DE19827261C1 - Power fluctuation compensation method for generator e.g. of wind-power station - Google Patents

Power fluctuation compensation method for generator e.g. of wind-power station

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Abstract

A method for compensating/correcting power fluctuations (delta P) of a generator in which the stator (36) of the generator is driven directly from a production machine, and the rotor (38) of the generator is driven directly from a speed- variable drive (58) in such a way that a detected power fluctuation (delta P) is adjusted to zero by changing the actual rotor revs (nr). Depending on the actual stator revs rate (ns) and a calculated desired revs rate (n*sy), which is proportional to a mains radian frequency (omega N) of a mains network (12) connected to the stator (36) of the generator, a desired rotor revs rate (n*r) is determined and is superimposed by a speed (revs) correction value (n*p) depending on an ascertained power fluctuation (delta P).

Description

Die Erfindung bezieht sich gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4 auf ein Verfahren bzw. auf eine Vorrichtung zur Ausre­ gelung von Leistungsschwankungen und gemäß Anspruch 14 auf einen Generator für diese Vorrichtung.The invention relates to the preamble of claim 1 or 4 to a method or a device for Ausre performance fluctuations and according to claim 14 a generator for this device.

Bei einem stochastisch angetriebenen Generator, beispielswei­ se einer Windenergieanlage, treten infolge eines stochastisch auftretenden Windes Leistungsschwankungen auf, die bisher mittels einer Rotor-Blattverstellung ausgeregelt wurden. Mit­ tels dieser Rotor-Blattverstellung der Windenergieanlage ist nur eine langsame Leistungsregelung möglich.In a stochastically driven generator, for example se a wind turbine, occur as a result of a stochastic occurring wind power fluctuations that previously were corrected by means of a rotor blade adjustment. With tels this rotor blade adjustment of the wind turbine only a slow power control possible.

In der Fig. 1 ist ein aus der Veröffentlichung "Anschluß von Windkraftanlagen an das öffentliche Stromversorgungsnetz", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft", Jahrgang 89(1990), Heft 24, Seiten 1384 bis 1394, bekanntes Konzept einer Windenergieanlage 2 dargestellt. Diese Wind­ energieanlage 2 weist einen Rotor 4, ein Getriebe 6 und einen Asynchrongenerator 8 auf. Ist die Generatorspannung nicht gleich der Netzspannung, so ist dem Asynchrongenerator 8 ein Anpaßtransformator nachgeschaltet. Mittels eines Leistungs­ schalters 10 wird die Windenergieanlage 2 mit einem Netz 12 verknüpft. Dieses Konzept, das auch als direkte Netzankopp­ lung bezeichnet wird, ist preisgünstig, jedoch technisch nicht sehr zuverlässig, da beispielsweise zusätzlich ein Ge­ triebe 6 verwendet werden muß. Der Vorteil des Asynchrongene­ rators ist, daß er keine Oberschwingungen produziert. Jedoch spielt bei einem Asynchrongenerator 8 die Spannungsänderung eine große Rolle. Dabei kann es passieren, daß die Windener­ gieanlage 2 mit einer geringeren als geplanten Leistung ans Netz 12 gehen darf oder daß die einzuspeisende Leistung be­ grenzt werden muß. In dieser Veröffentlichung ist eine weite­ re Netzankopplung dargestellt, die gegenüber der direkten Netzankopplung zusätzlich einen Umrichter aufweist. Durch diesen Umrichter wird die Generator-/Rotordrehzahl vollstän­ dig von der Netzfrequenz entkoppelt.In Fig. 1 is a from the publication "connection of wind turbines to the public power supply network", published in the German Journal "Electricity Industry", Volume 89 (1990), No. 24, pages 1384 to 1394, known concept of a wind turbine 2 shown . This wind energy plant 2 has a rotor 4 , a gear 6 and an asynchronous generator 8 . If the generator voltage is not equal to the mains voltage, a matching transformer is connected downstream of the asynchronous generator 8 . The wind turbine 2 is linked to a network 12 by means of a circuit breaker 10 . This concept, which is also referred to as direct network coupling, is inexpensive, but technically not very reliable since, for example, a gear 6 must also be used. The advantage of the asynchronous generator is that it produces no harmonics. However, the voltage change plays an important role in an asynchronous generator 8 . It may happen that the Windener gieanlage 2 may go to the network 12 with a lower than planned power or that the power to be fed in must be limited. In this publication, a further re network connection is shown, which additionally has a converter compared to the direct network connection. With this converter, the generator / rotor speed is completely decoupled from the mains frequency.

In der Fig. 2 ist ebenfalls ein bekanntes Konzept einer Wind­ energieanlage 2 dargestellt (Brown Boveri Mitt. 3-82, Seiten 57 bis 64). Diese dargestellte Windenergieanlage 2 weist ei­ nen Rotor 4, einen Synchrongenerator 14 und einen Umrichter 16 auf. Ist die Umrichter-Ausgangs-Spannung nicht gleich der Netzspannung eines Netzes 12, so wird außer­ dem ein Anpaßtransformator benötigt. Diese Windenergieanla­ ge 2 wird mittels eines Leistungsschalters 10 mit dem Netz 12 verbunden. Der Umrichter 16 weist eingangsseitig einen mehr­ pulsigen, beispielsweise 12-pulsigen, Gleichrichter 18 und ausgangsseitig einen mehrpulsigen, beispielsweise 12-pulsi­ gen, Pulswechselrichter 20 auf, wobei der Gleichrichter 18 und der Pulswechselrichter 20 mittels eines Gleichspannungs- Zwischenkreises 22 miteinander verbunden sind.In FIG. 2 is also a well-known concept of a wind turbine depicted 2 (Brown Boveri Mitt. 3-82, pages 57 to 64). This wind turbine shown 2 has egg NEN rotor 4 , a synchronous generator 14 and a converter 16 . If the converter output voltage is not equal to the mains voltage of a network 12 , a matching transformer is also required. This Windenergieanla ge 2 is connected to the network 12 by means of a circuit breaker 10 . The converter 16 has a more pulsed, for example 12-pulse, rectifier 18 on the input side and a multi-pulse, for example 12-pulsed, pulse inverter 20 on the output side, the rectifier 18 and the pulse inverter 20 being connected to one another by means of a DC voltage intermediate circuit 22 .

Gegenüber der Windenergieanlage 2 gemäß Fig. 1 ist bei der Windenergieanlage 2 gemäß Fig. 2 der Rotor 4 direkt mit dem Synchrongenerator 14 verbunden. Als Synchrongenerator 14 ist ein hochpoliger Generator vorgesehen, beispielsweise mit ei­ ner Polpaarzahl p < 40. Je höher die Polpaarzahl p ist, um so kleiner ist die synchrone Drehzahl des Generators. Mit der Erhöhung der Polpaarzahl p steigt außerdem der Preis eines solchen Generators. Kleinere windbedingte Drehzahlschwankun­ gen machen sich nicht im Netz 12 bemerkbar, da der hochpolige Synchrongenerator 14 mittels eines Umrichters 16 die erzeugte Energie an das Netz 12 abgibt. Der Pulswechselrichter 20 er­ zeugt außerdem Oberschwingungsströme, die mittels entspre­ chender Filter kompensiert werden können. Treten größere in­ folge eines stochastisch auftretenden Windes Drehzahlschwan­ kungen und damit Leistungsschwankungen auf, so können diese Leistungsschwankungen mittels einer eingangs genannten Rotor- Blattverstellung ausgeregelt werden. Mit dieser Rotor-Blatt­ verstellung ist jedoch nur keine dynamische Leistungsregelung möglich.Compared with the wind turbine 2 shown in FIG. 1 is at the wind turbine 2 shown in FIG. 2, the rotor 4 directly connected to the synchronous generator 14. A multi-pole generator is provided as the synchronous generator 14 , for example with a number of pole pairs p <40. The higher the number of pole pairs p, the smaller the synchronous speed of the generator. As the number of pole pairs p increases, the price of such a generator also increases. Smaller wind-related speed fluctuations are not noticeable in the network 12 , since the multi-pole synchronous generator 14 delivers the generated energy to the network 12 by means of a converter 16 . The pulse inverter 20 it also generates harmonic currents that can be compensated for by appropriate filters. If larger fluctuations in speed and thus power fluctuations occur as a result of a stochastically occurring wind, these power fluctuations can be corrected by means of a rotor blade adjustment mentioned at the beginning. With this rotor blade adjustment, however, only dynamic power control is not possible.

In der Fig. 3 ist eine Vorrichtung zur dynamischen Leistungs­ regelung eines stochastisch angetriebenen Synchrongenerators dargestellt. Diese Vorrichtung ist aus der älteren nationalen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 197 52 940.2 bekannt. Diese Windenergieanlage 2 weist einen Rotor 4, ein Getriebe 6, einen niederpoligen Synchrongenerator 24, einen drehzahlveränderbaren Antrieb 26 und ein Schneckengetriebe 28 auf. Außerdem weist diese Windenergieanlage 2 zwei Lagegeber und eine Regel- und Steuereinrichtung auf, die aus Übersicht­ lichkeitsgründen nicht näher dargestellt sind. Der Ständer dieses Synchrongenerators 24 ist drehbar gelagert und seine Wicklungen sind jeweils mit einem Schleifring und einer Bür­ ste mit einem Klemmenanschluß des Synchrongenerators 24 elek­ trisch leitend verbunden. Elektrische Generatoren, insbeson­ dere Wechselstrom-Synchrongenerator, deren Ständer ebenfalls rotierbar gelagert sind, sind beispielsweise aus der US-PS 4,229,689, der DE 37 24 835 A1 oder der DE 40 24 269 A1 bekannt. Das abtriebsseitige Zahnrad des Schneckengetriebes 28 umschließt den Ständer und ist mit dessen Mantelfläche kraftschlüssig verbunden. Das antriebsseitige Zahnrad ist mit einem Stellmotor des drehzahlveränderbaren Antriebs 26 kraft­ schlüssig verbunden. Der Läufer des Synchrongenerators 24 ist mittels des Getriebes 6 mit dem Rotor 4 verbunden. Dieser Synchrongenerator 24 und der drehzahlveränderbare Antrieb 26 sind jeweils mittels eines Leistungsschalters 10 und 30 mit einem Netz 12 verbindbar. Die Regel- und Steuereinrichtung ermittelt in Abhängigkeit gemessener Ständerströme und -span­ nungen, gemessener Netzphasenspannungen, ermittelter Lage- Istwerte und eines vorbestimmten Leistungs-Sollwertes eine Stellgröße und daraus Steuersignale für den Pulswechselrich­ ter 32 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 34 des drehzahl­ veränderbaren Antriebs 26. Mittels diesem Antrieb 26 kann der Ständer des Synchrongenerators 24 in Rotor-Drehrichtung oder in Rotor-Gegenrichtung gedreht werden. Dadurch wird der Last­ winkel-Istwert δ auf den Lastwinkel-Sollwert δ* der Synchron­ maschine geregelt, der mittels einer überlagerten Leistungs­ regelung in Abhängigkeit eines vorbestimmten Leistungs-Soll­ wertes berechnet wird. Durch die dynamische Rotation des Ständers des Synchrongenerators 24 werden stochastische Lei­ stungsschwankungen ausgeregelt, so daß der stochastisch ange­ triebene Synchrongenerator eine konstante Leistung abgeben kann. In Fig. 3, a device for dynamic power control of a stochastically driven synchronous generator is shown. This device is known from the older national patent application with the official file number 197 52 940.2. This wind turbine 2 has a rotor 4 , a gear 6 , a low-pole synchronous generator 24 , a variable-speed drive 26 and a worm gear 28 . In addition, this wind turbine 2 has two position sensors and a regulating and control device, which are not shown in more detail for reasons of clarity. The stand of this synchronous generator 24 is rotatably mounted and its windings are each electrically connected to a terminal ring of the synchronous generator 24 with a slip ring and a brush ste. Electrical generators, in particular AC synchronous generator, whose stands are also rotatably mounted, are known for example from US Pat. No. 4,229,689, DE 37 24 835 A1 or DE 40 24 269 A1. The output-side gear of the worm gear 28 encloses the stand and is non-positively connected to its outer surface. The drive-side gear is positively connected to an actuator of the variable-speed drive 26 . The rotor of the synchronous generator 24 is connected to the rotor 4 by means of the gear 6 . This synchronous generator 24 and the variable-speed drive 26 can each be connected to a network 12 by means of a circuit breaker 10 and 30 . The regulating and control device determines, depending on the measured stator currents and voltages, the measured mains phase voltages, the determined actual position values and a predetermined desired power value, a manipulated variable and control signals therefrom for the pulse inverter 32 of the voltage intermediate circuit converter 34 of the variable-speed drive 26 . By means of this drive 26 , the stator of the synchronous generator 24 can be rotated in the direction of rotor rotation or in the opposite direction of the rotor. As a result, the actual load angle value δ is regulated to the load angle target value δ * of the synchronous machine, which is calculated by means of a superimposed power control as a function of a predetermined desired power value. Due to the dynamic rotation of the stator of the synchronous generator 24 stochastic Lei fluctuations are compensated for, so that the stochastically driven synchronous generator can deliver a constant power.

Da der Synchrongenerator 24 bei dieser Windenergieanlage 2 niederpolig ausgeführt ist, wird noch ein Getriebe 6 zwischen Rotor 4 und Läufer des Synchrongenerators 24 benötigt. Mit­ tels dieses Getriebes 6 wird die Drehzahl des Rotors 4 an die synchrone Drehzahl des Synchrongenerators 24 angepaßt. Auf das Getriebe 6 kann nur dann verzichtet werden, wenn als Syn­ chrongenerator 24 eine hochpolige Synchronmaschine verwendet wird. Im Leistungsbereich von einigen MW sind die Kosten für das Getriebe 10 bis 15fach höher als die Kosten für einen niederpoligen Synchrongenerator. Die teuerste Ausführungsform der Windenergieanlage 2 ist die Ausführungsform gemäß Fig. 2.Since the synchronous generator 24 has a low-pole design in this wind energy installation 2 , a gear 6 between the rotor 4 and the rotor of the synchronous generator 24 is also required. By means of this gear 6 , the speed of the rotor 4 is adapted to the synchronous speed of the synchronous generator 24 . The transmission 6 can only be dispensed with if a multi-pole synchronous machine is used as the synchronous generator 24 . In the power range of a few MW, the costs for the transmission are 10 to 15 times higher than the costs for a low-pole synchronous generator. The most expensive embodiment of the wind turbine 2 is the embodiment according to FIG. 2.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausregelung von Leistungsschwankun­ gen eines mittels einer stochastisch drehenden Arbeitsmaschi­ ne angetriebenen Generators anzugeben, wobei kein Getriebe mehr zwischen Rotor und Generator und für diesen Generator auch keine hochpolige Synchronmaschine verwendet werden muß.The invention is based on the object of a method and a device for regulating power fluctuations gene by means of a stochastically rotating work machine ne driven generator to specify, no gear more between rotor and generator and for this generator also no multi-pole synchronous machine must be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 4.This object is achieved with the features of claim 1 and claim 4.

Dadurch, daß die stochastisch drehende Arbeitsmaschine direkt den Ständer des Generators antreibt und sein Läufer mittels eines drehzahlveränderbaren Antriebs derart angetrieben wird, daß eine ermittelte Leistungsschwankung durch eine zur Lei­ stungsschwankung entgegengesetzte Veränderung der Läuferdreh­ zahl diese ermittelte Leistungsschwankung ausgeregelt wird. Die Läuferdrehzahl ist gleich der synchronen Drehzahl des Ge­ nerators vermindert um die des durch den Wind angetriebenen Rotors. Die Läuferdrehzahl wird so geregelt, daß im stationä­ ren Betrieb das Gleichgewicht der Momente im Luftspalt gege­ ben ist. Da dieses Momentengleichgewicht herrscht, müssen die mechanischen und die elektrischen Momente gegenseitig und un­ tereinander gleich sein. Diese Gleichheit wird durch die Re­ gelung der Läuferdrehzahl in bezug zur Rotordrehzahl erzielt.Because the stochastically rotating work machine directly drives the stator of the generator and its rotor by means of a variable-speed drive is driven in such a way that a determined fluctuation in performance due to a lei opposite fluctuation of rotor rotation number this determined fluctuation in output is corrected. The rotor speed is equal to the synchronous speed of the Ge nerators reduced by those driven by the wind Rotors. The rotor speed is controlled so that in stationary the balance of the moments in the air gap ben is. Since there is this equilibrium of moments, they have to mechanical and electrical moments mutual and un be equal to each other. This equality is demonstrated by the Re achieved rotor speed in relation to the rotor speed.

Durch die zusätzliche Läuferdrehzahl-Regelung kann bei kon­ stanter und kleiner Polpaarzahl des Generators eine gewünsch­ te mechanische Winkelgeschwindigkeit eingehalten werden, ob­ wohl die Ständer-Winkelgeschwindigkeit variabel ist. Due to the additional rotor speed control, con stanter and small number of pole pairs of the generator a desired te mechanical angular velocity are maintained, whether the stator angular velocity is variable.  

Bei einem vorteilhaften Verfahren wird der Läuferdrehzahl- Sollwert in Abhängigkeit eines gemessenen Ständerdrehzahl- Istwertes und eines berechneten Drehzahl-Sollwertes ermit­ telt, der proportional einer Netzspannung eines am drehenden Ständer des Generators angeschlossenen Netzes ist. Dadurch paßt sich der Generator an jede Netzwinkelgeschwindigkeit au­ tomatisch an, wobei Frequenzschwankungen im Netz bei der Läu­ ferdrehzahl-Regelung berücksichtigt werden. Durch eine Fre­ quenzschwankung im Netz schwankt auch die gewünschte mechani­ sche Winkelgeschwindigkeit. Somit kann mittels dieser Läufer­ drehzahl-Regelung bei konstanter und kleiner Polpaarzahl jede gewünschte mechanische Winkelgeschwindigkeit eingehalten wer­ den, obwohl die Ständerwinkelgeschwindigkeit variabel ist.In an advantageous method, the rotor speed is Setpoint depending on a measured stator speed Actual value and a calculated speed setpoint telt, which is proportional to a mains voltage at the rotating Stator of the generator connected network. Thereby the generator adapts to any network angular velocity Automatically on, with frequency fluctuations in the network at Läu speed control are taken into account. By a Fre fluctuation in the frequency of the network also fluctuates the desired mechani cal angular velocity. Thus, by means of these runners speed control with constant and small number of pole pairs each desired mechanical angular velocity observed although the stator angular velocity is variable.

Die Vorrichtung zur Ausregelung von Leistungsschwankungen ei­ nes Generators umfaßt einen Generator, dessen Ständer von ei­ ner stochastisch drehenden Arbeitsmaschine und dessen Läufer von einem drehzahlveränderbaren Antrieb jeweils direkt ange­ trieben werden, wobei die Läuferdrehzahl in Abhängigkeit ei­ nes gemessenen Ständerdrehzahl- und Läuferdrehzahl-Istwertes und einer ermittelten Leistungsschwankung derart verändert wird, daß diese Leistungsschwankungen zu Null werden. Das heißt, gegenüber der Vorrichtung der älteren nationalen Pa­ tentanmeldung wird nicht der Ständer mittels eines drehzahl­ veränderbaren Antriebes verdreht, sondern der Läufer mit an­ nähernd synchroner Drehzahl gedreht und der Ständer direkt von der Arbeitsmaschine angetrieben. Somit können ebenfalls Leistungsschwankungen ausgeregelt werden, wobei jedoch kein Getriebe mehr zwischen Rotor und Generator benötigt wird, ob­ wohl der Generator nur niederpolig ausgeführt ist.The device for controlling power fluctuations Nes generator comprises a generator, the stator of egg ner stochastically rotating machine and its runner directly driven by a variable-speed drive are driven, the rotor speed depending on egg measured stator speed and rotor speed actual value and a determined power fluctuation changed in this way is that these fluctuations in performance become zero. The means, compared to the device of the older national Pa The stand is not registered by means of a speed changeable drive twisted, but the runner with Approximately synchronous speed rotated and the stand directly driven by the work machine. So you can too Power fluctuations are corrected, but none Gearbox more needed between rotor and generator, whether probably the generator is only low-pole.

Bei einer besonders kostengünstigen Ausführungsform der Vor­ richtung zur Ausregelung von Leistungsschwankungen ist als drehzahlveränderbarer Antrieb ein Schleifringläufer-Motor vorgesehen. Gegenüber einer Ausführungsform mit einem nieder­ poligen Motor und einem Umrichter, insbesondere einem Span­ nungszwischenkreis-Umrichter, als drehzahlveränderbarem An­ trieb, werden bei dieser kostengünstigen Ausführungsform die Kosten für einen Umrichter eingespart. Bei dieser kostengün­ stigen Ausführungsform ist als Generator eine Synchronmaschi­ ne vorgesehen.In a particularly inexpensive embodiment of the front direction for the regulation of power fluctuations is as variable speed drive a slip ring motor intended. Compared to an embodiment with a low pole motor and an inverter, especially a chip DC link converter, as a variable-speed drive  drove, are in this inexpensive embodiment Cost savings for one converter. With this inexpensive embodiment is a synchronous machine as a generator ne provided.

Ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausre­ gelung von Leistungsschwankungen ist der erfindungsgemäße Ge­ nerator, dessen Ständer drehbar gelagert ist, und die Wick­ lungen der mehrpoligen Ständerwicklung jeweils mittels eines Schleifringes und einer Bürste mit einem Klemmenanschluß des Generators elektrisch leitend verbunden sind, wobei dessen Läufer im drehbaren Ständer drehbar gelagert ist. Durch diese Ausgestaltung erhält man einen Generator, der doppelt ange­ trieben werden kann. Mittels dieses doppelt angetriebenen Ge­ nerators können Leistungsschwankungen ausgeregelt werden, wo­ bei weder ein Getriebe zwischen Rotor und Generator noch ein hochpoliger Synchrongenerator verwendet werden muß.A component of the device for Ausre gelation of power fluctuations is the Ge according to the invention nerator, whose stand is rotatably mounted, and the wick lungs of the multi-pole stator winding each by means of a Slip ring and a brush with a terminal connection of the Generators are electrically connected, its Runner is rotatably mounted in the rotatable stand. Through this Design you get a generator that is attached twice can be driven. By means of this double driven Ge performance fluctuations can be corrected where with neither a gear between rotor and generator nor a multi-pole synchronous generator must be used.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung schematisch veranschaulicht sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference, in which several embodiments of the invention device according to the invention are schematically illustrated.

Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils ein bekanntes Konzept einer Windenergieanlage, die Figs. 1 to 3 each represent a well-known concept show a wind power plant, the

Fig. 4 zeigt einen läuferangetriebenen Generator, wo­ bei in Fig. 4 shows a rotor-driven generator, where at in

Fig. 5 das zugehörige mechanische Ersatzschaltbild veranschaulicht ist, die Fig. 5 illustrates the associated mechanical equivalent circuit, the

Fig. 6 zeigt einen Generator gemäß der älteren natio­ nalen Patentanmeldung, wobei die Fig. 6 shows a generator according to the older national patent application, the

Fig. 7 das zugehörige mechanische Ersatzschaltbild zeigt, in Fig. 7 the corresponding mechanical equivalent circuit diagram showing, in

Fig. 8 ist der mechanische Aufbau eines erfindungsge­ mäßen Generators dargestellt, wobei in der Fig. 8 shows the mechanical structure of a generator according to the invention, in which

Fig. 9 das zugehörige mechanische Ersatzschaltbild dargestellt ist, die Fig. 9 shows the associated mechanical equivalent circuit diagram

Fig. 10 zeigt eine erste Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, wobei in der Fig. 10 shows a first embodiment of the device according to the invention, wherein in the

Fig. 11 eine besonders kostengünstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist. Fig. 11 shows a particularly inexpensive embodiment of the device according to the invention.

Die Fig. 4 zeigt einen läuferangetriebenen Generator, beste­ hend aus einem feststehenden Ständer 36 und einem drehbar ge­ lagerten Läufer 38, wie er bei der Windenergieanlage 2 nach Fig. 1 verwendet wird. Die Wicklungen der mehrpoligen Ständer­ wicklung 40 ist mittels Klemmenanschlüssen des Klemmengenera­ tors mit einem mehrpoligen Netz 42 verbunden. Eine nicht nä­ her dargestellte Arbeitsmaschine mit einer Leistung Pmr dreht den Läufer 38 mit einer mechanischen Winkelgeschwindigkeit ωmr. Die Winkelgeschwindigkeit ωms des feststehenden Ständers 36 dieses Generators ist Null. Die vom Generator gelieferte Leistung Pelr ist abhängig vom Wirkungsgrad ηgen entsprechend kleiner als die von der Arbeitsmaschine gelieferte mechani­ sche Leistung Pmr. Die Netzwinkelgeschwindigkeit ωnr ist gleich dem Produkt aus Polpaarzahl p und mechanischer Winkel­ geschwindigkeit ωmr. Fig. 4 shows a rotor-driven generator, best consisting of a fixed stand 36 and a rotatably mounted rotor 38 , as used in the wind turbine 2 of FIG. 1. The windings of the multi-pole stator winding 40 are connected to a multi-pole network 42 by means of terminal connections of the terminal clamp gate. A work machine (not shown) with a power P mr rotates the rotor 38 with a mechanical angular velocity ω mr . The angular velocity ω ms of the fixed stator 36 of this generator is zero. Depending on the efficiency η gen , the power P elr delivered by the generator is correspondingly smaller than the mechanical power P mr delivered by the driven machine. The network angular velocity ω nr is equal to the product of the number of pole pairs p and the mechanical angular velocity ω mr .

Das Modell des mechanischen Teils des Generators nach Fig. 4 entspricht gemäß Fig. 5 einem Integrator 44 mit einer Integra­ tionszeit, die gleich der Anlaufzeitkonstante der Energiean­ lage, bestehend aus einer Arbeitsmaschine und Läufer 38 des Generators, ist. Die mechanische Winkelgeschwindigkeit ωmr ergibt sich aus der Integration der Differenz der mechani­ schen und der elektrischen Momente Nmr und Melr im Luftspalt des Generators. Diese Momente sind auf die Netzwinkelge­ schwindigkeit ωnr bezogen. Das Differenzmoment, das auch als Luftspaltmoment bezeichnet wird, wirkt auf den Läufer 38 und den Ständer 36 des Generators.The model of the mechanical part of the generator according to FIG. 4 corresponds to an integrator 44 according to FIG. 5 with an integration time which is equal to the start-up time constant of the energy system, consisting of a working machine and rotor 38 of the generator. The mechanical angular velocity ω mr results from the integration of the difference between the mechanical and electrical moments N mr and M elr in the air gap of the generator. These moments are related to the Netzwinkelge speed ω nr . The differential torque, which is also referred to as the air gap torque, acts on the rotor 38 and the stator 36 of the generator.

In Fig. 6 ist ein Generator dargestellt, dessen Ständer 36 über ein Schneckengetriebe 28 mittels einer Kupplung 46 ver­ drehbar ist und der Läufer 38 mittels einer nicht näher dar­ gestellten Arbeitsmaschine angetrieben wird. Die Wicklungen der mehrpoligen Ständerwicklung 40 sind jeweils mittels eines Schleifringes 48 und einer Bürste 50 mit einem Klemmenan­ schluß 52 des Generators elektrisch leitend verbunden. Ein derartiger Generator wird bei der Windenergieanlage 2 nach Fig. 3 verwendet. Die näher dargestellte Arbeitsmaschine mit einer mechanischen Leistung Pmr dreht den Läufer 38, der im verdrehbaren Ständer drehbar gelagert ist, mit einer mechani­ schen Winkelgeschwindigkeit ωmr. Die Winkelgeschwindigkeit ωmr ist bei diesem Generator verschieden von Null, wobei ein hier nicht näher dargestellter drehzahlveränderbarer Antrieb mit einer mechanischen Leistung Pms über das Schneckengetriebe 28 den Ständer 36 verdreht. Die vom Generator gelieferte Lei­ stung Pels ist abhängig vom Wirkungsgrad gen entsprechend kleiner als die Summe der von Arbeitsmaschine und Antrieb ge­ lieferten mechanischen Leistungen Pmr und Pms. Die Netzwinkel­ geschwindigkeit ωns ist gleich dem Produkt aus Polpaarzahl p und der Summe der mechanischen Winkelgeschwindigkeiten ωmr und ωms.In Fig. 6, a generator is shown, the stand 36 is rotatable via a worm gear 28 by means of a clutch 46 ver and the rotor 38 is driven by means of a machine not shown. The windings of the multi-pole stator winding 40 are each electrically connected by means of a slip ring 48 and a brush 50 to a terminal 52 of the generator. Such a generator is used in the wind turbine 2 according to FIG. 3. The work machine shown in detail with a mechanical power P mr rotates the rotor 38 , which is rotatably mounted in the rotatable stand, with a mechanical angular velocity ω mr . The angular velocity ω mr in this generator is different from zero, a speed-variable drive (not shown here) having a mechanical power P ms rotating the stator 36 via the worm gear 28 . The power P els supplied by the generator is, depending on the efficiency gen, correspondingly smaller than the sum of the mechanical powers P mr and P ms delivered by the driven machine and drive. The network angular velocity ω ns is equal to the product of the number of pole pairs p and the sum of the mechanical angular velocities ω mr and ω ms .

Das Modell dieses mechanischen Teils dieses Generators ist in der Fig. 7 näher dargestellt und entspricht zwei Integratoren 44 und 54. Der Integrator 44 hat eine Integrationszeit, die gleich der Anlaufzeitkonstante der Energieanlage, bestehend aus einer Arbeitsmaschine und Läufer 38 des Generators, ist. Die Integrationszeit des Integrators 54 ist gleich der An­ laufzeitkonstante des Ständers 36 des Generators und des drehzahlveränderbaren Antriebs. Die Integrationszeit des In­ tegrators 54 ist wesentlich kleiner als die Integrationszeit des Integrators 44. Die mechanische Winkelgeschwindigkeit ωmr ergibt sich ebenfalls aus der Integration der Differenz der mechanischen elektrischen Momente Mmr und Melr im Luftspalt des Generators. Dieser mechanischen Winkelgeschwindigkeit ωmr des Läufers 38 überlagert sich die mechanische Winkelge­ schwindigkeit ωms des Ständers 36. Diese Überlagerung wird mittels eines Summierers 56 vollzogen. Die resultierende me­ chanische Winkelgeschwindigkeit ωm ist die Summe der Teilge­ schwindigkeiten ωms und ωmr des Ständers 36 und des Läufers 38 des Generators.The model of this mechanical part of this generator is shown in more detail in FIG. 7 and corresponds to two integrators 44 and 54 . The integrator 44 has an integration time that is equal to the start-up time constant of the energy system, consisting of a work machine and rotor 38 of the generator. The integration time of the integrator 54 is equal to the on-time constant of the stator 36 of the generator and the variable-speed drive. The integration time of the integrator 54 is significantly shorter than the integration time of the integrator 44 . The mechanical angular velocity ω mr also results from the integration of the difference between the mechanical electrical moments M mr and M elr in the air gap of the generator. This mechanical angular velocity ω mr of the rotor 38 is superimposed on the mechanical angular velocity ω ms of the stator 36 . This superposition is carried out by means of a summer 56 . The resulting mechanical angular velocity ω m is the sum of the partial speeds ω ms and ω mr of the stator 36 and the rotor 38 of the generator.

In Fig. 8 ist der mechanische Aufbau eines erfindungsgemäßen Generators dargestellt. Dieser Generator besteht aus einem drehbaren Ständer 36 und einem drehbaren Läufer 38. Der Stän­ der 36 wird von einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Rotor 4, mittels der Kupplung 46 direkt angetrieben. Die Ar­ beitsmaschine mit einer mechanischen Leistung Pms dreht den Ständer 36 mit einer mechanischen Winkelgeschwindigkeit ωms. Die Wicklungen der mehrpoligen Ständerwicklung 40 sind je­ weils mittels eines Schleifringes 48 und einer Bürste 50 mit einem Klemmenanschluß 52 des Generators elektrisch leitend verbunden. Ein drehzahlveränderbarer Antrieb 58 mit einer me­ chanischen Leistung Pmr dreht den Läufer 38 des Generators mit einer mechanischen Winkelgeschwindigkeit ωmr. Der dreh­ zahlveränderbare Antrieb 58 besteht aus einem niederpoligen Motor 60 und einem Umrichter 62. Dieser niederpolige Motor 60 ist mittels einer Kupplung 64 direkt mit dem Läufer 38 des Generators verknüpft. Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Generatorleistung Pels gleich der Summe der zugeführten mecha­ nischen Leistung Pms und Pmr multipliziert mit dem Wirkungs­ grad ηgen des Generators.In FIG. 8, the mechanical structure is shown of a generator according to the invention. This generator consists of a rotatable stand 36 and a rotatable rotor 38 . The stan of 36 is driven directly by a working machine, for example a rotor 4 , by means of the coupling 46 . The working machine with a mechanical power P ms rotates the stand 36 with a mechanical angular velocity ω ms . The windings of the multi-pole stator winding 40 are each electrically connected to a terminal connection 52 of the generator by means of a slip ring 48 and a brush 50 . A variable-speed drive 58 with a mechanical power P mr rotates the rotor 38 of the generator with a mechanical angular velocity ω mr . The variable-speed drive 58 consists of a low-pole motor 60 and a converter 62 . This low-pole motor 60 is linked directly to the rotor 38 of the generator by means of a clutch 64 . According to the energy conservation law, the generator power P els is equal to the sum of the supplied mechanical power P ms and P mr multiplied by the efficiency η gen of the generator.

Das Modell des mechanischen Teils des Generators nach Fig. 8 ist in der Fig. 9 näher dargestellt. Dieser mechanische Teil des Generators entspricht zwei Integratoren 44 und 54, die ausgangsseitig mittels eines Summierers 56 miteinander ver­ knüpft sind. Die Integrationszeit des Integrators 44 ist gleich der Anlaufzeitkonstante der Arbeitsmaschine und des Ständers 36 des Generators, wobei die Integrationszeit des Integrators 54 gleich der Anlaufzeitkonstante des Antriebs und des Läufers 38 des Generators ist. Die Integrationszeit­ konstante des Integrators 44 ist viel größer als die Integra­ tionszeitkonstante des Integrators 54. Die mechanische Win­ kelgeschwindigkeit ωmr des Läufers 38 ergibt sich aus der In­ tegration der Differenz des mechanischen und des elektrischen Momentes Mmr und Melr im Luftspalt des Generators. Die mecha­ nische Winkelgeschwindigkeit ωms des Ständers 36 ergibt sich ebenfalls aus der Integration der Differenz des mechanischen und des elektrischen Momentes Mms und Mels im Luftspalt des Generators. Die Summe der elektrischen Momente Melr,s wirkt zu gleichen Teilen auf den Ständer 36 und den Läufer 38 des dop­ pelt angetriebenen Generators. Die resultierende mechanische Winkelgeschwindigkeit ωm ist mittels des Summierers 56 gleich der Summe der Teilwinkelgeschwindigkeiten ωms und ωmr. Die Netzwinkelgeschwindigkeit ωns ist gleich dem Produkt aus Pol­ paarzahl p und resultierender mechanischer Winkelgeschwindig­ keit ωm.The model of the mechanical part of the generator according to FIG. 8 is shown in more detail in FIG. 9. This mechanical part of the generator corresponds to two integrators 44 and 54 , which are linked together on the output side by means of a summer 56 . The integration time of the integrator 44 is equal to the start-up time constant of the working machine and the stator 36 of the generator, the integration time of the integrator 54 being equal to the start-up time constant of the drive and the rotor 38 of the generator. The integration time constant of the integrator 44 is much larger than the integration time constant of the integrator 54 . The mechanical angular velocity ω mr of the rotor 38 results from the integration of the difference between the mechanical and electrical moments M mr and M elr in the air gap of the generator. The mechanical angular velocity ω ms of the stator 36 also results from the integration of the difference between the mechanical and electrical moments M ms and M els in the air gap of the generator. The sum of the electrical moments M elr, s acts equally on the stator 36 and the rotor 38 of the double-driven generator. The resulting mechanical angular velocity ω m is equal to the sum of the partial angular velocities ω ms and ω mr by means of the summer 56 . The network angular velocity ω ns is equal to the product of the number of poles p and the resulting mechanical angular velocity ω m .

Weil im stationären Betrieb dieses Generators das Gleichge­ wicht der Momente Mms, Mmr und Melr,s im Luftspalt gegeben sein muß, müssen die mechanischen Mms und Mmr und die elektrischen Momente Melr und Mels gegenseitig und untereinander gleich sein. Das bedeutet, daß der drehzahlveränderbare Antrieb 58 so geregelt werden muß, daß im stationären Betrieb die Momen­ tengleichheit herrscht.Because in stationary operation of this generator the equilibrium of the moments M ms , M mr and M elr, s must be given in the air gap, the mechanical M ms and M mr and the electrical moments M elr and M els must be mutually and mutually the same. This means that the variable-speed drive 58 must be controlled so that the torque is the same in stationary operation.

Die Fig. 10 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Ausregelung von Leistungsschwankun­ gen ΔP. Diese Vorrichtung weist den in Fig. 8 dargestellten Generator auf, bestehend aus dem von einem Rotor 4 direkt an­ getriebenen Ständer 36 und dem von dem drehzahlveränderbaren Antrieb direkt angetriebenen Läufer 38. Die Wicklung der mehrpoligen Ständerwicklung 40 sind über Schleifringe 48, Bürsten 50, Klemmenanschlüsse 52 und den Leistungsschalter 10 mit dem Netz 12 elektrisch leitend verbunden. Im Netz 12 ist eine Spannungs-Meßwerterfassung 66 angeordnet, mit der Netz- Phasenspannungen uNR,S,T ermittelt werden. Ständerseitig weist der Generator eine Spannungs- und Strom-Meßwerterfassung 68 und 70 auf, mit denen die Ständerspannungen u1R,S,T und die Ständerströme i1R,S,T gemessen werden. Der Ständer 36 des Gene­ rators und der niederpolige Motor 60 des drehzahlveränderba­ ren Antriebs 58 sind jeweils mit einer Drehzahl-Meßwerterfas­ sung 72 und 74 versehen. Als Umrichter 62 des drehzahlverän­ derbaren Antriebs 58 ist in dieser Ausführungsform ein Span­ nungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen, der einen ungesteu­ erten netzseitigen Stromrichter 76 und einen lastseitigen Pulsstromrichter 78 aufweist. Ein derartige Umrichter 62 mit nachgeschaltetem niederpoligen Motor 60 ist aus der Antriebs­ technik bekannt. Der netzseitige Stromrichter 76 ist mit dem Leistungsschalter 30 mit dem Netz 12 elektrisch leitend ver­ bindbar. Fig. 10 shows a first embodiment of the device for compensation of erfindungsge MAESSEN Leistungsschwankun gen .DELTA.P. This device has the generator shown in FIG. 8, consisting of the stator 36 driven directly by a rotor 4 and the rotor 38 driven directly by the variable-speed drive. The winding of the multi-pole stator winding 40 are electrically conductively connected to the network 12 via slip rings 48 , brushes 50 , terminal connections 52 and the circuit breaker 10 . A voltage measurement value acquisition 66 is arranged in the network 12 and is used to determine the network phase voltages u NR, S, T. On the stator side, the generator has a voltage and current measurement value acquisition 68 and 70 , with which the stator voltages u 1R, S, T and the stator currents i 1R, S, T are measured. The stator 36 of the generator and the low-pole motor 60 of the rotational speed changeable drive 58 are each provided with a speed measuring value measurement 72 and 74 . As converter 62 of the variable-speed drive 58 , a voltage intermediate circuit converter is provided in this embodiment, which has an uncontrolled line-side converter 76 and a load-side pulse converter 78 . Such an inverter 62 with a downstream low-pole motor 60 is known from the drive technology. The line-side converter 76 can be connected to the circuit breaker 30 with the network 12 in an electrically conductive manner.

Damit die Läuferdrehzahl nr des Generators mittels des dreh­ zahlveränderbaren Antriebs 58 geregelt werden kann, ist eine Regel- und Steuereinrichtung 80 vorgesehen. Diese Regel- und Steuereinrichtung 80 weist eine Einrichtung 82 zur Generie­ rung einer Stellgröße ny mit einer nachgeschalteten Einrich­ tung 84 zur Erzeugung einer Steuergröße Sν auf. Die Einrich­ tung 82 weist ihrerseits eine Leistungsregeleinrichtung 86, eine Läufer-Drehzahl-Regeleinrichtung 88 und einen Sollwert- Bildner 90 auf. Die Ausgänge des Sollwert-Bildners 90 und der Leistungsregeleinrichtung 86 sind mittels eines Summierers 92 miteinander verknüpft, wobei dessen Ausgang mit einem Soll- Eingang der Läufer-Drehzahl-Regeleinrichtung 88 verbunden ist.A regulating and control device 80 is provided so that the rotor speed n r of the generator can be regulated by means of the variable-speed drive 58 . This regulating and control device 80 has a device 82 for generating a manipulated variable n y with a downstream device 84 for generating a control variable Sν. The device 82 in turn has a power control device 86 , a rotor speed control device 88 and a setpoint generator 90 . The outputs of the setpoint generator 90 and the power control device 86 are linked to one another by means of a summer 92 , the output of which is connected to a setpoint input of the rotor speed control device 88 .

Die Leistungsregeleinrichtung 86 weist einen Vergleicher 94 und einen Leistungsregler 96 auf, der dem Vergleicher 94 nachgeschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingang dieses Vergleichers 94 ist mit einem Ausgang eines Leistungs-Soll­ wert-Bildners 98 verbunden, wobei der invertierende Eingang des Vergleichers 94 mit einem Ausgang eines Leistungs-Ist­ wertrechners 100 verknüpft ist. An den Eingängen dieses Lei­ stungs-Istwertrechners 100 stehen die gemessenen Ständerspan­ nung u1R,S,T und Ständerströme i1R,S,T an, aus denen mittels ei­ ner hinterlegten Gleichung der Leistungs-Istwert P1 berechnet wird. The power control device 86 has a comparator 94 and a power controller 96 which is connected downstream of the comparator 94 . The non-inverting input of this comparator 94 is connected to an output of a power setpoint generator 98 , the inverting input of the comparator 94 being linked to an output of a power actual value calculator 100 . The measured stator voltage u 1R, S, T and stator currents i 1R, S, T are present at the inputs of this power actual value calculator 100 , from which the actual power value P 1 is calculated using a stored equation.

Der Leistungs-Sollwert-Bildner 98 wird bei einer stochastisch arbeitenden Arbeitsmaschine verwendet. Dieser Leistungs-Soll­ wert-Bildner 98 weist eingangsseitig einen Funktionsgenerator 102 und ausgangsseitig einen Rampengenerator 104 auf. Der Funktionsgenerator 102 ist ausgangsseitig mit dem Eingang des Rampengenerators 104 verbunden, wobei am Eingang des Funkti­ onsgenerators 102 ein Windgeschwindigkeits-Meßwert VWind an­ steht. Am Ausgang des Rampengenerators 104 steht ein stocha­ stischer Leistungs-Sollwert P* an. An einem Steuereingang des Funktionsgenerators 102 und des Rampengenerators 104 steht jeweils ein Freigabe-Signal SFG an, das nach dem Schließen des Leistungsschalters 10 generiert wird. Mittels dieses Freigabe-Signals SFG wird der Funktionsgenerator 102 und der Rampengenerator 104 gestartet.The power setpoint generator 98 is used in a stochastically operating machine. This power setpoint generator 98 has a function generator 102 on the input side and a ramp generator 104 on the output side. The function generator 102 is connected on the output side to the input of the ramp generator 104 , a wind speed measured value V wind being present at the input of the function generator 102 . At the output of the ramp generator 104 there is a stochastic power setpoint P * . An enable signal S FG is present at a control input of the function generator 102 and the ramp generator 104 , which is generated after the circuit breaker 10 is closed. The function generator 102 and the ramp generator 104 are started by means of this release signal S FG .

Der Sollwert-Bildner 90 weist eine Recheneinrichtung 106 und einen Vergleicher 108 auf, dessen nichtinvertierender Eingang mit einem Ausgang der Recheneinrichtung 106 verbunden ist. Der invertierende Eingang dieses Vergleichers 108 ist mit dem Ausgang der Drehzahl-Meßwerterfassung 72 verknüpft, an dessen Ausgang ein Ständer-Drehzahl-Istwert ns ansteht. Am Ausgang des Vergleicher 108 steht ein Läuferdrehzahl-Sollwert n* r an. Der Recheneinrichtung 106 sind die gemessenen Netz-Phasen­ spannungen uNR,S,T zugeführt. Aus diesen Netz-Phasenspannungen uNR,S,T werden zunächst Spannungen des Mitsystems eliminiert, deren Nulldurchgänge ausgewertet werden. Am Ausgang dieser Recheneinrichtung 106 steht dann ein Drehzahl-Sollwert n* sy an, der proportional der Netzwinkelgeschwindigkeit ωN des Netzes 12 ist.The setpoint generator 90 has a computing device 106 and a comparator 108 , the non-inverting input of which is connected to an output of the computing device 106 . The inverting input of this comparator 108 is linked to the output of the speed measurement value acquisition 72 , at the output of which a stator speed actual value n s is present. A rotor speed setpoint n * r is present at the output of the comparator 108 . The measured network phase voltages u NR, S, T are supplied to the computing device 106 . From these network phase voltages u NR, S, T , voltages of the positive sequence system are first eliminated, the zero crossings of which are evaluated. At the output of this computing device 106 there is then a speed setpoint n * sy which is proportional to the network angular velocity ω N of the network 12 .

Die Läufer-Drehzahleinrichtung 88 weist einen Vergleicher 110 und einen Drehzahlregler 112 auf, der dem Vergleicher 110 nachgeschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingang dieses Vergleichers 110 ist mit dem Ausgang des Summierers 92 und der invertierende Eingang dieses Vergleichers 110 ist mit dem Ausgang der Drehzahl-Meßwerterfassung 74 verbunden, an dessen Ausgang ein gemessener Läuferdrehzahl-Istwert nr ansteht. The rotor speed device 88 has a comparator 110 and a speed controller 112 , which is connected downstream of the comparator 110 . The non-inverting input of this comparator 110 is connected to the output of the adder 92 and the inverting input of this comparator 110 is connected to the output of the speed measurement value 74, at whose output a measured rotor speed value n r is pending.

Dieser gemessene Läuferdrehzahl-Istwert nr wird mit einem korrigierten Läuferdrehzahl-Sollwert n* Kr verglichen und aus einer ermittelten Regelabweichung mittels des Drehzahlreglers 112 derart eine Stellgröße ny erzeugt, daß diese Regelabwei­ chung zu Null wird.This measured rotor speed actual value n r is compared with a corrected rotor speed setpoint n * Kr and a manipulated variable n y is generated from a determined control deviation by means of the speed controller 112 such that this control deviation becomes zero.

Aus dieser Stellgröße ny werden mittels der Einrichtung 84 Steuersignale Sν für den Pulsstromrichter 78 des Umrichters 62 des drehzahlveränderbaren Antriebs 58 generiert. Da diese Einrichtung 84 Steuersignale Sν für einen Pulsstromrichter 78 generiert, wird diese Einrichtung 84 auch als Modulator be­ zeichnet.Control signals S v for the pulse converter 78 of the converter 62 of the variable-speed drive 58 are generated from this manipulated variable n y by means of the device 84 . Since this device 84 generates control signals Sν for a pulse converter 78 , this device 84 is also referred to as a modulator.

In der Fig. 11 ist eine besonders kostengünstige Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 10 dadurch, daß als drehzahlveränderbarer Antrieb 58 ein Schleifringläufer-Motor 114 vorgesehen ist, der mit einem steuerbaren Widerstand 116 verknüpft ist. Die Einrichtung 84 erzeugt nun aus der generierten Stellgröße ny ein Steuersig­ nal SR, mit dessen Hilfe der steuerbare Widerstand 116 derart verstellt wird, daß der Läuferdrehzahl-Istwert nr gleich ei­ nem korrigierten Läuferdrehzahl-Sollwert n* Kr ist.In Fig. 11, a particularly economical form of execution is illustrated of the inventive device. This embodiment differs from the embodiment according to FIG. 10 in that a slip ring rotor motor 114 is provided as the variable-speed drive 58 , which is linked to a controllable resistor 116 . The device 84 now generates a control signal S R from the generated manipulated variable n y , with the aid of which the controllable resistor 116 is adjusted in such a way that the actual rotor speed value n r is equal to a corrected rotor speed setpoint n * Kr .

Anhand der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausregelung von Leistungsschwankungen ΔP gemäß Fig. 10 soll nun deren Funktionsweise erläutert werden:The mode of operation of the device according to the invention for controlling power fluctuations ΔP according to FIG. 10 will now be explained:

Im Stillstand wird der Ständer 36 des Generators mittels ei­ ner Bremse 118 festgehalten. Gestartet wird der doppelt ange­ triebene Generator, indem der Leistungsschalter 30 und der Trenner 120 geschlossen werden. Dadurch ist der Umrichter 62 des drehzahlveränderbaren Antriebs 58 an das Netz 12 ange­ schlossen und wird mit Energie versorgt. Danach wird die Läu­ fer-Drehzahl-Regeleinrichtung 88 freigegeben. Der Läufer 38 des Generators wird nun auf einen berechneten Drehzahl-Soll­ wert n* sy geregelt. Dieser Drehzahl-Sollwert n* sy ist propor­ tional zur Netzwinkelgeschwindigkeit ωN des Netzes 12 und wird mittels der Recheneinrichtung 106 aus den gemessenen Netz-Phasenspannungen UNR,S,T berechnet. Da der Ständer 36 die­ ses doppelt angetriebenen Generators mittels der Bremse 118 festgehalten wird, ist der Ständerdrehzahl-Istwert ns gleich Null. Somit ist der Läuferdrehzahl-Sollwert n* r gleich dem be­ rechneten Drehzahl-Sollwert n* sy. Da infolge des gebremsten Ständers 36 des doppelt angetriebenen Generators keine Lei­ stung P1 generiert wird, ist der in Abhängigkeit einer ermit­ telten Leistungsschwankung ΔP ermittelte Drehzahl-Korrektur­ wert n* P Null, so daß der korrigierte Läuferdrehzahl-Sollwert n* Kr gleich dem ermittelten Läuferdrehzahl-Sollwert n* r ist. Die Läufer-Drehzahl-Regeleinrichtung 88 regelt den Läufer­ drehzahl-Istwert nr auf den ermittelten Läuferdrehzahl-Soll­ wert n* Kr, der gleich einer synchronen Drehzahl des Generators entspricht. Durch diese Drehzahlregelung des Läufers 38 des doppelt angetriebenen Generators wird im Ständer 36 eine Pol­ radspannung u P induziert, deren Frequenz gleich der Netzwin­ kelgeschwindigkeit ωN ist und deren Betrag mittels einer nicht näher dargestellten Erregung gleich dem Wert des Betra­ ges der Netzspannung u 1 ist.At standstill, the stator 36 of the generator is held by means of a brake 118 . The double-driven generator is started by closing the circuit breaker 30 and the isolator 120 . As a result, the converter 62 of the variable-speed drive 58 is connected to the network 12 and is supplied with energy. Then the rotor speed control device 88 is released. The rotor 38 of the generator is now regulated to a calculated speed setpoint n * sy . This speed setpoint n * sy is proportional to the network angular velocity ω N of the network 12 and is calculated by means of the computing device 106 from the measured network phase voltages U NR, S, T. Since the stator 36 of the double-driven generator is held by means of the brake 118 , the actual stator speed value n s is zero. The rotor speed setpoint n * r is thus equal to the calculated speed setpoint n * sy . Since, due to the braked stator 36 of the double-driven generator, no power P 1 is generated, the speed correction value n * P determined as a function of an ascertained power fluctuation ΔP is zero, so that the corrected rotor speed setpoint n * Kr is equal to that determined Rotor speed setpoint n * r is. The rotor speed control device 88 regulates the actual rotor speed value n r to the determined rotor speed setpoint value n * Kr , which corresponds to a synchronous speed of the generator. By this speed control of the rotor 38 of the double-driven generator, a pole wheel voltage u P is induced in the stator 36 , the frequency of which is equal to the angular velocity ω N of the mains and the magnitude of the mains voltage u 1 by means of an excitation (not shown ) .

Wenn die induzierte Polradspannung u P gleich der Netzspannung u 1 und der Wert des Leistungs-Istwertes P1 gleich Null ist, so ist der stationäre Lastwinkel δ, der gleich dem Winkel zwischen den beiden Spannungszeigern u P und u 1 ist, Null. Dieser Lastwinkel δ gibt gleichzeitig die relative Position des Läufers 38 zum Ständerdrehfeld an. Dieser Zustand des Ge­ nerators ist der Synchronbetrieb im Leerlaufbetrieb. In die­ sem Zustand wird mittels des Freigabe-Signals SFG der Lei­ stungs-Sollwert-Bildner 98 freigegeben, wobei zuvor der Lei­ stungsschalter 10 geschlossen wird. Dadurch ist sicherge­ stellt, daß der Generator stoßfrei an das Netz 12 angeschlos­ sen wird. Danach wird die Bremse 118 gelöst, wodurch mittels des Windes der Rotor 4 und damit der Ständer 36 des doppelt angetriebenen Generators gedreht wird. Dadurch steigt der Ständerdrehzahl-Istwert ns auf einen Wert entsprechend des vorherrschenden Windes an. Infolge der Drehbewegung des Stän­ ders 36 des Generators, verringert sich der Läuferdrehzahl- Sollwert n* r. Die Läufer-Drehzahl-Regeleinrichtung 88 regelt nun die Drehzahl des Läufers 88 derart, daß der Läuferdreh­ zahl-Istwert nr dem veränderten Läuferdrehzahl-Sollwert n* r nachgeführt wird.If the induced magnet wheel voltage u P is equal to the mains voltage u 1 and the value of the actual power value P 1 is zero, then the stationary load angle δ, which is the angle between the two voltage indicators u P and u 1, is zero. This load angle δ also indicates the relative position of the rotor 38 to the stator rotating field. This state of the Ge generator is synchronous operation in idle mode. In this state, the power setpoint generator 98 is released by means of the release signal S FG, the power switch 10 being closed beforehand. This is sicherge provides that the generator is connected to the network 12 without bumps. The brake 118 is then released, as a result of which the rotor 4 and thus the stator 36 of the double-driven generator are rotated by means of the wind. As a result, the actual stator speed n s increases to a value corresponding to the prevailing wind. As a result of the rotary movement of the generator 36 , the rotor speed setpoint n * r is reduced. The rotor speed control means 88 then controls the speed of the rotor 88 such that the rotor rotational speed value n r of the modified rotor speed command value n * r is tracked.

Durch den angetriebenen Ständer 36 des doppelt angetriebenen Generators wird eine Leistung P1 generiert und ins Netz 12 eingespeist. Dieser Leistungs-Istwert P1 wird mit einem aus der Windgeschwindigkeit VWind abgeleiteten Leistungs-Soll­ wert P* verglichen. Aus einer ermittelten Leistungsschwankung ΔP wird ein Drehzahl-Korrekturwert n* P ermittelt, der den Läuferdrehzahl-Sollwert n* r derart korrigiert, daß diese Lei­ stungsschwankung ΔP ausgeregelt wird. Wird angenommen, daß der Wind konstant ist, dreht sich im stationären Zustand der Ständer 36 des doppelt angetriebenen Generators mit der kon­ stanten Windgeschwindigkeit VWind und der Läufer 38 mit einer konstanten Drehzahl nr, die gleich der synchronen Drehzahl vermindert um den konstanten Ständerdrehzahl-Istwert ns ist.Power P 1 is generated by the driven stator 36 of the double-driven generator and fed into the network 12 . This actual power value P 1 is compared with a desired power value P * derived from the wind speed V wind . A speed correction value n * P is determined from a determined power fluctuation ΔP, which corrects the rotor speed setpoint value n * r in such a way that this power fluctuation ΔP is corrected. Assuming that the wind is constant, in the stationary state, the stator 36 of the double-driven generator rotates with the constant wind speed V Wind and the rotor 38 with a constant speed n r , which is equal to the synchronous speed and reduced by the constant stator speed. Actual value is n s .

Da der Wind jedoch stochastisch ist, ist die Generierung der Leistung P1 des doppelt angetriebenen Generators ebenfalls stochastisch. Somit stellt sich eine stochastische Leistungs­ schwankung ΔP ein, die einen stochastisch schwankenden Dreh­ zahl-Korrekturwert n* P zur Folge hat. Mittels diesem stocha­ stisch schwankenden Drehzahl-Korrekturwert n* P wird der Läu­ ferdrehzahl-Sollwert n* r korrigiert, wodurch die Drehzahl nr des Läufers 38 derart mittels des drehzahlveränderbaren An­ triebs 58 geregelt wird, daß diese stochastischen Leistungs­ schwankungen ΔP ausgeregelt werden. Somit wird an das Netz 12 eine konstante Leistung P1 abgegeben.However, since the wind is stochastic, the generation of the power P 1 of the double-driven generator is also stochastic. This results in a stochastic power fluctuation ΔP, which results in a stochastically fluctuating speed correction value n * P. By means of this stochaically fluctuating speed correction value n * P , the rotor speed setpoint n * r is corrected, whereby the speed n r of the rotor 38 is regulated by means of the variable-speed drive 58 such that these stochastic power fluctuations ΔP are corrected. A constant power P 1 is thus delivered to the network 12 .

Wird als doppelt angetriebener Generator eine Synchronmaschi­ ne verwendet, so wird als Leistungsregler 96 ein proportional wirkender Regler, auch als P-Regler bezeichnet, verwendet. Bei der Verwendung einer Synchronmaschine als doppelt ange­ triebenem Generator ist der Drehzahl-Korrekturwert n* P im stationären Lastbetrieb Null.If a synchronous machine is used as a double-driven generator, a proportional controller, also referred to as a P controller, is used as the power controller 96 . When using a synchronous machine as a double-driven generator, the speed correction value n * P is zero in stationary load operation.

Wird als doppelt angetriebener Generator eine Asynchronma­ schine verwendet, so wird als Leistungsregler 96 ein propor­ tional-integral wirkender Regler, auch als PI-Regler bezeich­ net, verwendet. Bei der Verwendung einer Asynchronmaschine als Generator ist der Drehzahl-Korrektur n* P im stationären Lastbetrieb ungleich Null. Die Begründung dafür ist aus der Momenten-Kennlinie der Asynchronmaschine gegeben. Das Moment der Asynchronmaschine ist gleich Null, wenn die mechanische Drehzahl der synchronen Drehzahl entspricht, was die Läufer- Drehzahl-Regeleinrichtung 88 ohne den Drehzahl-Korrektur n* P bewirken würde. Die Leistungsregeleinrichtung 86 erhöht die Läuferdrehzahl nr über die synchrone Drehzahl und bringt den Schlupf der Asynchronmaschine in den negativen Bereich, was dem Generatorbetrieb entspricht.Is used as a double-drive generator Asynchronma machine, so power controller 96 is used as a propor tional-integral action controller, also known as PI controller described net used. When using an asynchronous machine as a generator, the speed correction n * P is not equal to zero in stationary load operation. The reason for this is given by the torque characteristic of the asynchronous machine. The torque of the asynchronous machine is zero when the mechanical speed corresponds to the synchronous speed, which the rotor speed control device 88 would effect without the speed correction n * P. The power control device 86 increases the rotor speed n r above the synchronous speed and brings the slip of the asynchronous machine into the negative range, which corresponds to the generator operation.

Durch die Verwendung eines drehzahlveränderbaren Antriebs 58, der den Läufer 38 eines doppelt angetriebenen Generators an­ treibt und dadurch, daß die Arbeitsmaschine direkt den Stän­ der 36 dieses doppelt angetriebenen Generators antreibt, wird das teure Getriebe 6 zwischen Arbeitsmaschine 4 und Generator eingespart, wobei jedoch kein teurer hochpoliger Generator verwendet werden muß. Als Generator kann ein niederpoliger, preiswerter Generator und als Motor des drehzahlveränderbaren Antriebs 58 ein niederpoliger, preiswerter Motor 60 verwendet werden. Wird als drehzahlveränderbarer Antrieb 58 anstelle eines stromrichtergespeisten Motors 60 ein Schleifringläufer- Motor 114 verwendet, so erhält man die kostengünstigste Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Through the use of a variable-speed drive 58 , which drives the rotor 38 of a double-driven generator and by the fact that the working machine drives the stand of the 36 of this double-driven generator, the expensive transmission 6 between the working machine 4 and the generator is saved, but none expensive multi-pole generator must be used. A low-pole, inexpensive generator can be used as the generator, and a low-pole, inexpensive motor 60 can be used as the motor of the variable-speed drive 58 . If a slip ring rotor motor 114 is used as the variable-speed drive 58 instead of a converter-fed motor 60 , the most cost-effective embodiment of the device according to the invention is obtained.

In der Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die Anwendung für die Windtechnik erläutert. Diese Vorrich­ tung kann jedoch überall da angewendet werden, wo die Inte­ grationszeitkonstante der Arbeitsmaschinenseite wenigstens zwanzigmal größer ist als die Integrationszeitkonstante der drehzahlveränderbaren Antriebsseite.In the representation of the device according to the invention the application for wind technology explained. This device However, the device can be used wherever the inte Gration time constant of the machine side at least  is twenty times greater than the integration time constant of variable speed drive side.

Claims (14)

1. Verfahren zur Ausregelung von Leistungsschwankungen (ΔP) eines mittels einer stochastisch drehenden Arbeitsmaschine (4) angetriebenen Generators mit einem Ständer (36) und einem Läufer (38), wobei elektrische Leistung dem Ständer entnehm­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (36) des Generators direkt von der Arbeitsma­ schine (4) angetrieben wird, daß der Läufer (38) des Genera­ tors direkt von einem drehzahlveränderbaren Antrieb (58) der­ art angetrieben wird, daß eine ermittelte Leistungsschwankung (ΔP) durch Änderung des Läuferdrehzahl-Istwertes (nr) zu Null wird.1. A method for controlling power fluctuations (ΔP) of a generator driven by means of a stochastically rotating machine ( 4 ) with a stator ( 36 ) and a rotor ( 38 ), electrical power being removable from the stator, characterized in that the stator ( 36 ) of the generator is driven directly by the working machine ( 4 ), that the rotor ( 38 ) of the generator is driven directly by a variable-speed drive ( 58 ) of the type that a determined power fluctuation (ΔP) by changing the actual rotor speed value (n r ) becomes zero. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit eines gemessenen Ständerdrehzahl-Ist­ wertes (ns) und eines berechneten Drehzahl-Sollwertes (n* sy), der proportional einer Netzwinkelgeschwindigkeit (ωN) eines am Ständer (36) des Generators angeschlossenen Netzes (12) ist, ein Läuferdrehzahl-Sollwert (n* r) ermittelt wird, der von einem in Abhängigkeit einer ermittelten Leistungsschwankung (ΔP) ermittelten Drehzahl-Korrekturwert (n* P) überlagert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that as a function of a measured stator speed actual value (n s ) and a calculated speed setpoint (n * sy ), which is proportional to a network angular velocity (ω N ) one on the stator ( 36 ) Generator connected network ( 12 ), a rotor speed setpoint (n * r ) is determined, which is superimposed by a speed correction value (n * P ) determined as a function of a determined power fluctuation (ΔP). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit eines ermittelten Leistungs-Sollwertes (P*) und eines berechneten Leistungs-Istwertes (P1) eine Lei­ stungsschwankung (ΔP) ermittelt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a Lei stungs fluctuation (ΔP) is determined as a function of a determined target power value (P * ) and a calculated actual power value (P 1 ). 4. Vorrichtung zur Ausregelung von Leistungsschwankungen (ΔP) eines mittels einer stochastisch drehenden Arbeitsmaschine (4) angetriebenen Generators mit einem Ständer (36) und einem Läufer (38), wobei elektrische Leistung dem Ständer entnehm­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (36) drehbar gelagert und mit einer Kupplung (46) versehen ist, daß der Läufer (38) mit einer Kupplung (64) mit einem drehzahlveränderbaren Antrieb (58) gekoppelt ist, daß der Ständer (36) und der Läufer (38) jeweils mit ei­ ner Drehzahl-Meßwerterfassung (72, 74) versehen sind, daß ei­ ne Einrichtung (82) zur Generierung einer Stellgröße (ny) mit einer nachgeschalteten Einrichtung (84) zur Erzeugung einer Steuergröße (Sν, SR) vorgesehen ist, daß diese Einrichtung (82) zur Generierung einer Stellgröße (ny) eingangsseitig mit den Ausgängen den Drehzahl-Meßwerterfassungen (72, 74) ver­ knüpft ist, und daß die Einrichtung (84) zur Erzeugung einer Steuergröße (Sν, SR) mit einem Steuereingang des drehzahlver­ änderbaren Antriebs (58) verbunden ist.4. Device for controlling power fluctuations (ΔP) of a generator driven by means of a stochastically rotating machine ( 4 ) with a stator ( 36 ) and a rotor ( 38 ), electrical power being removable from the stator, characterized in that the stator ( 36 ) is rotatably mounted and provided with a clutch ( 46 ), that the rotor ( 38 ) is coupled to a clutch ( 64 ) with a variable-speed drive ( 58 ), that the stator ( 36 ) and the rotor ( 38 ) are each coupled egg ner speed measurement value acquisition ( 72 , 74 ) are provided that ei ne device ( 82 ) for generating a manipulated variable (n y ) with a downstream device ( 84 ) for generating a control variable (Sν, S R ) is provided that this Device ( 82 ) for generating a manipulated variable (n y ) on the input side is linked to the outputs of the speed measured value recordings ( 72 , 74 ), and that the device ( 84 ) for generating a control variable (Sν, S R ) is connected to a control input of the variable-speed drive ( 58 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drehzahlveränderbare Antrieb (58) einen niederpoligen Motor (60) und einen Umrichter (62) aufweist.5. The device according to claim 4, characterized in that the variable-speed drive ( 58 ) has a low-pole motor ( 60 ) and a converter ( 62 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drehzahlveränderbare Antrieb (58) einen Schleifring­ läufer-Motor (114) aufweist.6. The device according to claim 4, characterized in that the variable-speed drive ( 58 ) has a slip ring rotor motor ( 114 ). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (82) zur Generierung einer Stellgröße (ny) eine Leistungsregeleinrichtung (86), eine Läufer-Dreh­ zahl-Regeleinrichtung (88) und einen Drehzahl-Sollwert-Bild­ ner (90) aufweist, daß die Ausgänge des Drehzahl-Sollwert- Bildners (90) und der Leistungsregeleinrichtung (86) mittels eines Summierers (92) miteinander verknüpft sind und daß der Ausgang des Summierers (92) mit einem Sollwert-Eingang der Läufer-Drehzahl-Regeleinrichtung (88) verbunden ist. 7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the device ( 82 ) for generating a manipulated variable (n y ) a power control device ( 86 ), a rotor speed control device ( 88 ) and a speed setpoint Image ner ( 90 ) has that the outputs of the speed setpoint generator ( 90 ) and the power control device ( 86 ) are linked by means of a summer ( 92 ) and that the output of the summer ( 92 ) with a setpoint input of the rotor -Speed control device ( 88 ) is connected. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregeleinrichtung (86) einen Vergleicher (94) und einen Leistungsregler (96) aufweist, der dem Vergleicher (94) nachgeschaltet ist, dessen nichtinvertierender Eingang mit einem Ausgang eines Leistungs-Sollwert-Bildners (98) und dessen invertierender Eingang mit einem Leistungs-Istwert­ rechner (100) verbunden sind.8. The device according to claim 7, characterized in that the power control device ( 86 ) has a comparator ( 94 ) and a power controller ( 96 ) which is connected downstream of the comparator ( 94 ), whose non-inverting input with an output of a power setpoint generator ( 98 ) and its inverting input are connected to a power actual value calculator ( 100 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer-Drehzahl-Einrichtung (88) einen Vergleicher (110) und einen Drehzahlregler (112) aufweist, der dem Ver­ gleicher (110) nachgeschaltet ist, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang des Summierers (92) und dessen inver­ tierender Eingang mit dem Ausgang der läuferseitigen Dreh­ zahl-Meßwerterfassung (74) verbunden sind.That the rotor speed means (88) 9. A device according to claim 7, characterized in that a comparator (110) and a speed controller (112) which is connected downstream of the Ver same (110), whose non-inverting input connected to the output of the Summers ( 92 ) and its inverting input are connected to the output of the rotor-side speed measurement value acquisition ( 74 ). 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Sollwert-Bildner (90) eine Recheneinrichtung (106) und einen Vergleicher (108) aufweist, dessen nichtin­ vertierender Eingang mit einem Ausgang der Recheneinrichtung (106) und dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang der ständerseitigen Drehzahl-Meßwerterfassung (72) verbunden sind.10. The device according to claim 7, characterized in that the speed setpoint generator ( 90 ) has a computing device ( 106 ) and a comparator ( 108 ), the non-inverting input with an output of the computing device ( 106 ) and its inverting input with are connected to the output of the stator-side speed measurement value acquisition ( 72 ). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Umrichter (62) ein Spannungszwischenkreis-Umrichter vorgesehen ist.11. Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that a voltage intermediate-circuit converter is provided as the converter ( 62 ). 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Generator ein niederpoliger Synchrongenerator vorge­ sehen ist. 12. The device according to one of claims 4 to 11, characterized, that featured as a generator a low-pole synchronous generator see is.   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Generator ein niederpoliger Asynchrongenerator vorge­ sehen ist.13. The device according to one of claims 4 to 11, characterized, that featured as a generator a low-pole asynchronous generator see is. 14. Generator für die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung der mehrphasigen Wicklung des Ständers (36) mittels eines Schleifringes (48) und einer Bürste (50) mit einem Klemmenanschluß (52) des Generators elektrisch leitend verbunden ist.14. Generator for the device according to one of claims 4 to 11, characterized in that each winding of the multi-phase winding of the stator ( 36 ) by means of a slip ring ( 48 ) and a brush ( 50 ) with a terminal connection ( 52 ) of the generator is electrically conductive connected is.
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