DE102014114787B4 - Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method - Google Patents
Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014114787B4 DE102014114787B4 DE102014114787.1A DE102014114787A DE102014114787B4 DE 102014114787 B4 DE102014114787 B4 DE 102014114787B4 DE 102014114787 A DE102014114787 A DE 102014114787A DE 102014114787 B4 DE102014114787 B4 DE 102014114787B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- charging
- converter device
- drive circuit
- motor
- pitch
- 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.)
- Active
Links
- 238000011017 operating method Methods 0.000 title description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 12
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 abstract description 7
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 10
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
- F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
- F03B3/06—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
- F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
- F03D7/0224—Adjusting blade pitch
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—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
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
- H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
- H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2210/00—Working fluid
- F05B2210/16—Air or water being indistinctly used as working fluid, i.e. the machine can work equally with air or water without any modification
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/76—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism using auxiliary power sources
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/10—Purpose of the control system
- F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/60—Control system actuates through
- F05B2270/602—Control system actuates through electrical actuators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
-
- 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
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- 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
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- 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
-
- 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
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Pitchmotor-Ansteuerschaltung (40, 42, 44, 46, 48, 98) für eine Wind- oder Wasserkraftanlage (100) umfassend zumindest eine, einem Pitchmotor (28) zugeordnete Motorumrichtervorrichtung (52), die eine Gleichrichtereinrichtung, eine Wechselrichtereinrichtung und eine im DC-Zwischenkreis zwischengeschaltete aufladbare Notbetriebsversorgungseinrichtung (56) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest einen Motorumrichtervorrichtung (52) zumindest eine mit einem Versorgungsnetz PG (12) verbundenen Ladeumrichtervorrichtung (50) vorgeschaltet ist, wobei die Ladeumrichtervorrichtung (50) eingerichtet ist, die Motorumrichtervorrichtung (52) mit einem Lokalnetz (54) zu versorgen, und dass eine Steuervorrichtung (60) der zumindest einen Ladeumrichtervorrichtung (50) eingerichtet ist, Ladestrom-Steuerinformationen der Notbetriebsversorgungseinrichtung (56) zu empfangen, und weiterhin die Steuer-vorrichtung (60) eingerichtet ist, diese Ladestrom-Steuerinformation zur Steuerung von Amplitudenhöhe, Amplitudenform und/oder Frequenz des Lokalnetzes (54) einzusetzen.A pitch motor drive circuit (40, 42, 44, 46, 48, 98) for a wind or hydro power plant (100) comprising at least one motor inverter device (52) associated with a pitch motor (28), said rectifier means, an inverter means and a DC drive In-circuit chargeable emergency power supply (56), characterized in that the at least one motor converter device (52) is connected upstream of at least one power converter device (50) connected to a power grid PG (12), wherein the charger device (50) is arranged to switch on the motor drive device (50). 52) to a local area network (54), and that a controller (60) of the at least one feeder device (50) is arranged to receive charging current control information of the emergency operating device (56) and further the control device (60) is arranged , this charging current control information for controlling amplitude height, amplitude shape and / or frequency of the local area network (54).
Description
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. The present invention relates to a pitch motor drive circuit for adjusting the angle of attack of one or more rotor blades of a wind or hydroelectric power plant and an associated operating method. In particular, the invention relates to a pitch motor drive circuit with a high capacity, rechargeable emergency power supply that has the ability to tolerate overvoltages and undervoltages of the grid.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
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.Various pitch motor drive circuits for wind or hydroelectric plants are known from the prior art, which are known in particular by emergency running properties, for example in case of power failure, damage to control components or under or over voltage of the network.
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
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. The circuit of rectifier device, DC voltage intermediate circuit and inverter device is referred to below as a converter device. An inverter device comprises a plurality of electronic power semiconductor switches and generally has three half-bridges, which are equipped with MOSFET, IGBT or IGCT transistors. As a rule, these are two-stage half-bridges, which, however, can also be designed in three stages or in several stages in order to be able to supply variable output voltages. By a pulse width modulation of the switching behavior of the semiconductor switching components variable frequencies, phases and amplitudes can be controlled in a wide range to drive asynchronous or synchronous AC or three-phase pitch motors.
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. To increase reliability and to ensure safety travel in the event of a power failure, pitch drive circuits may comprise an emergency power supply device, for example batteries or accumulators or high-power capacitors, in particular so-called supercaps for storing electrical energy for an emergency operation. Supercapacitors, also referred to as ultracapacitors, have an extremely high electrical storage capacity, bridging a gap between capacitors and accumulators. They can achieve capacitance values of 10 kilofarads per 1.2 volts and have capacitance values that can be 10,000 times greater than conventional electrolytic capacitors. To charge high-capacity capacitors, accumulators or supercaps, it is necessary to provide a sophisticated charging electronics, which can provide a controllable DC voltage and a regulated charging current available. The aim is to keep the AC component in the charging current as low as possible. Therefore, simple circuit designs based on B6 bridges or Thyristorladeschaltungen rather unsuitable. Particularly in the case of greatly varying voltage conditions in a supply network, as occurs in the environment of regenerative energy generation systems, it is technically difficult to realize a component-saving and short charging operation.
Die
Die
In der
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. From the prior art, there is thus the problem of providing a robust drive circuit and a corresponding operating method for pitch motors, which can ensure safe operation of a wind or hydroelectric power plant both in the case of line-side undervoltage and overvoltage. In particular, the possibility of low voltage ride through (LVRT) operation and high voltage ride through (HVRT) operation, i. interference-free operation in case of grid under- and overvoltage is problematic in volatile supply networks with a variety of regenerative energy sources. In addition, there is the problem of providing a reliable and high-quality charging method for high-capacity emergency power supply devices that ensures safe charging and long-term operation with reliable emergency operation even in adverse conditions.
Ausgehend von den vorgenannten Nachteilen, ist es somit Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden. Based on the aforementioned disadvantages, it is therefore an object of the invention to overcome the disadvantages known from the prior art.
Diese Aufgabe wird durch eine Pitchmotor-Ansteuerschaltung und ein Betriebsverfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a pitch motor drive circuit and an operating method according to the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
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. According to the invention, a pitch motor drive circuit for a wind or hydropower plant is proposed which comprises at least one pitch motor associated with a motor converter device comprising a rectifier device, an inverter device and a DC intermediate circuit in the interposed charging rechargeable emergency power supply device. The at least one motor converter device is connected upstream of at least one load converter device connected to a supply network, wherein the load converter device is set up to supply the motor converter device with a local network. The local area network can be single-phase or multi-phase.
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. According to the invention, a control device of the at least one charging converter device is configured to receive charge current control information of the emergency power supply device, in particular charge current and / or charge state of an energy store included in the emergency power supply device, in particular an integrated double-layer capacitor or supercap energy store, and is further configured to control this control information Amplitude height, waveform shape and / or frequency of the local network to use. According to the invention, it is proposed that a control device controlling the charging converter device, in particular a control device which specifies switching signals for the inverter device of the charging converter device, receives control information of the emergency operating supply device. In particular, these control information can characterize a charging current or charging state or a charging voltage of the emergency operating device, in particular an electrical state of an energy store contained therein. This makes it possible to individually adapt voltage and frequency, in particular amplitude height and amplitude shape of the local area network, to a charging cycle in order to provide an optimized charging current in charging phases in which the emergency operating facilities are charged and to ensure a gentle charging of the energy stores contained therein. As a result, an optimized charging current can be provided, whereby the energy efficiency and the longevity of the emergency operating device can be improved.
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. In other words, a series connection of two converter devices between a supply network and a pitch motor is proposed, wherein a local network is provided between the first converter device and the second motor converter device, which is supplied by the converter device and to the needs of the motor converter device, in particular a charging operation for the latter contained emergency operation device can be adjusted. This ensures that the network can be decoupled from the local area network with too low or too high a voltage, or a controllable local area network can be provided independently of the voltage and frequency level of the supply network to optimally supply the motor converter device and in particular a charging mode of the emergency operating device can provide. In particular, supercapacitors or double-layer capacitors must be charged in a controlled way, with high charging times being required for high capacitances and large charging currents. Suitable chargers are relatively expensive and expensive and are usually centrally installed, for example, in a nacelle or in a rotating hub of a wind or hydro power plant to independently supply three or more pitch motor inverter devices. By a central Charger device, which can be connected upstream of the individual motor converter devices, can be dispensed with separate chargers, which can be easily provided large charging currents even with varying network conditions. In order to improve the charging current quality, the charging converter device and the provided local network can be optimally adjusted to be able to provide an optimized charging current during charging phases of the emergency operating devices.
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. In an advantageous development, a single charging device is provided, which provides the local area network for all engine conversion devices of the wind or hydroelectric power plants. As a result, a single, high-performance, load converter device can centrally provide the electrical energy for all pitch motor inverter devices. Alternatively, it is also conceivable to associate a separate charging converter device, in particular a structurally identical charging converter device, with each motor converter device. For this purpose, advantageously and component-saving the central or each motor converter device upstream Ladeumrichtervorrichtung depending on the operating mode pitch operation or charging operation and depending on the state of charge provide different frequencies and voltages in the local area network or in the various pitchmotorbezogene local networks.
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. Basically, the loader device provides a local area network that may have a network synchronous frequency. In an advantageous embodiment, the charging converter device can be set up to operate a local area network with a frequency greater than the network frequency of the supply network, in particular with 400 Hz or a higher frequency. By increasing the local network frequency by atypical higher values of 400 Hz or more, charging current ripple can be reduced and thus, especially in charging operation, charging of emergency power supply devices comprising double-layer capacitors or supercaps can be gently charged. As a result, a longevity is achieved and the storage capacity of the emergency operation power supply device is maintained. The provision of an AC network as a local area network also offers advantages in the selection of necessary system components, e.g. Fuses and contactors in comparison to a DC power supply.
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. Advantageously, at least one charging converter device can be arranged in the stationary part of the wind or hydropower plant, in particular in a nacelle, and the motor converter device can be arranged in the rotating part, in particular in the rotor hub, in the pitch motor drive circuit. As a result, the limited space of the rotor hub can be used elsewhere and arranged a relatively powerful charger converter device in the stationary part, in particular in a nacelle or in the stationary part of a hydropower plant.
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.Furthermore, control information from the motor converter device, in particular the emergency operating energy storage device to the charging converter device contained therein, and vice versa may be transferable via an information transfer device, in particular via a slip ring contact device from the rotating to the stationary part of the power plant. The charging current control information can for example be taken directly via voltage and current sensors, but can also be derived indirectly, such as the behavior of the motor converter control device. Control information must be transmitted from a rotating part, namely from the pitch motor inverter devices, to a stationary part, namely the nacelle or to a stationary external area of the wind or hydro plant, to provide an optimized state of the local area network. This control information can be transmitted wirelessly such as wireless or Bluetooth or wired, for example via additional slip rings a slip ring contact device, for example. In particular, it is also possible to transmit information signals, for example in the form of modulated data signals of a carrier frequency system such as Powerline or the like, via the existing power slip ring contact devices which are provided for current transmission of the operating energy of the pitch motor. By the modulation of data information, for example via state of charge, charging voltage or charging current of the emergency operating power supply device, via the supply energy transferring slip rings between rotor hub and stationary part can be set up without additional wiring effort optimized behavior of the charger assembly to the operating condition of the motor drive device. As a result, cabling is saved. In addition, parameters, control values and actual values between the inverter and a higher-level control device can be exchanged via this communication channel.
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. In a further advantageous embodiment, a filter device can be arranged between the charging converter device and the motor converter device. The filter device may comprise capacitors and inductors and may filter or smooth current ripple or high-frequency pulse components of the local area network in order to be able to provide as uniform as possible a charging current with a low harmonic content for charging the emergency operation power supply device.
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. In an advantageous development, a voltage adjustment device, in particular a transformer device or a phase control device, can be arranged between the charging converter device and the motor converter device and / or between the supply network and the charging converter device. By means of a transformer or a phase control either between the supply network and charger converter device and / or between charger and motor device in the local network voltage differences can be compensated in particular, so voltage levels are increased or decreased and dynamically effective voltage levels are adapted for example in phase control devices to the motor inverter devices optimally with a constant operating voltage to supply. The operating voltage can thus be varied in the motor converter device depending on the active pitch operation or charging operation, and a higher or a lower local network frequency and / or a higher and / or lower voltage level can be provided. In particular, this increases the HVRT / LVRT capability of the pitch drive. The amplitude of the voltage islands of the local area network can be limited by the charging converter device, so that the motor converter devices are protected against overvoltage. Also, the charger converter device can be protected from over or under voltage by an upstream transformer or a phase control. Advantageously, the aforesaid transformer means may comprise a Yyd or Dyd transformer using, for example, B12 rectification with a transformer having two secondary windings to minimize network perturbations.
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.In an advantageous development, at least one of the motor converter devices and / or the at least one charging converter device may comprise an active rectifier device or a phase control device. An active rectifier is an inverter device that can be controlled so that it can produce a DC voltage from an AC voltage, thus being reciprocally adapted to normal operation of an inverter. By means of a phase angle control device, amplitude components can be controllably cut out of a change or three-phase current in order to provide a rectification, wherein an adjustment of the level of the DC voltage and the harmonic distortion can be achieved. Thus, the use of passive diodes can be dispensed with, and an improved and adaptive DC power supply can be provided.
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. In an advantageous development, the at least one charging converter device and / or at least one motor converter device can be bridged by a bridging switching device. By means of a bridging switching device, for example, the charging converter device can be switched out of the pitch motor drive circuit or a motor converter device can be bridged. This can be advantageous, in particular in the event of a fault, since, for example, if a motor converter device fails, the charging converter device can take over its function and control the pitch motor. Likewise, if the charging converter device is damaged, the motor converter devices can be connected directly to the supply network, so that a redundant design and thus an increased robustness of the drive circuit against errors and breakdown can be achieved.
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. Advantageously, at least two charging converter devices can be included, wherein by means of a switching matrix which comprises a plurality of clutch switching devices, at least one charging converter device can be connectable to each motor converter device. The presence of two or more power converter devices associated with one or a group of motor drive devices and a switching matrix that enables the power converter devices to be connected in parallel or independently to different motor drive devices increases redundancy and further reduces the probability of failure of the drive circuit in order to achieve a robust and long-lasting operation of the drive circuit.
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.The formed local area network between the charging converter device and the motor converter device can be grounded or groundless. If it is operated without earth as a so-called IT network, the local area network can advantageously be monitored by an insulation monitoring device for insulation faults, which is preferably arranged in or downstream of the charging converter device. The IT network has good EMC characteristics and, in addition, a simple ground fault does not result in immediate disconnection of the network in this network. In particular, when using a secondary-side transformer in the local area network, the secondary side can be monitored by an insulation monitoring device. An IT network is fail-safe, so that no failure of the drive circuit occurs in a single ground fault. Thus, a further operation can be guaranteed in an insulation fault first. The insulation monitoring device makes it possible to detect earth faults in the local network early and to indicate insulation faults before a failure of the control circuit takes place. The IT network has much higher reliability than other TN or TT networks. IT systems offer In terms of security of supply, most benefits of all network forms.
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.In a sidelined aspect, the invention proposes an operating method for the pitch motor drive circuit, wherein, depending on the charging current and / or the state of charge of at least one energy store included in an emergency operating device, an amplitude level, voltage waveform and / or frequency of the local network of the charging converter device, in particular for smoothing harmonics is set. Thus, the charging converter device is controlled such that it outputs a voltage in the local area network whose amplitude level, whose voltage profile and / or frequency depends on an active pitch operation or a charging operation of the emergency operating device in the motor converter device. Thus, in deep-discharged emergency operation facilities, a higher amplitude and possibly a high harmonic content in the local area network can be provided, while low harmonics and a low local network voltage can be applied to a fully charged or uploaded emergency operation facility. Thus, optimized for the state of charge, the local network voltage of the charger device can be adjusted.
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. For example, in the case of a decreasing state of charge, advantageously a trapezoidal amplitude characteristic of the charging voltage can be selected so that a predetermined maximum permissible charging current is not exceeded. Accordingly, the maximum amplitude of the charger for the local area network can be selected at 100% of the maximum amplitude in the case of a low state of charge, while only 70% of the maximum amplitude in the local area network is input when the state of charge is increased. As a result, depending on the state of charge of the emergency power supply device, a different voltage waveform, frequency and voltage level is used for the local area network in order to achieve an optimized charging speed and energy efficiency.
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. In particular, it is the task of the operating method to set the charging current so that harmonics can be smoothed in order to be able to set an optimized charging current. By using a phase control or IGBT inverter for rectification, i. an active rectifier device, in particular overvoltages of the network can be compensated so that a HVRT / LVRT operation of the pitch drive circuit is made possible.
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.The charging converter device can be designed as an active front end and, in a central arrangement, can supply all pitch motor converter devices together with supply voltage in an optimal local network, so that a voltage supply optimized for the applications can be ensured both in active pitch mode and in charging mode.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
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. Further advantages result from the present description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen:Show it:
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals.
Die
In der
In der dargestellten Ansteuerschaltung
In der
In der
Eine Weiterentwicklung der in
In den Ausführungsformen der
In einer weiteren Ausführungsform in
Das Lokalnetz
In einem weiteren Ausführungsbeispiel
In der
Es ist durchaus denkbar, einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele von Ansteuerschaltungen der
In der
In der
Schließlich zeigt
Die einzelnen Schalteinrichtungen
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
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung des Stands der Technik Pitch motor drive circuit of the prior art
- 1212
- Versorgungsnetz supply network
- 1414
- Pitchmotor-Umrichtervorrichtung Pitch motor-inverter
- 1616
- Gleichrichtereinrichtung Rectifier means
- 1818
- Wechselrichtereinrichtung Inverter means
- 2020
- DC-Glättungseinrichtung / Notbetriebsversorgungseinrichtung DC smoothing device / emergency power supply device
- 2222
- Gleichrichterdiode Rectifier diode
- 2424
- Wechselrichter-IGBT Inverter IGBT
- 2626
- Freilaufdiode Freewheeling diode
- 2828
- Pitchmotor pitch engine
- 3030
- Motorstrang motor phase
- 3232
- Motor-Versorgungsphase Engine supply phase
- 3434
- DC-Zwischenkreis DC link
- 3636
- Phasenanschnittsteuereinrichtung Phase angle control device
- 3838
- 4040
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
- 4242
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
- 4444
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
- 4646
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
- 4848
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
- 5050
- Ladeumrichtervorrichtung Ladeumrichtervorrichtung
- 5252
- Motorumrichtervorrichtung Motorumrichtervorrichtung
- 5454
- Lokalnetz local area network
- 5656
- Hochkapazitive Notbetriebsversorgungseinrichtung High capacity emergency power supply
- 5858
- Ladestrom-Sensoreinrichtung Charging current sensor device
- 6060
- Ladeumrichter-Steuervorrichtung Ladeumrichter controller
- 6262
- Schleifring-Kontaktvorrichtung Slip ring contact device
- 6464
- Informationsübertragungsvorrichtung Information transmission apparatus
- 6666
- Powerline-Koppeleinrichtung-Rotationsseite Powerline coupling device rotation side
- 6868
- Powerline-Koppeleinrichtung-Stationärseite Powerline coupling device-stationary side
- 7070
- Filtervorrichtung filter means
- 7272
- Filterdrossel filter inductor
- 7474
- Filterkapazität filter capacity
- 7676
- Transformatorvorrichtung transformer device
- 7878
- Überbrückungs-Schalteinrichtung Bypass switch means
- 8080
- Kopplungs-Schalteinrichtung Coupling switching device
- 8282
- AFE-Umrichtervorrichtung AFE inverter
- 8484
- Aktive Gleichrichtereinrichtung Active rectifier device
- 8686
- B12-Transformator und Gleichrichtereinrichtung B12 transformer and rectifier device
- 8888
- YΔ-Transformator YΔ transformer
- 9090
- 6p-Gleichrichtereinrichtung 6p-rectifier device
- 9292
- Motorentkopplungs-Schalteinrichtung Motor decoupling switching device
- 9494
- Rückkopplungs-Schalteinrichtung Feedback switching device
- 9696
- Netz-Freischalteinrichtung Network disconnection device
- 9898
- Pitchmotor-Ansteuerschaltung Pitch motor drive circuit
- 100100
- Windkraftanlage Wind turbine
- 102102
- Mast mast
- 104104
- Gondel gondola
- 106106
- Rotornabe rotor hub
- 108108
- Rotorblatt rotor blade
- 110110
- Pitchstellvorrichtung Pitch actuator
- 112112
- Pitchgetriebe pitch gear
- 114114
- Pitchgetriebe-Antriebswelle Pitch gearbox input shaft
- 116116
- Pitchwinkel pitch angle
- 118118
- Isolationsüberwachungsvorrichtung Insulation monitoring device
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014114787.1A DE102014114787B4 (en) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014114787.1A DE102014114787B4 (en) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014114787A1 DE102014114787A1 (en) | 2016-04-14 |
DE102014114787B4 true DE102014114787B4 (en) | 2017-05-18 |
Family
ID=55643933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014114787.1A Active DE102014114787B4 (en) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014114787B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12025099B2 (en) * | 2018-06-28 | 2024-07-02 | Beckhoff Automation Gmbh | Wind turbine blade pitch system |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110195684B (en) * | 2019-05-30 | 2023-12-29 | 沈阳工程学院 | Overspeed protection system and method for self-generating wind turbine generator |
US11073130B1 (en) | 2021-02-19 | 2021-07-27 | Richardson Electronics, Ltd. | Ultracapacitor pitch energy module |
WO2022178242A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | Richardson Electronics, Ltd. | Ultracapacitor pitch energy module |
CN116447077B (en) * | 2023-06-12 | 2023-08-22 | 深圳众城卓越科技有限公司 | Fan safety variable pitch control system and method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202005012040U1 (en) * | 2005-07-28 | 2005-11-10 | W2E Wind To Energy Gmbh | Electrical device for use in wind power plant, has current source directly connected with inverter and circuit unit, where source characteristic is adjusted in such a way that unit is used during network interruption or high load |
DE102008037449A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-15 | Kenersys Gmbh | Wind turbine |
DE102009025747A1 (en) * | 2009-05-05 | 2010-12-02 | Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg | Emergency power supply |
-
2014
- 2014-10-13 DE DE102014114787.1A patent/DE102014114787B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202005012040U1 (en) * | 2005-07-28 | 2005-11-10 | W2E Wind To Energy Gmbh | Electrical device for use in wind power plant, has current source directly connected with inverter and circuit unit, where source characteristic is adjusted in such a way that unit is used during network interruption or high load |
DE102008037449A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-15 | Kenersys Gmbh | Wind turbine |
DE102009025747A1 (en) * | 2009-05-05 | 2010-12-02 | Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg | Emergency power supply |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12025099B2 (en) * | 2018-06-28 | 2024-07-02 | Beckhoff Automation Gmbh | Wind turbine blade pitch system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102014114787A1 (en) | 2016-04-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102010060380B3 (en) | Emergency-operated pitch motor drive circuit | |
EP2820736B1 (en) | Method for operating a combined cycle power plant, and combined cycle power plant | |
DE102011050719B4 (en) | Emergency operable three-phase motor drive circuit | |
DE102015109724A1 (en) | A system and method for protecting a power converter during an unwanted voltage event | |
EP3039764B1 (en) | System for transmitting electrical power | |
DE102010016105B4 (en) | Emergency-powered pitch drive device for a wind or hydroelectric power plant | |
EP1244203B1 (en) | Power converter circuit for generators with dynamically varying outputpower | |
DE102014114787B4 (en) | Pitch motor drive circuit for a wind or hydroelectric power plant and associated operating method | |
CN107735935A (en) | Wind turbine electricity generating system | |
WO2004025823A1 (en) | Operating method for a wind turbine with a supersynchronous cascade | |
EP2463980B1 (en) | Operation of an energy producer in an energy supply network | |
EP2408081A1 (en) | Modular multi-level converter | |
EP3109463A1 (en) | Wind farm connection with diode rectifier | |
EP2696464B1 (en) | Photovoltaic power plant | |
DE102011000459B4 (en) | Method for supplying reactive current with a converter and converter arrangement and energy supply system | |
EP1735890B1 (en) | Electric installation for coupling a power supply system and a central direct current branch and method for operating an installation of this type | |
DE102013104916A1 (en) | System and method for overvoltage protection | |
EP2911260A1 (en) | Device for feeding wind power generated electric energy into an electricity network | |
EP2388904B1 (en) | Three phase current inverter and method for operating a three phase current inverter switch | |
Li et al. | Study on AC-side dynamic braking-based fault ride-through control for islanded renewable energy system with grid-connected VSC-HVDC transmission | |
EP3046204B1 (en) | Wind energy system | |
WO2011104285A1 (en) | Method for compensating for fluctuations in the power output and a corresponding converter system and wind energy installation | |
WO2019015777A1 (en) | Arrangement for feeding electric power into an ac network by means of an asynchronous machine, and method for operating the asynchronous machine | |
EP2911286A1 (en) | Device for feeding wind power generated electric energy into an electricity network | |
DE19953238A1 (en) | Electrical power supply method involves parallel mode with isolated network coupled to public network via protective device that is opened if public network fails to select isolated mode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: STUMPF PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: KEBA INDUSTRIAL AUTOMATION GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: LTI REENERGY GMBH, 59423 UNNA, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: STUMPF PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE |