spannungswert für die untere Grenze eines Spannungstoleranzbandes (übli¬ cherweise 90% der Nennspannung bzw. -10% Toleranz gegenübe der Auslegungsspannung) entspricht. Dies ermöglicht eine einfache Berechnung mit Wirk- und Blindströmen anstelle de Wirk- bzw. Blindleistungen.
Die Verstärkungsfunktion kann mehrgliedrig sein. So kann ein Zusatzglied vorgesehen sein, welches keine Fixspannung sondern eine variable Spannung (z. B. die Rotorspannung) und/oder weitere Parameter (zum Beispiel die Temperatur de Wechselrichter) berücksichtigt. Mehrgliedrig im Sinne dieser Erfindung erfasst auch die Verwendung mehrerer Variablen, z. B. für eine Kennlinienschar.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Umrichter bzw. eine Windenergieanlage mit einer zur Ausführung des obigen Verfahrens entsprechend ausgebildeten Steuerung. Zur nähe¬ ren Erläuterung der Betriebsweise wird auf obige Beschrei¬ bung verwiesen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: eine schematische Gesamtansicht einer Wind¬ energieanläge ;
Leistungsflussdiagramme in originaler und ver¬ einfachter Darstellung; eine schematische Ansicht des Genera¬ tor/Umrichter-Systems der Windenergieanlage gemäß Fig. 1 ; ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsge¬ mäß ausgebildete Steuerung für einen Umrichter;
Diagramme für eine idealisierte und korrigier¬ te Funktion für die Verstärkungswerte; ein Blockdiagramm mit einer Verstärkungsfunktion; ein Zusatzglied für die Verstärkungsfunktion gemäß Fig. 6;
Diagramme für Blindleistung und Drehmoment bei verschiedenen Betriebsbedingungen;
Fig. 9: ein Kennliniendiagramm mit einer idealisierten und einer stützstellenbasierten Verstärkungsfunktion; und Fig. 10: ein Kennliniendiagramm zu einer Variante.
Der generelle Aufbau der Windenergieanlage gemäß einem Aus¬ führungsbeispiel der Erfindung sei anhand von Fig. 1 kurz erläutert. Ein Windrotor 12 einer Windenergieanlage wird durch den Wind in Drehung versetzt. Der Windrotor 12 ist über ein Getriebe 30 mit einem Generator 3 verbunden und versetzt einen Rotor 32 des Generators 3 in Drehung. Ein Stator 31 des Generators 3 ist über Leitungskabel 13 im Turm 10 der Windenergieanlage und einen Transformator 18 an ein elektrisches Netz 9 angeschlossen. Der Rotor 32 des Generators 3 ist an einen Umrichter 4 angeschlossen, der wiederum ebenfalls über Leitungskabel 14 im Turm 10 an eine zweite Primärwicklung des Transformators 18 und darüber an das elektrische Netz 9 angeschlossen ist. Weiter vorgesehen ist eine Steuerung 5 für den Umrichter 4, die wiederum mit einer Betriebssteuerung 2 verbunden ist.
Der Transformator 18 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit drei Wicklungen ausgeführt, also mit jeweils separaten Wicklungen, die Leitungen 13 und 14 vom Stator 31 bzw. Rotor 32. Ausführungen mit nur zwei oder einer anderen, höheren Anzahl von Wicklungen sind ebenfalls möglich.
Das Zusammenwirken des Generators 3 und des Umrichters 4 ist näher in Fig. 3 dargestellt. Der Umrichter 4 umfasst einen generatorseitigen Wechselrichter 42 und einen netz- seitigen Wechselrichter 41, die über einen Gleichspannungszwischenkreis 40 (alternativ kann auch ein Gleichstromzwischenkreis vorgesehen sein) verbunden sind. Der generator- seitige Umrichter 42 ist an den Rotor 32 angeschlossen. Der netzseitige Wechselrichter 41 ist über eine Drossel 43 an eine Leitung 14 zum Transformator 18 angeschlossen. Zur Steuerung des Umrichters 4 ist die Steuerung 5 vorgesehen, die über Wechselrichterregler 51, 52 (in Fig. 3 gestrichelt dargestellt) die den ihnen jeweils zugeordneten Wechsel- richter 41, 42 ansteuern.
Die sich ergebenden Leistungsflüsse werden anhand von Fig. 2 für Wirk- und Blindleistung erläutert. In Fig. 2a ist die leistungsrelevante Topologie der Windenergieanlage voll- ständig dargestellt. Der Generator 3 erzeugt mit seinem Stator 31 eine Blindleistung Ql und eine Wirkleistung PI mit einer Spannung Ul und gibt diese an den Transformator 18 ab. Der Rotor 32 wird versorgt mit einer Wirkleistung P2 und einer Blindleistung Q2 vom maschinenseitigen Wechsel- richter 42 bei einer Spannung U2. Weiter ist für den maschinenseitigen Wechselrichter 42 eine Stromgrenze in Höhe von I2max zu beachten. Der netzseitige Wechselrichter 41 speist die Leistung P3 und die Blindleistung Q3 bei einer Spannung von U3 in den Transformator 18 ein. Hierbei ist die Stromgrenze I3max zu beachten. Der Transformator 18 überträgt die Wirkleistung PT und QT an das Netz 9 bei ei¬ ner Spannung UN.
Fig. 2b zeigt eine vereinfachte Darstellung, welche für die erfindungsgemäße Betrachtung zugrunde gelegt wird. Hier ist das vom Generator 3 und Umrichter 4 gebildete System umgerechnet auf das Spannungsniveau UN des Netzes 9; der Trans¬ formator 18 fällt daher aus der Betrachtung. Weiter wird zur Vereinfachung angenommen, dass stets die im Toleranz- band tiefste zulässige Spannung vorherrsche, also bspw.
UN=0 , 9xUsoll . Durch diese Festspannung können die Wirk- und Blindleistungen umgerechnet werden in entsprechende Wirk- und Blindströme, die durch die jeweiligen Indizes W und B kenntlich gemacht sind.
Die Steuerung 5 ist als Blockdiagramm in Fig. 4 darge- stellt. Sie umfasst einen Regelkern 50, an den ein Steuervektor F mit Sollwertsignalen von der Betriebssteuerung 2 angelegt ist. Der Regelkern 50 bestimmt aus dem Steuervektor F ein Signal für einen Sollwert der bereitzustellenden Gesamtblindleistung. Dieses Signal QT wird von dem Regel- kern 50 an einen Eingang eines Kennlinienglieds 53 ange¬ legt. Das Kennlinienglied 53 enthält eine Kennlinie ent¬ sprechend einer linearen Begrenzungsfunktion, welche in an sich bekannter Weise abhängig von der angeforderten Gesamtblindleistung QT den vom netzseitigen Wechselrichter 41 zu liefernden Blindleistungsanteil Q3' bestimmt und an seinem Ausgang bereitstellt. Dieses Signal wird zum Wechselrich¬ terregler 51 für den netzseitigen Wechselrichter 41 geführt, aber erfindungsgemäß nicht direkt angelegt. Vielmehr bildet es das Rohsignal, das von einem Block für die erfin- dungsgemäße Berechnung des Verstärkungswerts in Abhängig¬ keit von einem Schlupfsignal weiterverarbeitet wird. An dem Verstärkungsblock 55 ist als Eingangssignal ein Schlupfwert s angelegt. Dieser ist bestimmt von einem vorgeschalteten Schlupfberechnungsblock 54, an dem als Eingangssignale Wer- te für die Netzfrequenz f und für die Drehzahl n des Generators 3 angelegt sind. Es sei angemerkt, dass der Schlupf¬ berechnungsblock 54 nicht zwingend ein Teil der Steuerung 5 zu sein braucht, sondern genauso gut auch extern angeordnet sein kann, bspw. als Teil der Betriebssteuerung 2; in die- sem Fall würde das Schlupfsignal s als Teil des Führungs¬ vektors an die Steuerung 5 und damit an den Verstärkungs¬ block 55 angelegt sein. Der Verstärkungsblock 55 enthält ein Funktionsglied, welches eine durch Stützstellen be- stimmte Kennlinie abbildet. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 6 dargestellt. In Abhängigkeit von dem Signal für den Schlupf als Eingangswert bestimmt der Verstärkungsblock 55 einen Verstärkungswert c. Dieser wird über ein Multiplika- tionsglied 56 auf das Ausgangssignal des Blocks 53 aufmodu¬ liert, und das somit erhaltene modifizierte Signal als Sollwert Q3 für die vom netzseitigen Wechselrichter 41 bereitzustellende Blindleistung Q3 an dessen Wechselrichterregler 51 angelegt. Über eine Nachlaufeinheit 57, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Differenzglied ausgebildet ist, wird der verbleibende Restanteil an zu liefernder Blindleistung bestimmt, und als Sollsignal Q2 an den Wechselrichterregler 52 des maschinenseitigen Wechselrichters 42 angelegt. Die Steuerung kann auch als Kompakt- einheit ausgeführt und in eine der Wechselrichtersteuerungen 51, 52 integriert sein, bspw. in den Wechselrichterreg¬ ler 52. Dies ermöglicht eine Vereinfachung des Signalpfads, indem das Signal für die Gesamtblindleistung QT bspw. nur an den integrierten maschinenseitigen Wechselrichter 52 an- gelegt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nun die Wirkung der Verstärkungsfunktion erläutert. Der Sollwert für die Gesamt¬ blindleistung QT ist an einen Eingang des Kennlinienblocks 53 angelegt. Dieser ermittelt anhand der dargestellten
Begrenzerfunktion denjenigen Anteil, der durch den netzseitigen Wechselrichter 41 bereitgestellt werden soll. Mit den Bezeichnungen von Fig. 2 handelt es sich also um eine Ron- Bestimmung von Q3soll bzw. I3Bsoll. Allerdings wird dieser Wert nicht direkt an den Wechselrichter 51 angelegt, sondern zur Weiterverarbeitung mit einem Verstärkungswert aus dem Verstärkungsfunktionsblock 55 multipliziert. Es sei angemerkt, dass weitere Variablen berücksichtigt sein können, bspw. je nach Schlupf s eine Kennlinie aus einer Kennli¬ nienschar (s. gestrichelte Darstellung in Fig. 6) ausgewählt sein kann. Der Verstärkungsblock 55 enthält eine durch Stützstellen bestimmte Kennlinie, wobei die Bereiche zwischen den Stütz¬ stellen durch Splines linearisiert sind. Die Kennlinie äh¬ nelt im Idealfall einer negativ quadratischen Funktion mit Maximum auf der Y-Achse. Eine solche Ersatzfunktion ist in Fig. 5a dargestellt. Zur Anpassung an die Strombelastbarkeit anderer Komponenten, zur Berücksichtigung anderer Impedanzen und insbesondere zur Berücksichtigung des Eigenverbrauchs der Windenergieanlage werden Korrekturterme ge¬ bildet, wie sie in Fig. 5b dargestellt sind. Damit ergibt sich die in Fig. 5c dargestellte unsymmetrische Verstär¬ kungsfunktion, wobei zum Vergleich die idealisierte Ersatzfunktion dargestellt ist. In Abhängigkeit von dem durch den Block 54 bestimmten Schlupf wird der Verstärkungswert er¬ mittelt, welcher auf die Sollwertvorgabe für den netzseiti- gen Wechselrichter 51 mittels des Blocks 56 aufmoduliert wird. Bei einem geringen Schlupf, bspw. beim Schlupf 0, erreicht der Verstärkungswert c den größten Wert (Vergröße¬ rung) und der netzseitige Wechselrichter übernimmt einen großen Anteil an der Sollblindleistung. Hingegen wird bei einem größeren Schlupf bzw. bei einem Schlupf von -0,2 (Nennschlupf) ein kleinerer Verstärkungswert ermittelt (Verkleinerung) , der durch den netzseitigen Wechselrichter nur in entsprechend geringerem Umfang zur Erzeugung von Blindleistung herangezogen wird.
Ein Zusatzglied 59 für die Verstärkungsfunktion ist in Fig. 7 dargestellt. Es umfasst in dem dargestellten Ausführungs¬ beispiel Eingänge für die Spannung (bspw. Rotorspannung) , eingespeisten Strom und Temperatur der Wechselrichter 41, 42. Sein Ausgangssignal ist wie bei dem Verstärkungsblock 55 aufmoduliert, und zwar entweder mit demselben Block 56 oder einem weiteren Block 56' , in dem ggf. eine andere Funktion zum Aufmodulieren implementiert ist. Damit kann eine weitere Veränderung des Verstärkungswerts erreicht werden, bspw. eine Verschiebung zu höheren oder niedrigeren Schlupfwerten . Zwei Anwendungsbeispiele sind in Fig. 8 dargestellt. In
Fig. 8b oben sind die sich über die verschiedenen Drehzahlen je nach Netzfrequenz ergebenden Verstärkungswerte bei einer quadratischen Verstärkungsfunktion dargestellt. Es werden Werte bis zu 0,5 erreicht, was bedeutet, dass der netzseitige Wechselrichter 41 bis zur Hälfte der bereit zu stellenden Blindleistung übernimmt. Das bei dieser Verteilung zwischen dem netzseitigen und maschinenseitigen Wechselrichter 41, 42 mögliche Drehmoment, das noch ohne Überlastung aufgenommen werden kann, ist in Fig. 8b unten dar- gestellt. Man erkennt, dass sowohl bei erniedrigter (46
Hz), normaler (50 Hz) wie auch bei erhöhter (52 Hz) Netzfrequenz der erfindungsgemäßen Aufteilung der Blindströme zwischen den Wechselrichtern ein Drehmoment übertragen werden kann, welches größer ist als das Nennmoment. Entspre- chendes ist in Fig. 6 dargestellt, allerdings mit einer zusätzlichen Einschränkung. Im realen Betrieb ist es so, dass der maschinenseitige Wechselrichter 42 bei einem Betrieb im oder nahe am Synchronpunkt nur eine geringere Strombelastbarkeit aufweist, da es wegen der geringen Grundschwin- gungsfrequenzen ansonsten zu einer Überhitzung der aktiven Elemente des Wechselrichters 42 käme. In diesem Bereich muss das Moment also reduziert sein. Dies erkennt man an den einschnittartigen Drehmomentverringerungen in Fig. 8a, die jeweils um die durch die Netzfrequenz bestimmte Syn¬ chrondrehzahl (N=920-1 für f=46 Hz, 100min-1 bei f=50 Hz und 1040min-1 bei f=52 Hz) liegen. Trotz dieser Einschränkung in Bezug auf den Betrieb des maschinenseitigen Wechselrich- ters gelingt es dank der Erfindung, das übertragbare Moment auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen in der Nähe des Synchronpunkts oberhalb des Nennmoments zu halten.
Die Erfindung erreicht damit, dass dank der durch die Ver- Stärkungsfunktion verbesserten Blindleistungsaufteilung das maximal zulässige Drehmoment im Synchronbereich deutlich angehoben werden kann. Das ist in Fig. 9 veranschaulicht. Die gestrichelten Linien zeigen das maximale Moment bei verschiedenen Drehzahlen bei einer Windenergieanlage gemäß dem Stand der Technik und die durchgezogene Linie bei einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage .
Außerdem erreicht die Erfindung, dass bei einer Veränderung der Netzfrequenz die herkömmlicherweise auftretenden nega- tiven Belastungseffekte durch die Schlupfsteuerung der Verstärkungsfunktion aufgefangen werden, indem auf sich erhöhende Wirkströme in einem Leistungspfad (Rotor oder Stator) entsprechend mit einer Verringerung der Blindströme rea¬ giert wird, und der verringerte Teil entsprechend auf den anderen Leistungspfad umgelagert wird. Damit einher geht eine Erweiterung des Drehmomentspektrums bei extremen Dreh¬ zahlen. Schließlich ermöglicht die Erfindung durch Einbeziehen von Korrekturtermen in die Verstärkungsfunktion bzw. von gezielter Setzung von Stützstellen eine Feinjustage, wobei alle Komponenten im Leistungspfad berücksichtigt wer¬ den können und Überlastungen damit verhindert werden können. Weiter besteht die Möglichkeit, mehrere Kennlinien zu speichern, und damit unterschiedliche Drehmomentgrenzkurven zu erzeugen.
Weiter kann bei einer Variante die in Fig. 5 dargestellte Verstärkungsfunktion modifiziert sein. Ein Beispiel für eine solche Variante ist in Fig. 10 dargestellt. Im mittleren Bereich ist die Verstärkungsfunktion weitgehend ähnlich zu der in Fig. 5c dargestellten. Im höheren Schlupfbereich s steigt sie jedoch steil an, um dann auf einem hohen Verstärkungswert c zu verharren. Mit diesem Verlauf der Ver¬ stärkungsfunktion kann ein besserer Schutz vor Überlastung erzielt werden. Bei hohen Schlupfwerten s kann es zu einem starken Anstieg der Rotorspannung kommen, dem durch eine erhöhte Blindleistungsabgabe des maschinenseitigen Wechsel¬ richters 42 begegnet wird. Damit dieser bei hohen Schlupf¬ werten nicht überlastet wird, sieht die Variante vor, durch den hohen Verstärkungswert c nicht nur die Blindleistungs¬ abgabe auf den netzseitigen Wechselrichter zu transferieren, sondern auch durch die hohe Blindleistungsabgabe die Rotorspannung abzusenken.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Steuern eines Umrichters (4) einer Windenergieanlage, der an einem Rotor (32) eines dop¬ pelt gespeisten Asynchrongenerators (3) zur Einspei- sung elektrischer Energie in ein elektrisches Netz (9) angeschlossen ist, wobei der Umrichter (4) einen netzseitigen Wechselrichter (41), einen generatorsei- tigen Wechselrichter (42) und eine Steuerung (5) um- fasst, die Sollwerte für angeforderte Blindleistung an mindestens einen der Wechselrichter (41, 42) ausgibt, gekennzeichnet durch
Bestimmen eines Blindleistungssollsignals (Q3soll) für den Anteil, den einer der Wechselrichter (41) zur angeforderten Blindleistung (QT) beiträgt,
Bestimmen eines SchlupfSignals (s) aus der Frequenz des Netzes (9) und Drehzahl des Generators (3),
Berechnen eines Verstärkungswerts (c) in Abhängigkeit von dem Schlupfsignal (s) und
Modifizieren des Blindleistungssollsignals (Q3soll) für diesen Wechselrichter (41) mittels des Verstärkungswerts (c) .
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gegenläufiges Ändern des Blindleistungssollsignals (Q2soll) für den anderen der Wechselrichter (42) .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
Berechnen des Verstärkungswerts (c) mittels einer Er satzfunktion .
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
Verwenden einer quadratischen Funktion als Ersatzfunktion .
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
Abrufen des Verstärkungswerts (c) aus einer Look-up- Tabelle .
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch
Berücksichtigen zusätzlicher Korrekturterme. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungswert (c) anhand von Stützstellen be¬ rechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
Linearisieren mittels Spline-Funktionen zwischen den Stützstellen .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungswert (c) so bestimmt ist, dass in ei nem Drehzahlbereich bis zum unteren Synchronbereich der netzseitige Wechselrichter (41) voll genutzt wird, vom unteren bis zum oberen Ende des Synchronbe reichs der maschinenseitige Wechselrichter (41) voll genutzt wird und über dem oberen Synchronbereich der maschinenseitige Wechselrichter teilweise benutzt wird .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass weiter bei hohen Werten des SchlupfSignals (s), ins¬ besondere solchen oberhalb des oberen Endes des Schlupfbereichs, der Verstärkungswert (c) ansteigt, vorzugsweise bis zum Maximum.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren durch Multiplikation erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blindleistungsberechnung strombasiert auf Grund¬ lage einer Fixspannung durchgeführt wird, die vor- zugsweise die untere Toleranzspannung ist.
13. Windenergieanlage mit einem Windrotor (12), einem davon angetriebenen doppelt gespeisten Asynchrongenerator (3) mit einem Umrichter (4), umfassend einen netzseitigen Wechselrichter (41), einen generatorsei- tigen Wechselrichter (42) und wenigstens eine Umrichtersteuerung (5) zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Netz (9), wobei die Steuerung (5) Sollwerte für angeforderte Blindleistung an mindes- tens einen der Wechselrichter (41, 42) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnungseinheit (50, 53), die den Anteil ei- nes der Wechselrichter (41) zur angeforderten Blindleistung bestimmt, ein Verstärkerblock (55) zur Berechnung eines Ver- Stärkungswerts (c) in Abhängigkeit von einem angeleg ten Schlupfsignal (s) und ein Modulator (56) vorgesehen ist zum Modifizieren des vom Verstärkerblocks (55) bestimmten Verstärkungswerts (c) auf das von der Berechnungseinheit be stimmte Blindleistungssollsignal für diesen Wechsel¬ richter (41) .
Windenergieanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (4) mit seiner Steuerung (5) bei Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 12 ausgebildet ist.
PCT/EP2011/072832 2011-01-14 2011-12-14 Ansteuerschaltung und –verfahren für umrichter von windenergieanlagen Ceased WO2012095233A2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES11807885.6T ES2562822T3 (es) 2011-01-14 2011-12-14 Circuito y procedimiento de activación para convertidores de frecuencia de instalaciones de energía eólica
US13/824,255 US8934270B2 (en) 2011-01-14 2011-12-14 Control circuit and method for converters of wind turbines
DK11807885.6T DK2664047T3 (da) 2011-01-14 2011-12-14 Styrekredsløb og fremgangsmåde til omformere i vindenergianlæg
CA2813022A CA2813022C (en) 2011-01-14 2011-12-14 Control circuit and method for converters of wind turbines
EP11807885.6A EP2664047B1 (de) 2011-01-14 2011-12-14 Ansteuerschaltung und verfahren für umrichter von windenergieanlagen
CN201180045928.6A CN103201925B (zh) 2011-01-14 2011-12-14 风能设备的变流器的操控电路和操控方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011008615.3 2011-01-14
DE102011008615A DE102011008615A1 (de) 2011-01-14 2011-01-14 Ansteuerschaltung und -verfahren für Umrichter von Windenergieanlagen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012095233A2 true WO2012095233A2 (de) 2012-07-19
WO2012095233A3 WO2012095233A3 (de) 2013-04-18

Family

ID=45476464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/072832 Ceased WO2012095233A2 (de) 2011-01-14 2011-12-14 Ansteuerschaltung und –verfahren für umrichter von windenergieanlagen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8934270B2 (de)
EP (1) EP2664047B1 (de)
CN (1) CN103201925B (de)
CA (1) CA2813022C (de)
DE (1) DE102011008615A1 (de)
DK (1) DK2664047T3 (de)
ES (1) ES2562822T3 (de)
WO (1) WO2012095233A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3086454A1 (de) * 2015-04-22 2016-10-26 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Verlängerung der lebensdauer eines halbleiters durch verringerung der temperaturschwankungen mittels blindleistung

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013222452A1 (de) * 2013-11-05 2015-05-07 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
ES2690350T3 (es) * 2014-06-13 2018-11-20 Nordex Energy Gmbh Procedimiento para la regulación de un aerogenerador durante un error de red asimétrica
EP3284151B1 (de) * 2015-04-16 2022-06-29 Vestas Wind Systems A/S Fehlertolerantes umwandlersystem für windturbine
DE102016105662A1 (de) 2016-03-29 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mit einem Windpark sowie Windpark
DE102016106215A1 (de) 2016-04-05 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Verfahren sowie Windenergieanlage zum Einspeisen elektrischer Leistung
US10570882B2 (en) 2017-11-13 2020-02-25 General Electric Company Dynamic active and reactive power capability for wind farms
DE102018000157A1 (de) * 2018-01-11 2019-07-11 Senvion Gmbh Steuerung einer Windenergieanlage durch Änderung von Drehzahlparametern
CN110080944B (zh) * 2018-01-26 2021-09-24 通用电气公司 风力发电系统及其控制方法
DE102018003031A1 (de) * 2018-04-13 2019-10-17 Senvion Gmbh Windenergieanlage mit erweitertem Überdrehzahlregler
DE102018116442A1 (de) * 2018-07-06 2020-01-09 Wobben Properties Gmbh Verfahren und Windenergieanlage zum Bedämpfen niederfrequenter Schwingungen in einem elektrischen Versorgungsnetz
CN119087969B (zh) * 2024-08-28 2025-10-28 贵州航天林泉电机有限公司 一种高速永磁同步电机控制器负载能力测试方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6879053B1 (en) * 2002-10-22 2005-04-12 Youtility, Inc. Transformerless, load adaptive speed controller
DE10344392A1 (de) * 2003-09-25 2005-06-02 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit einem Blindleistungsmodul zur Netzstützung und Verfahren dazu
DE102006027465A1 (de) * 2006-06-12 2007-12-13 Woodward Seg Gmbh & Co. Kg Strombegrenzung für eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine
US8198742B2 (en) * 2007-12-28 2012-06-12 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine with a doubly-fed induction generator and rotor and grid inverters that use scalar controls
DE102008034532A1 (de) * 2008-02-20 2009-08-27 Repower Systems Ag Windkraftanlage mit Umrichterregelung
JP4834691B2 (ja) * 2008-05-09 2011-12-14 株式会社日立製作所 風力発電システム
CN102112737B (zh) * 2009-02-20 2013-07-17 三菱重工业株式会社 风力发电装置及其控制方法
US8022565B2 (en) * 2009-11-13 2011-09-20 General Electric Company Method and apparatus for controlling a wind turbine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3086454A1 (de) * 2015-04-22 2016-10-26 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Verlängerung der lebensdauer eines halbleiters durch verringerung der temperaturschwankungen mittels blindleistung
US9859787B2 (en) 2015-04-22 2018-01-02 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Life of a semiconductor by reducing temperature changes therein via reactive power

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011008615A1 (de) 2012-07-19
US8934270B2 (en) 2015-01-13
US20130170254A1 (en) 2013-07-04
CN103201925A (zh) 2013-07-10
CA2813022C (en) 2016-04-12
DK2664047T3 (da) 2016-02-22
ES2562822T3 (es) 2016-03-08
WO2012095233A3 (de) 2013-04-18
CN103201925B (zh) 2015-06-03
CA2813022A1 (en) 2012-07-19
EP2664047B1 (de) 2015-12-09
EP2664047A2 (de) 2013-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2664047B1 (de) Ansteuerschaltung und verfahren für umrichter von windenergieanlagen
EP2245728B1 (de) Windkraftanlage mit umrichterregelung
EP2017473B1 (de) Windenergieanlage mit erweitertem Drehzahlbereich
EP1907697B1 (de) Leistungsregelung eines windparks
EP2841766B1 (de) Windpark mit schneller lokaler blindleistungsregelung
EP2266178B1 (de) Wind energieanlage mit anschlussschutzeinrichtung
EP2556247B1 (de) Dynamische trägheitsregelung
EP2872777B1 (de) Verfahren zum steuern eines elektrischen erzeugers
DE102007029655A1 (de) Windenergie-Generatorvorrichtung
EP1892412B1 (de) Verfahren zum Betreiben von Windenergieanlagen
WO2009036895A2 (de) Windpark mit spannungsregelung der windenergieanlagen und betriebsverfahren
WO2005031160A2 (de) Windenergieanlage mit einem blindleistungsmodul zur netzstützung und verfahren dazu
EP2984725B1 (de) Windenergieanlage mit erweitertem spannungsbereich
EP2288016B1 (de) Windenergieanlage mit veränderbarer Drehzahlkennlinie
DE19844258A1 (de) Windenergieanlage
DE102015120126A1 (de) System und Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer Windkraftanlage
WO2017178429A1 (de) Verfahren zum betreiben einer windenergieanlage
WO2011085961A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum aufsynchronisieren eines generators in einem netz
WO2020011675A1 (de) Verfahren zum steuern einer einspeiseanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11807885

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011807885

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13824255

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2813022

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE