DE19620906A1 - Wind farm - Google Patents

Wind farm

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Abstract

The invention concerns a wind power site (2) which comprises at least two wind power plants (4) and a line-side power converter station (46), each wind power plant (4) comprising a rotor (6), a generator (24), a rectifier (30), a smoothing choke (36) and an output-regulating arrangement (62). The line-side power converter station (46) comprises a smoothing choke (48), a power inverter (50), a matching transformer (52), a filter (28) and a regulating arrangement (102), the wind power plants (4) being electrically connected in parallel on the direct current side, and the line-side power converter station (46) being electrically connected in series on the direct current side to the wind power plants (4) connected in parallel on the direct current side. In this way, a wind power site (2) is obtained whose entire available wind power output can be transferred into a regional supply network.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Windenergiepark.The invention relates to a wind energy park.

Die Einspeisung der mit dem stochastischen Primärenergie­ träger Wind erzeugten Elektroenergie in ein regionales Versorgungsnetz ist nicht unproblematisch. Aus dem Aufsatz "Bedingungen für den Anschluß von Windenergieanlagen an ein regionales Elektroenergie-Versorgungsnetz", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "ELEKTRIE", Berlin 49 (1995) 5/6/7, Seiten 249 bis 253 ergeben sich die technischen Anforderungen für Wind­ energieparks. Die in diesem Aufsatz aufgestellten Anforde­ rungen an die Windenergieanlagen beziehen sich auf Leistungs- oder Spannungsänderungen, Leistungsschwankungen, Netzflicker und machen Angaben zu den Netzkurzschlußkriterien eines Wind­ energieparks.Feeding in with the stochastic primary energy Sluggish wind generated electrical energy in a regional Supply network is not without problems. From the essay "Conditions for connecting wind turbines to a regional electrical power supply network ", printed in the DE magazine "ELEKTRIE", Berlin 49 (1995) 5/6/7, pages 249 up to 253 there are technical requirements for wind energy parks. The requirements set out in this article Wind turbine systems relate to power or voltage changes, power fluctuations, network flicker and provide information on a wind's short-circuit criteria energy parks.

Die Spannungsanhebung an der Windenergiepark-Einspeisestelle in das regionale Versorgungsnetz darf, entsprechend einer Normvorschrift, nicht mehr als 4% betragen. Aus dieser Forderung ergibt sich eine maximal mögliche Energieleistung in Abhängigkeit von der Entfernung zum einspeisenden Umspann­ werk des regionalen Versorgungsnetzes. Für das in diesem Aufsatz dargestellte Windenergieanlagenkonzept wird die Energie der einzelnen zu einem Windenergiepark gehörenden Windenergieanlagen über eine Drehstromleitung oder ein Dreh­ stromkabel bis zum Umspannwerk des regionalen Netzes über­ tragen. Dadurch kann es zu der bereits genannten Limitierung der Anschlußleistung des Windenergieparks kommen, obwohl die gesamte zur Verfügung stehende Windenergieleistung des Wind­ energieparks größer ist.The voltage boost at the wind farm feed-in point according to a Norm, not more than 4%. From this The maximum possible energy output is required depending on the distance to the incoming transformer regional supply network. For that in this The wind turbine concept presented here is the Energy of the individual belonging to a wind energy park Wind turbines via a three-phase line or a rotary power cable to the substation of the regional network carry. This can lead to the limitation already mentioned the connected load of the wind farm come, although the total available wind energy power of the wind energy parks is larger.

Die Windenergieanlagen-Leistungsschwankungen sind gemäß Richtlinien für das Mittelspannungsnetz auf maximal 2% und für das Niederspannungsnetz auf maximal 3% begrenzt. Eine derartige Forderung kann nur von Windenergieanlagen erfüllt werden, die eine Leistungsregelung haben, wobei diese Leistungsregelung jedoch sehr langsam ist, weil sie mit einer sogenannten "Pitch-Regelung" realisiert wird, die über die Rotorblattverstellung wirkt.The wind turbine power fluctuations are according to Guidelines for the medium voltage network to a maximum of 2% and limited to a maximum of 3% for the low-voltage network. A  Such a requirement can only be met by wind turbines who have a power regulation, this However, power regulation is very slow because it works with a so-called "pitch control" is realized, which over the Rotor blade adjustment works.

Ein weiterer Störfaktor sind die Oberschwingungen, die vor allem im Einspeisestrom der netzseitigen Wechselrichter vor­ kommen. Diese sind mit geeigneten filtern zu kompensieren. Bei langen Kabelleitungen kann es im Mittelspannungsnetz zu Resonanzen zwischen der Kabelkapazität und der Kurzschluß­ reaktanz der Anlage kommen. Bei Asynchrongeneratoren können keine Oberschwingungen auftreten.Another disturbing factor are the harmonics that come before especially in the feed-in current of the grid-side inverters come. These are to be compensated with suitable filters. With long cable lines, it can happen in the medium-voltage network Resonances between the cable capacity and the short circuit reactivity of the system. Asynchronous generators can no harmonics occur.

Ein weiterer Störfaktor ist das Flicker-Problem. Durch Lei­ stungsschwankungen entstehen Schwankungen in der Versorgungs­ spannung. Diese Spannungsschwankungen verursachen unter anderem Helligkeitsschwankungen in Glühlampen und Leucht­ stofflampen, die auch "Flicker" genannt werden. Da das menschliche Auge sehr empfindlich auf diese "Flicker" rea­ giert, müssen der Höhe und Häufigkeit der Spannungsschwan­ kungen enge Grenzen gesetzt werden. Dieses Flicker-Problem kann nur dann reduziert werden, wenn zwischen dem Aggregat, bestehend aus Rotor und Generator, und einem Mittel­ spannungs-Netz ein Zwischenkreis kombiniert mit einer Leistungsregelung vorhanden ist. Wie bereits festgestellt, ist die Windenergie­ anlagen-Leistungsregelung langsam. Da auch ein Parallel­ betrieb der Windenergieanlagen bei einem Windenergiepark vor­ sieht, kann sehr schwer die Interferenz der Einzel-Flicker im Mittelspannungsnetz vorausgesagt bzw. unterdrückt werden.Another disruptive factor is the flicker problem. By lei fluctuations in supply arise fluctuations in supply tension. These voltage fluctuations cause under other fluctuations in brightness in incandescent lamps and lights fabric lamps, which are also called "flicker". Since that human eye very sensitive to this "flicker" rea greed, the amount and frequency of the tension swan narrow limits. This flicker problem can only be reduced if between the unit, consisting of rotor and generator, and an agent voltage network an intermediate circuit combined with a power control is available. As already stated, is wind energy system power control slow. There is also a parallel Operation of the wind turbines at a wind farm can see the interference of the single flicker in the Medium voltage network can be predicted or suppressed.

Die Fig. 1 zeigt ein bekanntes Konzept eines Windenergieparks 2 mit N Windenergieanlagen 4. Jede Windenergieanlage 4 weist einen Rotor 6, ein Getriebe 8, einen Asynchrongenerator 10 und einen Anpaßtransformator 12 auf. Jede Windenergieanlage 4 ist mittels eines Leistungsschalters 14 mit einer Sammel­ schiene 16 elektrisch leitend verbunden, die mittels einer Drehstromleitung 18 mit einem Umspannwerk 20 eines regionalen Versorgungsnetzes 22, beispielsweise eines Mittelspannungs­ netzes, verknüpft ist. Auch diese Drehstromleitung 18 ist über Leistungsschalter 14 freischaltbar. Dieses Konzept ist zwar preisgünstig, jedoch technisch nicht sehr zuverlässig, da beispielsweise zusätzlich ein Getriebe 8 verwendet wird. Der Vorteil des Asynchrongenerators 10 ist, daß er keine Oberschwingungen produziert. Jedoch spielt bei dem Asynchron­ generator 10 die Spannungsänderung eine große Rolle. Dabei kann es passieren, daß Windenergieanlagen 4 mit eine geringeren als geplanten Leistungen ans Netz gehen dürfen oder daß die einzuspeisende Leistung begrenzt werden muß. Fig. 1 illustrates a known concept of a wind energy park with N 2 wind turbines. 4 Each wind turbine 4 has a rotor 6 , a gear 8 , an asynchronous generator 10 and a matching transformer 12 . Each wind turbine 4 is electrically connected by means of a circuit breaker 14 to a busbar 16 , which is linked by means of a three-phase line 18 to a substation 20 of a regional supply network 22 , for example a medium-voltage network. This three-phase line 18 can also be disconnected via circuit breaker 14 . Although this concept is inexpensive, it is not technically very reliable since, for example, a transmission 8 is additionally used. The advantage of the asynchronous generator 10 is that it produces no harmonics. However, the voltage change plays an important role in the asynchronous generator 10 . It can happen that wind turbines 4 may be connected to the grid with a lower than planned output or that the power to be fed in must be limited.

Die Fig. 2 zeigt ebenfalls ein bekanntes Konzept eines Wind­ energieparks 2 mit N Windenergieanlagen 4. Jede Windenergie­ anlage 4 weist einen Rotor 6, einen Synchrongenerator 24, einen Umrichter 26, einen Anpaßtransformator 12 und einen Filter 28 auf. Jede Windenergieanlage 4 ist wie beim Wind­ energieparkkonzept gemäß Fig. 1 mittels Leistungsschalter 14 mit einer Sammelschiene 16 verbunden, die über eine Dreh­ stromleitung 18 mit einem Umspannwerk 20 eines regionalen Versorgungsnetzes 22 verknüpft ist. Der Umrichter 26 weist eingangsseitig einen mehrpulsigen, beispielsweise 12-pulsi­ gen, Gleichrichter 30 und ausgangsseitig einen mehrpulsigen, beispielsweise 12-pulsigen, Puls-Wechselrichter 32 auf, wobei der Gleichrichter 30 und der Puls-Wechselrichter 32 mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreises 34 verbunden ist.The Fig. 2 also shows a conventional concept of a wind energy park with N 2 wind turbines. 4 Each wind turbine 4 has a rotor 6 , a synchronous generator 24 , a converter 26 , a matching transformer 12 and a filter 28 . As in the wind energy park concept according to FIG. 1, each wind energy installation 4 is connected to a busbar 16 by means of a circuit breaker 14 , which is connected to a substation 20 of a regional supply network 22 via a three-phase power line 18 . The converter 26 has a multi-pulse, for example 12-pulse, rectifier 30 on the input side and a multi-pulse, for example 12-pulse, pulse inverter 32 on the output side, the rectifier 30 and the pulse inverter 32 being connected by means of a DC voltage intermediate circuit 34 .

Gegenüber der Windenergieanlage 4 gemäß der Fig. 1 ist bei dieser Windenergieanlage 4 der Rotor 6 direkt mit dem Synchrongenerator 24 verbunden und die Rotorblätter dieses Rotors 6 sind verstellbar. Diese Verstellbarkeit der Rotor­ blätter des Rotors 6 ist durch Pfeile gekennzeichnet. Der Synchrongenerator 24 weist zwei um 30° elektrisch zueinander versetzte Ständerwicklungen auf, die jeweils mit einem Teilgleichrichter des Gleichrichters 30 verknüpft sind. Compared to the wind power plant 4 according to FIG. 1, in this wind power plant 4 the rotor 6 is directly connected to the synchronous generator 24 and the rotor blades of this rotor 6 are adjustable. This adjustability of the rotor blades of the rotor 6 is indicated by arrows. The synchronous generator 24 has two stator windings which are electrically offset from one another by 30 ° and are each linked to a partial rectifier of the rectifier 30 .

Um die Oberschwingungsströme des Puls-Wechselrichters 32 zu kompensieren, sind entsprechende Filter 28 vorgesehen. Da bei diesen Windenergieanlagen 4 zwischen dem Aggregat, bestehend aus Rotor 6 und Synchrongenerator 24, und dem regionalen Versorgungsnetz 22 ein Gleichspannungs-Zwischenkreis 34 und eine langsame Leistungsregelung durch die verstellbaren Rotorblätter vorhanden ist, kann das Flicker-Problem reduziert werden. Jedoch kann die Interferenz der Einzel-Flicker im regionalen Versorgungsnetz nur sehr schwer vorausgesagt bzw. unterdrückt werden.Appropriate filters 28 are provided to compensate for the harmonic currents of the pulse inverter 32 . Since in these wind energy plants 4 there is a DC intermediate circuit 34 and a slow power control by means of the adjustable rotor blades between the assembly consisting of rotor 6 and synchronous generator 24 and the regional supply network 22 , the flicker problem can be reduced. However, it is very difficult to predict or suppress the interference of the individual flicker in the regional supply network.

Diese bekannten Konzepte für Windenergieparks 2 sind alle dezentrale Drehstrom-Konzepte, weil die Energie der einzelnen Windenergieanlagen 4 in das regionale Versorgungsnetz 22 eingespeist wird. Da die Spannungsanhebung an der Wind­ energiepark-Einspeisestelle in das regionale Versorgungsnetz 22 nicht mehr als 4% betragen darf, ergibt sich eine maximal mögliche Windenergieleistung in Abhängigkeit von der Entfernung der Windenergiepark-Einspeisestelle vom Umspann­ werk 20. D.h., ein Großteil der mit den Windenergieanlagen 4 erzeugten Leistung kann nicht in ein regionales Versorgungs­ netz 22 eingespeist werden.These known concepts for wind energy parks 2 are all decentralized three-phase concepts, because the energy of the individual wind energy plants 4 is fed into the regional supply network 22 . Since the voltage increase at the wind energy park feed-in point in the regional supply network 22 must not amount to more than 4%, the maximum possible wind energy output depends on the distance of the wind energy park feed-in point from the substation 20 . That is, a large part of the power generated by the wind turbines 4 cannot be fed into a regional supply network 22 .

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Wind­ energiepark mit mehreren Windenergieanlagen anzugeben, bei dem die bestehenden Nachteile der bekannten Konzepte für Windenergieparks nicht mehr auftreten.The invention is based on the object of a wind energy park with several wind turbines to specify at which the existing disadvantages of the known concepts for Wind energy parks no longer occur.

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

Dadurch, daß die Windenergieanlagen eines Windenergieparks gleichstromseitig elektrisch parallel geschaltet sind, werden nicht mehr gemäß der Anzahl der Windenergieanlagen mehrere Wechselrichter benötigt, sondern nur noch eine netzseitige Stromrichterstation, die einen Wechselrichter aufweist. Dieser Wechselrichter der netzseitigen Stromrichterstation ist gleichstromseitig mit dem gleichstromseitig parallel geschalteten Windenergieanlagen elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch erhält man ein Gleichstromkonzept für einen Windenergiepark.Because the wind turbines of a wind farm are electrically connected in parallel on the DC side no longer several according to the number of wind turbines Inverter required, but only one grid side Power converter station that has an inverter. This inverter of the grid-side converter station  is parallel on the DC side with the DC side connected wind turbines electrically in series switched. This gives you a DC concept for a wind farm.

Dieses vorgeschlagene Gleichstrom-Konzept basiert auf der Erkenntnis, daß alle Anforderungen an Windenergieparks bezüglich Leistungs- oder Spannungsänderungen, Leistungs­ schwankungen, Netz-Flicker und Netz-Kurzschluß-Kriterien von der am Windenergiepark-Anschlußort vorhandene Netzkurzschluß­ leistung abhängen. Je höher die Netzkurzschlußleistung am Anschlußort ist, um so leichter werden die Anforderungen von Windenergiepark erfüllt.This proposed DC concept is based on the Realization that all requirements for wind farms regarding changes in power or voltage, power fluctuations, network flicker and network short-circuit criteria of the network short-circuit existing at the wind farm connection point performance depend. The higher the network short-circuit power at The place of connection is, the easier the requirements of Wind energy park fulfilled.

Weil die Gleichstrom-Übertragung den Windenergiepark elek­ trisch bis zum Wechselrichter der netzseitigen Stromrichter­ station bringt, ist ein Gleichstrom-Konzept dem bekannten Drehstrom-Konzepten technisch überlegen, da die netzseitige Stromrichterstation näher oder direkt am Umspannwerk des regionalen Versorgungsnetzes, d. h. am Anschlußort mit der höheren oder höchsten Netzkurzschlußleistung, installiert werden kann.Because the direct current transmission elec tric to the inverter of the grid-side converter station brings, is a DC concept the well-known Technically superior to three-phase concepts, as the network side Converter station closer or directly to the transformer station of the regional supply network, d. H. at the junction with the higher or highest network short-circuit power installed can be.

Bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrom-Konzept des Wind­ energieparks wird die Energie über eine Gleichstrom-Leitung bis zum Wechselrichter der netzseitigen Stromrichterstation übertragen, dessen Standort wiederum so bestimmt werden kann, daß die gesamte zur Verfügung stehende Windenergieleistung in ein regionales Versorgungsnetz übertragen werden kann und sich gleichzeitig ein preisliches Optimum ergibt. Außerdem weist jede Windenergieanlage eine Leistungsregelung auf, die schnell ist, weil sie über den Steuerwinkel des Gleich­ richters wirkt. Durch die Verschaltung der Windenergieanlagen im Gleichstrom-Zwischenkreis wird die Interferenz der Einzel-Flicker im Gleichstromkreis und nicht im regionalen Versor­ gungsnetz stattfinden. Weil der Wechselrichter der netz­ seitigen Stromrichterstation eine zentrale Energieüber­ gabestelle zum regionalen Versorgungsnetz darstellt und eine Drehstromspannungsregelung besitzt, wird der Flicker prak­ tisch ausgeregelt. Außerdem kann das erfindungsgemäße Gleich­ strom-Konzept eines Windenergieparks bei einer niedrigeren Kurzschlußleistung am Einspeiseort als die vergleichbaren Drehstrom-Konzepte betrieben werden.In the direct current concept of the wind according to the invention energy parks, the energy is supplied via a direct current line to the inverter of the grid-side converter station transmitted, the location of which in turn can be determined that the total wind energy available in a regional supply network can be transferred and there is an optimum price at the same time. Furthermore each wind turbine has a power control that is fast because it's about the head angle of the same richters works. By interconnecting the wind turbines in the DC link, the interference of Single flicker in the DC circuit and not in the regional utility network. Because the inverter of the grid side converter station a central energy transfer  represents the regional supply network and a Has three-phase voltage control, the flicker is practical corrected table. In addition, the same according to the invention electricity concept of a wind farm at a lower Short-circuit power at the entry point than the comparable Three-phase concepts are operated.

Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Konzept für einen Windenergiepark die zentrale Drehstrom-Spannungsregelung des Windenergieparks mit den schnellen dezentralen Windenergie­ anlagen-Leistungsregelungen kombiniert, wodurch den Energie­ versorgungsunternehmen eine erhebliche Verbesserung der Qualität der Energieeinspeisung aus Windenergieparks geboten wird.In addition, the inventive concept for one Wind energy park the central three-phase voltage regulation of the Wind energy parks with fast decentralized wind energy System power controls combined, reducing the energy utilities a significant improvement in Quality of the energy feed from wind energy parks offered becomes.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windenergieparks ist zwischen dem gleichstromseitig parallel geschalteten Windenergieanlagen und der netzseitigen Strom­ richterstation eine Gleichstrom-Übertragungseinrichtung geschaltet. Durch diese Gleichstrom-Übertragungseinrichtung kann die netzseitige Stromrichterstation direkt an einem Umspannwerk eines regionalen Versorgungsnetzes errichtet werden, so daß die gesamte zur Verfügung stehenden Wind­ energieleistung in das regionale Versorgungsnetz eingespeist werden kann. So erhöht sich der Wirkungsgrad eines Wind­ energieparks wesentlich.In an advantageous embodiment of the invention Wind energy parks are parallel between the DC side switched wind turbines and the grid-side electricity judge station a DC transmission device switched. Through this DC transmission device the line-side converter station can be connected directly to a Substation of a regional supply network built so that the entire available wind energy output fed into the regional supply network can be. This increases the efficiency of a wind energy parks essential.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Windenergieparks weist jede Windenergieanlage einen Rotor mit verstellbaren Rotorblättern und eine Dreh­ zahlregelung auf. Mittels dieser Drehzahlregelung wird erreicht, daß das Aggregat Rotor-Generator an der obersten erlaubten Leistungsgrenze (Maximalspannung) arbeitet, womit der Leistungs-Regelbereich jeder Windenergieanlage optimal ausgenutzt werden kann. Die Drehzahlregelung wirkt über die Rotorblattverstellung, wobei ein Drehzahl-Sollwert aus der Windgeschwindigkeit generiert wird. In a further advantageous embodiment of the inventions According to the wind energy parks, each wind turbine has a rotor with adjustable rotor blades and a rotary payment scheme on. By means of this speed control achieved that the aggregate rotor generator at the top allowed power limit (maximum voltage) works with what the performance control range of every wind turbine is optimal can be exploited. The speed control works via the Rotor blade adjustment, with a speed setpoint from the Wind speed is generated.  

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Windenergieparks sind den Unteransprüchen 4 bis 15 zu entnehmen.Advantageous configurations of the wind energy park are the Subclaims 4 to 15 can be found.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windenergieparks schematisch veranschau­ licht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing referred to in which an advantageous embodiment of the Wind energy parks according to the invention schematically light is.

Fig. 1 zeigt ein erstes bekanntes Konzept eines Windenergie­ parks, Fig. 1 shows a first known concept of a wind power parks,

Fig. 2 zeigt ein zweites bekanntes Konzept eines Wind­ energieparks, in Fig. 2 shows a second known concept of a wind energy park, in

Fig. 3 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Konzeptes eines Windenergieparks dargestellt, in Fig. 3 is an advantageous embodiment of the inventive concept of a wind farm shown, in

Fig. 4 wird die maximale Windenergieleistung in Abhängigkeit von der Windenergiepark-Entfernung zum Umspannwerk eines regionalen Versorgungsnetzes dargestellt, die FIG. 4 shows the maximum wind power output as a function of the distance from the wind farm to the substation of a regional supply network

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Leistungsregelung und eine Drehzahlregelung einer Windenergieanlage, wobei die Fig. 5 shows a block diagram of a device for power control and speed control of a wind turbine, the

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Regelanordnung der netz­ seitigen Stromrichterstation veranschaulicht, die Fig. 6 illustrates a block diagram of a control arrangement of the grid-side converter station, the

Fig. 7 zeigt in einem Diagramm den Leistungs-Regelbereich einer Windenergieanlage und die Fig. 7 shows a diagram of the power control range of a wind turbine and the

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm den Windenergiepark-Multiterminalbetrieb. Fig. 8 shows a diagram of the wind farm multi-terminal operation.

Die Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Konzeptes eines Windenergieparks 2. Dieser Windenergiepark 2 weist N Windenergieanlagen 4 auf. Jede Windenergieanlage 4 weist einen Rotor 6, dessen Rotorblätter verstellbar sind, einen Synchrongenerator 24, einen Gleich­ richter 30 und eine Glättungsdrossel 36 auf. Der Synchron­ generator 24 ist direkt mit dem Rotor 6 gekoppelt und weist zwei 30° elektrisch zueinander versetzte Statorwicklungen auf, die jeweils mit einem Teilgleichrichter des Gleichrichters 30 elektrisch leitend verbunden sind. Der Rotor 6 des Synchrongenerators 24 kann eine Permanenterregung oder eine spannungsgeregelte Erregung aufweisen. Der Gleichrichter 30 ist mehrpulsig, beispielsweise 12-pulsig, ausgeführt. Die Glättungsdrossel 36 ist beispielsweise in der positiven Aus­ gangsleitung 38 angeordnet. Diese positive Ausgangsleitung 38 und eine negative Ausgangsleitung 40 sind jeweils mittels Leistungsschalter 14 von einer positiven und negativen Strom­ schiene 42 und 44 trennbar. Mittels dieser beiden Strom­ schienen 42 und 44 sind die N Windenergieanlagen 4 des Wind­ energieparks 2 gleichstromseitig parallel geschaltet. Fig. 3 shows an advantageous embodiment of the concept OF INVENTION to the invention a wind farm. 2 This wind farm 2 has N wind turbines 4 . Each wind turbine 4 has a rotor 6 , the rotor blades are adjustable, a synchronous generator 24 , a rectifier 30 and a smoothing choke 36 . The synchronous generator 24 is coupled directly to the rotor 6 and has two stator windings which are electrically offset from one another by 30 °, each of which is electrically conductively connected to a partial rectifier of the rectifier 30 . The rotor 6 of the synchronous generator 24 can have a permanent excitation or a voltage-controlled excitation. The rectifier 30 is multi-pulse, for example 12-pulse. The smoothing inductor 36 is arranged, for example, in the positive output line 38 . This positive output line 38 and a negative output line 40 are each separated by a circuit breaker 14 from a positive and negative current rail 42 and 44 . Using these two power rails 42 and 44 , the N wind turbines 4 of the wind energy park 2 are connected in parallel on the DC side.

Eine netzseitige Stromrichterstation 46 ist bei dieser Dar­ stellung des Gleichstromkonzeptes des Windenergieparks 2 direkt bei dem Umspannwerk 20 eines regionalen Versorgungs­ netzes 22 angeordnet. Diese netzseitige Stromrichterstation 46 weist eine Glättungsdrossel 48, einen Wechselrichter 50, einen Anpaßtransformator 52 und einen Filter 28 auf. Der Wechselrichter 50 besteht ebenso wie der Gleichrichter 30 einer jeden Windenergieanlage 4 aus zwei Teilwechselrichtern. Die Pulsigkeit des Wechselrichters 50 entspricht ebenfalls der Pulsigkeit der Gleichrichter 30. Jeder Teilwechselrichter ist mit einer Sekundärwicklung des Anpaßtransformators 52 elektrisch leitend verbunden, wobei dessen Primärwicklung mit einer Sammelschiene 54 des Umspannwerkes 20 verbunden ist. An dieser Sammelschiene 54 ist außerdem das Filter 28 ange­ schlossen. Die Glättungsdrossel 48 ist beispielsweise in der positiven Eingangsleitung 56 des Wechselrichters 50 angeord­ net. Diese positive Eingangsleitung 56 und eine negative Eingangsleitung 58 sind mittels einer Gleichstrom-Übertra­ gungseinrichtung 60 mit der positiven und negativen Strom­ schiene 42 und 44 der elektrisch parallel geschalteten Windenergieanlagen 4 elektrisch leitend verbunden. Die Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 60, die zwei Gleich­ stromleitungen oder ein Gleichstromkabel sein kann, kann mittels nicht näher dargestellter Leistungsschalter 14 freigeschaltet werden. Bei dieser Konzeptdarstellung wurde auf die Veranschaulichung von Einrichtungen 62 zur Leistungs­ regelung der Windenergieanlagen 4 und einer Regelanordnung 102 der netzseitigen Stromrichterstation 46 aus Übersicht­ lichkeitsgründen verzichtet. Die zugehörigen Blockschalt­ bilder dieser Einrichtung 62 zur Leistungsregelung und dieser Regelanordnung 102 sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.A network-side converter station 46 is arranged in this Dar position of the DC concept of the wind farm 2 directly at the substation 20 of a regional supply network 22 . This line-side converter station 46 has a smoothing choke 48 , an inverter 50 , a matching transformer 52 and a filter 28 . The inverter 50 , like the rectifier 30 of each wind turbine 4, consists of two partial inverters. The pulse rate of the inverter 50 also corresponds to the pulse rate of the rectifier 30 . Each partial inverter is electrically conductively connected to a secondary winding of the matching transformer 52 , the primary winding of which is connected to a busbar 54 of the substation 20 . At this busbar 54 , the filter 28 is also connected. The smoothing choke 48 is, for example, net angeord in the positive input line 56 of the inverter 50 . This positive input line 56 and a negative input line 58 are by means of a direct current transmission device 60 with the positive and negative current rails 42 and 44 of the electrically connected wind turbines 4 electrically connected. The direct current transmission device 60 , which can be two direct current lines or a direct current cable, can be activated by means of circuit breakers 14, not shown in detail. In this conceptual illustration, the illustration of devices 62 for the power control of the wind energy plants 4 and a control arrangement 102 of the grid-side converter station 46 has been omitted for reasons of clarity. The associated block diagrams of this device 62 for power control and this control arrangement 102 are shown in FIGS . 5 and 6.

In der Darstellung der Fig. 4 wird das bekannte Konzept gemäß Fig. 2 und das erfindungsgemäße Konzept gemäß Fig. 3 eines Windenergieparks 2 hinsichtlich der maximalen Windenergie­ leistung verglichen. Wie bereits eingangs erwähnt, hängt die im regionalen Versorgungsnetz 22 einzuspeisende Energie von der Entfernung zwischen den Windenergieanlagen 4 und der Ein­ speisestelle ab. Im oberen Teil dieser Darstellung ist das bekannte Drehstromkonzept veranschaulicht. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, daß die einzuspeisende Energie ungefähr 1,5 MW beträgt, wobei die Windenergieanlagen 4 des Wind­ energieparks 2 von der Einspeisestelle 8 km entfernt ist. Im unteren Teil dieser Darstellung ist das erfindungsgemäße Gleichstrom-Konzept veranschaulicht. Dabei sind zwei Varianten dieses Gleichstrom-Konzepts dargestellt. Bei der ersten Variante ist die netzseitige Stromrichterstation 46 des Windenergieparks 2 mittig zwischen den Windenergieanlagen 4 und der Einspeisestelle angeordnet. Dabei ist die netzsei­ tige Stromrichterstation 46 gleichstromseitig mittels einer Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 60 mit den gleichstrom­ seitigen parallel geschalteten Windenergieanlagen 4 und wechselstromseitig mittels einer Drehstromleitung 18 mit der Einspeisestelle verbunden. Bei der zweiten Variante ist die netzseitige Stromrichterstation 46 des Windenergieparks 2 direkt an die Einspeisestelle angeordnet. Die einzuspeisende Energie beträgt bei der ersten Variante ungefähr 2,86 MW und bei der zweiten Variante 6 MW. D.h., mit der zweiten Variante des Gleichstrom-Konzeptes eines Windenergieparks 2 kann annähernd die vierfache Leistung in ein regionales Versor­ gungsnetz 22 eingespeist werden als mit dem bekannten Dreh­ strom-Konzept eines Windenergieparks 2 gemäß Fig. 2. Somit steigt auch der Wirkungsgrad annähernd um den Faktor 4.In the illustration of FIG. 4 the known concept as shown in FIG. 2 and the inventive concept according to FIG. 3 of a wind farm 2 are compared in terms of maximum wind power. As already mentioned at the beginning, the energy to be fed into the regional supply network 22 depends on the distance between the wind energy plants 4 and the feed point. The well-known three-phase concept is illustrated in the upper part of this illustration. This illustration shows that the energy to be fed in is approximately 1.5 MW, the wind turbines 4 of the wind energy park 2 being 8 km from the feed-in point. The direct current concept according to the invention is illustrated in the lower part of this illustration. Two variants of this DC concept are shown. In the first variant, the grid-side converter station 46 of the wind energy park 2 is arranged centrally between the wind energy plants 4 and the feed point. Here, the netzsei term converter station 46 is connected on the DC side by means of a DC transmission device 60 to the DC-side wind turbines 4 connected in parallel and on the AC side by means of a three-phase line 18 to the feed point. In the second variant, the grid-side converter station 46 of the wind energy park 2 is arranged directly at the feed point. The energy to be fed in is approximately 2.86 MW in the first variant and 6 MW in the second variant. Ie, with the second variant of the direct current concept of a wind energy park 2 , approximately four times the power can be fed into a regional supply network 22 than with the known three-phase concept of a wind energy park 2 according to FIG. 2. Thus, the efficiency also increases approximately by Factor 4.

Die Fig. 5 zeigt das Ersatzschaltbild mit einer Windenergie­ anlage 4 des Windenergieparks 2 nach Fig. 3 mit seiner zuge­ hörigen Einrichtung 62 zur Leistungsregelung und einer Dreh­ zahlregelanordnung 64. Diese Einrichtung 62 zur Leistungs­ regelung weist einen Sollwertgeber 66 mit einem vorgeschalte­ ten Leistungssollwertgeber 68 und einer nachgeschalteten Vektorregeleranordnung 70, dem eine Steuereinrichtung 72 nachgeschaltet ist, auf. Der Sollwertgeber 66 erhält als Eingangssignal einen Leistungs-Sollwert Po_r des vorge­ schalteten Leistungssollwertgebers 68 und einen Gleichspan­ nungs-Istwert Ud_r. Aus diesen Werten Po_r und Ud_r wird mittels des Sollwertgebers 66 ein Sollwertepaar Io_r und Uo_r für Strom und Spannung des Gleichrichters 30 der Windenergie­ anlage 4 ermittelt. Der Sollwertgeber 66 weist zwei Kenn­ liniengeber 74 und 76 auf. Die für den Spannungs-Sollwert Uo_r gewählte Kurve des ersten Kennliniengebers 74 zeigt die VDVOC-Charakteristik (Voltage-Dependent -Voltage-Order- Characteristic), wobei am oberen Ende für den Bereich des stationären Betriebes als charakteristisches Merkmal ein bogenförmiger Verlauf vorgesehen ist. Der untere Bereich der Kennlinie ist spannungsbegrenzend ausgebildet. Die Kennlinie des zweiten Kennliniengebers 76 für den Strom-Sollwert Io_r weist im wesentlichen eine VDCOL-Charakteristik (Voltage- Depended-Current-Order-Limitation), d. h. spannungsabhängige Strombegrenzung, auf. Die Vektorregleranordnung 70 weist zwei Vergleicher 78 und 80, einen Addierer 82 und ein Regelglied 84 auf. Das gebildete Sollwertepaar Uo_r, Io_r wird dieser Vektorregleranordnung 70 zugeführt und dort mit einem ermittelten Istwertepaar Ud_r, Id_r mittels der beiden Vergleicher 78 und 80 verglichen. Die gebildeten Regelabwei­ chungen für Strom und Spannung werden mittels des Addierers 82 aufsummiert. Dieses Summensignal wird dem Regelglied 84 zugeführt, an dessen Ausgang ein Steuersignal für die Steuereinrichtung 72 des Gleichrichters 30 der Windenergieanlage 4 ansteht. FIG. 5 shows the equivalent circuit diagram of a wind turbine 4 of the wind farm 2 of Fig. 3 with its associated hearing device 62 for power control and a speed control assembly 64. This device 62 for power control has a setpoint generator 66 with an upstream power setpoint generator 68 and a downstream vector regulator arrangement 70 , which is followed by a control device 72 . The setpoint generator 66 receives as input signal a power setpoint Po_r of the upstream power setpoint generator 68 and a DC voltage actual value Ud_r. From these values Po_r and Ud_r, a setpoint value pair Io_r and Uo_r for current and voltage of the rectifier 30 of the wind power plant 4 is determined by means of the setpoint generator 66 . The setpoint generator 66 has two characteristic lines 74 and 76 . The chosen for the voltage setpoint Uo_r curve of the first characteristic transmitter 74 shows the wherein an arc-shaped curve is provided VDVOC characteristic (Voltage-Dependent -Voltage-order Characteristic) at the upper end of the range of the steady-state operation as a characteristic feature. The lower area of the characteristic curve is designed to limit the voltage. The characteristic curve of the second characteristic curve generator 76 for the current setpoint value Io_r essentially has a VDCOL characteristic (Voltage-Depended-Current-Order-Limitation), ie voltage-dependent current limitation. The vector controller arrangement 70 has two comparators 78 and 80 , an adder 82 and a control element 84 . The setpoint pair Uo_r, Io_r that is formed is fed to this vector controller arrangement 70 and compared there with a determined pair of actual values Ud_r, Id_r by means of the two comparators 78 and 80 . The rule deviations formed for current and voltage are added up by means of the adder 82 . This sum signal is fed to the control element 84 , at the output of which a control signal for the control device 72 of the rectifier 30 of the wind turbine 4 is present.

Der Leistungssollwertgeber 68, der einen Leistungssollwert Po_r in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit V generiert, weist eingangsseitig einen Funktionsgeber 86 und einen Rampengeber 88 auf. Mittels des Funktionsgebers 86 wird aus der Windgeschwindigkeit V ein Leistungs-Sollwert Po_r generiert. Der Gradient der Leistungs-Sollwertänderung wird von einer Rampe des Rampengebers 88 bestimmt.The power setpoint generator 68 , which generates a power setpoint Po_r as a function of the wind speed V, has a function generator 86 and a ramp generator 88 on the input side. A function setpoint Po_r is generated from the wind speed V by means of the function generator 86 . The gradient of the change in the power setpoint is determined by a ramp of the ramp generator 88 .

Die Drehzahlregleranordnung 64 weist eingangsseitig einen Funktionsgeber 90 mit nachgeschalteten Rampengebern 92 und eine Drehzahlregeleinrichtung 94 auf. Diese Drehzahlregel­ einrichtung 94 besteht aus einem Vergleicher 96 und einem Drehzahlregler 98 mit nachgeschalteter Rotorblattregelung 100. Der Vergleicher 96 vergleicht einen ermittelten Rotor­ drehzahl-Istwert n mit einem generierten Rotordrehzahl-Soll­ wert n_o. Dieser Drehzahl-Sollwert n_o wird windgeschwindig­ keitsabhängig vom Funktionsgeber 90 geliefert. Der Gradient der Drehzahl-Sollwertänderung wird von einer Rampe des Rampengebers 92 bestimmt. Am Ausgang des Drehzahlreglers 98 steht ein Soll-Signal für die Rotorblattregelung 100 an. Am Ausgang dieser Rotorblattregelung 100 steht ein Steuer-Signal für den Verstellmechanismus der Rotorblätter an, wodurch die Rotorblätter derart verstellt werden, daß die mittels des Vergleichers 96 ermittelte Rotordrehzahl-Regelabweichung zu Null wird.On the input side, the speed controller arrangement 64 has a function generator 90 with downstream ramp transmitters 92 and a speed control device 94 . This speed control device 94 consists of a comparator 96 and a speed controller 98 with a downstream rotor blade control 100 . The comparator 96 compares a determined actual rotor speed value n with a generated desired rotor speed value n_o. This speed setpoint n_o is supplied by the function generator 90 depending on the wind speed. The gradient of the speed setpoint change is determined by a ramp of the ramp generator 92 . A target signal for the rotor blade control 100 is present at the output of the speed controller 98 . At the output of this rotor blade control 100 there is a control signal for the adjusting mechanism of the rotor blades, whereby the rotor blades are adjusted in such a way that the rotor speed control deviation determined by means of the comparator 96 becomes zero.

Die Fig. 6 zeigt das Ersatzschaltbild der netzseitigen Strom­ richterstation 46 des Windenergieparks 2 gemäß Fig. 3 mit seiner zugehörigen Regelanordnung 102. Diese Regelanordnung 102 weist eine Einrichtung 104 zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes Po_i, eine Einrichtung 106 zur Ermitt­ lung eines Löschwinkel-Zusatz-Sollwertes γo_add, einen Soll­ wertgeber 108, eine Vektorregleranordnung 110 und eine Steuereinrichtung 72 auf. Diese Regelanordnung 102 ist analog zu dem der Einrichtung 62 zur Leistungsregelung einer Wind­ energieanlage 4 aufgebaut. Eine weitere Beschreibung dieser Regelanordnung 102 erübrigt sich daher. Unterschiede liegen in der Anzahl der dem Sollwertgeber 108 zugeführten Werte, den Kennlinien der beiden Kennliniengeber 112 und 114 und der Einrichtung 104 zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes Po_i. Aufgrund der Varianz der Eingangsgrößen (Spannungs-Ist­ wert Ud_i, Leistungs-Istwert Pd_i, Leistungs-Sollwert Po_i, Löschwinkel-Sollwert γo, Löschwinkel-Istwert γ, Steuerwinkel β) muß die Kennlinie, insbesondere die VDVOC-Charakteristik des Kennliniengebers 112 in seiner Höhe im Endbereich und in seiner Neigung vorgebbar sein. Auch die VDCOL-Charakteristik des Kennliniengebers 114 ist einstellbar. Wesentlichen für den zweiten Sollwertgeber 108 ist, daß auch ein Löschwinkel-Sollwert γo vorgegeben ist, der einzuhalten ist. Das erzeugte Sollwertepaar Uo_i, Io_i wird mittels zweier Vergleicher 78 und 80 mit einem ermittelten Istwertepaar Ud_i, Id_i ver­ glichen. Die gebildeten Regelabweichungen werden mittels des Addierers 82 voneinander subtrahiert, da der Spannungs-Soll­ wert Uo_i des Sollwertepaares Uo_i, Io_i am invertierenden Eingang des Vergleichers 78 ansteht. Das Differenzsignal wird dem nachgeschalteten Regelglied 84 zugeführt, an dessen Ausgang ein Winkelsignal für die Steuereinrichtung 72 der netzseitigen Stromrichterstation 46 ansteht. Mittels diesem Winkelsignal wird die Differenz der Regelabweichung für Strom und Spannung zu Null geregelt. Fig. 6 shows the equivalent circuit diagram of the network-side converter station 46 of the wind farm 2 according to Fig. 3 with its associated control assembly 102. This control arrangement 102 has a device 104 for determining a power setpoint Po_i, a device 106 for determining an additional deletion angle setpoint γo_add, a setpoint generator 108 , a vector controller arrangement 110 and a control device 72 . This control arrangement 102 is constructed analogously to that of the device 62 for regulating the output of a wind energy installation 4 . A further description of this control arrangement 102 is therefore unnecessary. Differences lie in the number of values supplied to the setpoint generator 108 , the characteristics of the two characteristic generators 112 and 114 and the device 104 for determining a power setpoint Po_i. Due to the variance of the input variables (actual voltage value Ud_i, actual power value Pd_i, desired power value Po_i, desired extinction angle value γo, actual extinction angle value γ, control angle β), the height of the characteristic curve, in particular the VDVOC characteristic of the characteristic encoder 112 be predeterminable in the end area and in its inclination. The VDCOL characteristic of the characteristic generator 114 can also be set. It is essential for the second setpoint generator 108 that a setpoint for deletion angle γo is also specified, which must be observed. The generated setpoint pair Uo_i, Io_i is compared by means of two comparators 78 and 80 with a determined actual value pair Ud_i, Id_i. The control deviations formed are subtracted from one another by means of the adder 82 , since the voltage setpoint Uo_i of the setpoint pair Uo_i, Io_i is present at the inverting input of the comparator 78 . The difference signal is fed to the downstream control element 84 , at the output of which there is an angle signal for the control device 72 of the line-side converter station 46 . The difference in the control deviation for current and voltage is regulated to zero by means of this angle signal.

Die Einrichtung 104 zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes Po_i weist ein Verzögerungsglied 116 erster Ordnung mit einer oberen und einer unteren Grenze auf. Dieser Einrichtung 104 wird ein ermittelter Leistungs-Istwert Pd_i und ein oberer und unterer Leistungs-Grenzwert Pgo_i und Pgu_i zugeführt. Am Ausgang dieser Einrichtung 104 steht ein Leistungs-Sollwert Po_i an. The device 104 for determining a desired power value Po_i has a first-order delay element 116 with an upper and a lower limit. A determined actual power value Pd_i and an upper and lower power limit value Pgo_i and Pgu_i are fed to this device 104 . A power setpoint Po_i is present at the output of this device 104 .

Diese Regelanordnung 102 weist eine Einrichtung 106 zur Ermittlung eines Löschwinkel-Zusatz-Sollwertes γo_add auf. Diese Einrichtung 106 weist eingangsseitig einen Vergleicher 118 und ausgangsseitig einen PI-Regler 120 auf. Mittels dieses Vergleichers 118 wird in Abhängigkeit eines Drehspan­ nungs-Sollwertes Uo_ac und eines ermittelten Dreh­ spannungs-Istwertes Uac eine Drehspannungs-Regelabweichung ermittelt, die dem nachgeschalteten PI-Regler 120 zugeführt wird. Am Ausgang dieses PI-Reglers 120 steht ein Löschwinkel-Zusatz- Sollwert γo_add an. Damit der Löschwinkel γo über den Soll­ wertgeber 108 nur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches verändert werden kann, ist der PI-Regler 120 mit einem unteren Grenzwert Null und einem oberen Grenzwert maxγo_add versehen. Der Löschwinkel-Sollwert γo setzt sich aus einem minimalen Löschwinkel-Sollwert γo_min und dem ermittelten Löschwinkel-Zusatz-Sollwert γo_add, wobei ein Addierer 122 vorgesehen ist.This control arrangement 102 has a device 106 for determining an additional deletion angle setpoint value γo_add. This device 106 has a comparator 118 on the input side and a PI controller 120 on the output side. By means of this comparator 118 , a three-phase control deviation is determined as a function of a nominal voltage value Uo_ac and a determined actual voltage value Uac, which is fed to the downstream PI controller 120 . At the output of this PI controller 120 there is an additional deletion angle setpoint value γo_add. The PI controller 120 is provided with a lower limit value zero and an upper limit value maxγo_add so that the deletion angle γo can only be changed via the setpoint generator 108 within a predetermined range. The deletion angle setpoint γo is composed of a minimum deletion angle setpoint γo_min and the determined deletion angle additional setpoint γo_add, an adder 122 being provided.

Diese in der Fig. 5 beschriebene Einrichtung 62 zur Leistungs­ regelung einer Windenergieanlage 4 eines Windenergieparks 2 und der Fig. 6 der beschriebenen Regelanordnung 102 der netz­ seitigen Stromrichterstation 46 eines Windenergieparks 2 sind aus der älteren deutschen Patentanmeldung mit dem Akten­ zeichen 195 44 777.8 und dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von n Stromrichterstationen eines HGÜ-Mehrpunkt­ netzes" bekannt. In dieser älteren deutschen Patentanmeldung sind die Einrichtung 62 zur Leistungsregelung und die Regel­ anordnung 102 und ihre Wirkungsweise ausführlich beschrieben, so daß an dieser Stelle darauf verzichtet werden kann.This device 62 described in FIG. 5 for power control of a wind turbine 4 of a wind energy park 2 and FIG. 6 of the described control arrangement 102 of the network-side converter station 46 of a wind energy park 2 are from the older German patent application with the file number 195 44 777.8 and the Title "Method and device for controlling n converter stations of a HVDC multi-point network" known. In this older German patent application, the device 62 for power control and the control arrangement 102 and their mode of operation are described in detail, so that it can be dispensed with here.

In der Fig. 7 ist in einem Diagramm Gleichspannung Ud-Gleichstrom Id der Leistungs-Regelbereich einer Windenergie­ anlage 4 eines Windenergieparks 2 gemäß Fig. 3 dargestellt. Das Aggregat, bestehend aus Rotor 6 und Generator 24, einer Windenergieanlage 4 hat eine windgeschwindigkeitsabhängige "obere" und "untere" Leistungsbegrenzung. Die obere Leistungsbegrenzung ist von der Maximalspannung bestimmt, die das Aggregat an der Generatorklemme zur Verfügung stellen kann. Die untere Leistungsbegrenzung ist vom Maximalstrom bestimmt.In FIG. 7, the power control range of a wind energy installation 4 of a wind energy park 2 according to FIG. 3 is shown in a diagram of direct voltage Ud direct current Id. The unit, consisting of rotor 6 and generator 24 , of a wind turbine 4 has a wind speed-dependent "upper" and "lower" power limitation. The upper power limit is determined by the maximum voltage that the unit can provide at the generator terminal. The lower power limit is determined by the maximum current.

Die windgeschwindigkeitsabhängigen oberen und unteren Leistungsbegrenzungen werden "gleichgerichtet" als Gleich­ stromgrößen im Ud/Id-Diagramm dargestellt. Sie bestimmen den Leistungs-Regelbereich der Windenergieanlage 4. Die Charakteristik des Leistungsreglers im Ud/Id-Diagramm ist ein Hyperbel, die für hohe Spannungen von der oberen Leistungs­ begrenzung (Maximalspannung) und für niedrige Spannung von der unteren Leistungsbegrenzung (Maximalstrom) limitiert wird.The wind speed-dependent upper and lower power limits are shown "rectified" as direct current quantities in the Ud / Id diagram. They determine the power control range of the wind turbine 4 . The characteristic of the power regulator in the Ud / Id diagram is a hyperbola, which is limited by the upper power limit (maximum voltage) for high voltages and by the lower power limit (maximum current) for low voltages.

Die Leistungsregelung ist eine kombinierte Spannungs-/Strom- Regelung und wirkt über den Steuerwinkel des Gleichrichters. Die Kennliniengeber 74 und 76 des Sollwertgebers 66 der Einrichtung 62 zur Leistungsregelung sind so abgestimmt, daß das nachgeschaltete Regelglied 84 im normalen Arbeitsbereich der Leistungshyperbel und bei reduzierter Spannung der unteren Leistungsbegrenzung im Ud/Id-Diagramm folgt. Der Leistungs-Regelbereich der Windenergieanlage 4 kann optimal ausgenutzt werden, wenn das Aggregat - Rotor 6, Genera­ tor 24 - an der oberen erlaubten Leistungsbegrenzung (Maximalspannung) arbeitet. Die Maximalspannung wird mit der Drehzahlregelung 64 erreicht, die über die Rotorblattverstel­ lung wirkt.The power control is a combined voltage / current control and acts via the control angle of the rectifier. The characteristic curve transmitters 74 and 76 of the setpoint transmitter 66 of the device 62 for power control are coordinated in such a way that the downstream control element 84 follows the power hyperbola in the normal operating range and, with reduced voltage, the lower power limitation in the Ud / Id diagram. The power control range of the wind turbine 4 can be optimally used if the unit - rotor 6 , generator 24 - works on the upper allowed power limitation (maximum voltage). The maximum voltage is reached with the speed control 64 , which acts via the rotor blade adjustment.

Die Regelanordnung 102 gemäß Fig. 6 ist für die netzseitige Stromrichterstation 46 des Windenergieparks 2 gemäß Fig. 3 eine Widerstandsregelung mit überlagert er Drehstrom-Span­ nungsregelung, die über den Steuerwinkel des Wechselrichters 50 wirkt. Die überlagerte Drehstrom-Spannungsregelung ändert den Löschwinkel-Sollwert γo so, daß die unterlagerte Wider­ standsregelung den Arbeitspunkt auf der Leistungshyperbel ansteuert, für den auch die Drehstrom-Spannung geregelt wird. Die schnelle, über den Steuerwinkel wirkende Drehstrom-Span­ nungsregelung kann ergänzt werden mit einer langsamen Stufen­ schalterregelung, für den Anpaßtransformator 52, die eine grobe Drehstrom-Spannungsregelung vornimmt. Sie ist eine ideelle Leerlaufgleichspannungs-Regelung. Dabei wird der Sollwert der Stufenschalterregelung über einen Zusatzwert so verändert, daß die über Steuerwinkel wirkende Regelung mög­ lichst immer unbegrenzt und in der Mitte des Steuerbereiches αnax_i und αnin_i arbeiten kann.The control arrangement 102 according to FIG. 6 is a resistance control for the grid-side converter station 46 of the wind energy park 2 according to FIG. 3 with a superimposed three-phase voltage control, which acts via the control angle of the inverter 50 . The superimposed three-phase voltage control changes the extinguishing angle setpoint γo so that the subordinate resistance control controls the operating point on the power hyperbola, for which the three-phase voltage is also regulated. The fast three-phase voltage control acting via the control angle can be supplemented with a slow step switch control for the matching transformer 52 , which carries out a rough three-phase voltage control. It is an ideal open circuit DC voltage regulation. The setpoint of the tap changer control is changed via an additional value so that the control acting via the control angle can work as unlimited as possible and in the middle of the control range αnax_i and αnin_i.

Die Fig. 8 zeigt beispielhaft einen Windenergiepark-Multi­ terminalbetrieb. Der Widerstandsregler mit der überlagerten Drehstrom-Spannungsregelung bestimmt den Arbeitspunkt AW für den Wechselrichter 50 der netzseitigen Stromrichterstation 46, für den die zu übertragende Leistung P_wr und die Dreh­ strom-Spannung eingehalten werden. Die Arbeitspunkte AG1, AG2 und AG3 der Gleichrichter 30 der Windenergieanlagen 4 ergeben sich aus der Topologie des Gleichstrom-Systems (Kirch­ hoff′sche Gesetz, Maschengleichung und Energieerhaltungssatz) und dem Wirken der Windenergieanlagen-Leistungsregelung automatisch. Die Windenergieanlagen-Leistungsregler suchen die Arbeitspunkte AG1, AG2 und AG3 auf deren Leistungshyper­ beln, die die obengenannten Gesetze einhalten. Fig. 8 shows an example of a wind farm multi-terminal operation. The resistance regulator with the superimposed three-phase voltage control determines the operating point AW for the inverter 50 of the grid-side converter station 46 , for which the power P_wr to be transmitted and the three-phase voltage are observed. The working points AG1, AG2 and AG3 of the rectifier 30 of the wind turbines 4 result automatically from the topology of the direct current system (Kirch Hoff's law, mesh equation and energy conservation law) and the action of the wind turbine power control. The wind turbine power controllers look for the operating points AG1, AG2 and AG3 on their power hyperbels that comply with the above-mentioned laws.

Dieses erfindungsgemäße Gleichstromkonzept für einen Wind­ energiepark 2 reduziert nicht nur die Anzahl der Komponenten (anstelle von N Wechselrichtern nur noch ein Wechselrichter), es kann zu weiteren Einsparungen führen, wenn die Drehstrom­ leitungen 18 zwischen Ausgang der netzseitigen Stromrichter­ station 46 und einem Netzeinspeisepunkt durch eine Gleich­ strom-Übertragungseinrichtung 60 ersetzt wird. Für eine derartige Leistungsübertragung wäre es ratsam, die Spannung der Generatoren 24 der Windenergieanlagen 4 von z.Zt. 690 V auf deren sonst aus der Energieerzeugung üblichen Spannungs­ werten von 6-10 kV zu erhöhen. Wenn die Erde als Rückleiter benutzt werden darf, wird nur eine Gleichstromleitung als Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 60 benötigt, wodurch sich der Preisvorteil ausbaut. This DC concept for a wind energy park 2 according to the invention not only reduces the number of components (instead of N inverters only one inverter), it can lead to further savings if the three-phase lines 18 between the output of the grid-side converter station 46 and a grid feed-in point through one The same current transmission device 60 is replaced. For such a power transmission, it would be advisable to current the voltage of the generators 24 of the wind turbines 4. To increase 690 V to their usual voltage values of 6-10 kV from energy generation. If the earth can be used as a return conductor, only one direct current line is required as direct current transmission device 60 , which increases the price advantage.

Die zentrale Drehstrom-Spannungsregelung des Windenergieparks 2 kombiniert mit den schnellen dezentralen Windenergie­ anlagen-Leistungsregelungen bieten den Energieversorgungs­ unternehmen eine wesentliche Verbesserung der Qualität der Energieeinspeisung aus Windenergieparks 2.The central three-phase voltage regulation of the wind energy park 2 combined with the fast decentralized wind energy plant performance regulations offer the energy supply companies a significant improvement in the quality of the energy supply from the wind energy park 2 .

Claims (15)

1. Windenergiepark (2) mit wenigstens zwei Windenergieanlagen (4) und einer netzseitigen Stromrichterstation (46), wobei jede Windenergieanlage (4) einen Rotor (6), einen Generator (24), einen Gleichrichter (30), eine Glättungsdrossel (36) und eine Einrichtung (62) zur Leistungsregelung aufweist, wobei die netzseitige Stromrichterstation (46) eine Glättungsdrossel (48), einen Wechselrichter (50), einen Anpaßtransformator (52), einen Filter (28) und eine Regelan­ ordnung (102) aufweist, wobei diese Windenergieanlagen (4) gleichstromseitig elektrisch parallel geschaltet sind und wobei die netzseitige Stromrichterstation (46) gleichstrom­ seitig mit den gleichstromseitig parallel geschalteten Windenergieanlagen (4) elektrisch in Reihe geschaltet ist.1. Wind energy park ( 2 ) with at least two wind energy plants ( 4 ) and a grid-side converter station ( 46 ), each wind energy plant ( 4 ) having a rotor ( 6 ), a generator ( 24 ), a rectifier ( 30 ), and a smoothing choke ( 36 ) and a device ( 62 ) for power control, the line-side converter station ( 46 ) having a smoothing choke ( 48 ), an inverter ( 50 ), a matching transformer ( 52 ), a filter ( 28 ) and a control arrangement ( 102 ), wherein these wind turbines ( 4 ) are electrically connected in parallel on the DC side and the line-side converter station ( 46 ) is electrically connected in series on the DC side with the wind energy systems ( 4 ) connected in parallel on the DC side. 2. Windenergiepark (2) nach Anspruch 1, wobei zwischen den gleichstromseitig parallel geschalteten Windenergieanlagen (4) und der netzseitigen Stromrichterstation (46) eine Gleichstromübertragungseinrichtung (60) geschaltet ist.2. Wind energy park ( 2 ) according to claim 1, wherein a direct current transmission device ( 60 ) is connected between the wind power plants ( 4 ) connected in parallel on the direct current side and the grid-side converter station ( 46 ). 3. Windenergiepark (2) nach Anspruch 1, wobei jede Wind­ energieanlage (4) einen Rotor (6) mit verstellbaren Rotor­ blättern und eine Drehzahlregelanordnung (64) aufweist.3. Wind energy park ( 2 ) according to claim 1, wherein each wind energy plant ( 4 ) scroll a rotor ( 6 ) with adjustable rotor and has a speed control arrangement ( 64 ). 4. Windenergiepark (2) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (62) zur Leistungsregelung einer Windenergieanlage (4) einen Sollwertgeber (66) mit einem vorgeschalteten Leistungs-Soll­ wertgeber (68) und einer nachgeschalteten Vektorregleranord­ nung (70), der eine Steuereinrichtung (72) nachgeschaltet ist, aufweist, wobei dem Sollwertgeber (66) zusätzlich ein Spannungs-Istwert (Ud_r), der Vektorregelung (70) zusätzlich ein ermitteltes Istwertepaar (Id_r, Ud_r) für Strom und Spannung und dem Leistungs-Sollwertgeber (68) ein Wind­ geschwindigkeits-Istwert (V) zugeführt sind und wobei am Ausgang der Steuereinrichtung (72) ein Steuersignal für den Gleichrichter (30) einer Windenergieanlage (4) zur Verfügung steht.4. Wind energy park ( 2 ) according to claim 1, wherein the device ( 62 ) for power control of a wind turbine ( 4 ) has a setpoint generator ( 66 ) with an upstream power setpoint generator ( 68 ) and a downstream vector controller arrangement ( 70 ), which is a control device ( 72 ) is connected, the setpoint generator ( 66 ) additionally having an actual voltage value (Ud_r), the vector control ( 70 ) additionally a determined actual value pair (Id_r, Ud_r) for current and voltage and the power setpoint generator ( 68 ) Wind speed actual value (V) are supplied and a control signal for the rectifier ( 30 ) of a wind turbine ( 4 ) is available at the output of the control device ( 72 ). 5. Windenergiepark (2) nach Anspruch 1, wobei die Regelanord­ nung (102) der netzseitigen Stromrichterstation (46) eine Einrichtung (104) zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes (Po_i), eine Einrichtung (106) zur Ermittlung eines Lösch­ winkel-Zusatz-Sollwertes (γo_add), einen Sollwertgeber (108), eine Vektorregleranordnung (110) und eine Steuereinrichtung (72) aufweist, wobei die der Einrichtung (104) zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes (Po_i) ein ermittelter Leistungs-Istwert (Pd_i) und ein oberer und unterer Leistungs-Grenzwert (Pgo_i, Pgu_i), dem Sollwertgeber (108) ein Leistungs-Soll- und -Istwert (Po_i, Pd_i), ein Löschwinkel-Soll- und -Istwert (γo, γ), ein Spannungs-Istwert (Ud_i) und ein Steuersignal (β), der Vektorregleranordnung (110) ein ermitteltes Istwertepaar (Id_i, Ud_i) für Strom und Spannung und der Einrichtung (106) zur Ermittlung eines Löschwinkel-Zusatz- Sollwertes (γo_add), ein Drehspannungs-Soll- und -Istwert (Uo_ac, Uac) zugeführt sind und wobei am Ausgang der Steuereinrichtung (72) ein Steuersignal für den Wechsel­ richter (50) der netzseitigen Stromrichterstation (46) zur Verfügung steht.5. Wind energy park ( 2 ) according to claim 1, wherein the Regelanord voltage ( 102 ) of the network-side converter station ( 46 ) a device ( 104 ) for determining a power setpoint (Po_i), a device ( 106 ) for determining an extinguishing angle additive Setpoint values (γo_add), a setpoint generator ( 108 ), a vector controller arrangement ( 110 ) and a control device ( 72 ), the device ( 104 ) for determining a power setpoint value (Po_i) having a determined actual power value (Pd_i) and an upper and lower power limit value (Pgo_i, Pgu_i), the setpoint generator ( 108 ) a power setpoint and actual value (Po_i, Pd_i), an extinguishing angle setpoint and actual value (γo, γ), an actual voltage value (Ud_i) and a control signal (β), the vector controller arrangement ( 110 ) a determined actual value pair (Id_i, Ud_i) for current and voltage and the device ( 106 ) for determining an additional extinguishing angle setpoint (γo_add), a three-phase voltage setpoint and actual value (Uo_ac, Uac) train e are guided and a control signal for the inverter ( 50 ) of the network-side converter station ( 46 ) is available at the output of the control device ( 72 ). 6. Windenergiepark (2) nach Anspruch 4, wobei der Leistungs- Sollwertgeber (68) der Einrichtung (62) zur Leistungsregelung einer Windenergieanlage (4) einen Funktionsgeber (86) mit nachgeschaltetem Rampengeber (88) aufweist.6. Wind energy park ( 2 ) according to claim 4, wherein the power setpoint generator ( 68 ) of the device ( 62 ) for power control of a wind turbine ( 4 ) has a function generator ( 86 ) with a downstream ramp generator ( 88 ). 7. Windenergiepark (2) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Sollwertgeber (66,108) zwei Kennliniengeber (74, 76; 112, 114) für das Sollwertepaar (Uo_r, Io_r; Uo_i, Io_i) für Strom und Spannung aufweist.7. Wind energy park ( 2 ) according to claim 4 or 5, wherein the setpoint generator ( 66, 108 ) has two characteristic curve generators ( 74 , 76 ; 112 , 114 ) for the setpoint pair (Uo_r, Io_r; Uo_i, Io_i) for current and voltage. 8. Windenergiepark (2) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vektorregleranordnung (70,110) zwei Vergleicher (78, 80), ein Addierglied (82) und ein Regelglied (84) aufweist, wobei jeweils ein Ausgang eines Vergleichers (78, 80) mit dem Addierglied (82) verknüpft ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Regelgliedes (84) verbunden ist.8. Wind energy park ( 2 ) according to claim 4 or 5, wherein the vector regulator arrangement ( 70, 110 ) has two comparators ( 78 , 80 ), an adder ( 82 ) and a control element ( 84 ), each having an output of a comparator ( 78 , 80 ) is linked to the adder ( 82 ), the output of which is connected to the input of the control element ( 84 ). 9. Windenergiepark (2) nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung (104) zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes (Po_i) der Regelanordnung (102) des Wechselrichters (50) der netz­ seitigen Stromrichterstation (46) ein Verzögerungsglied (116) erster Ordnung mit einer oberen und unteren Grenze (Pgo_i, Pgu_i) aufweist.9. Wind energy park ( 2 ) according to claim 5, wherein the device ( 104 ) for determining a power setpoint (Po_i) of the control arrangement ( 102 ) of the inverter ( 50 ) of the grid-side converter station ( 46 ) has a delay element ( 116 ) of the first order an upper and lower limit (Pgo_i, Pgu_i). 10. Windenergiepark (2) nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung (106) zur Ermittlung eines Löschwinkel-Zusatz- Sollwertes (γo_add) der Regelanordnung (102) des Wechsel­ richters (50) der netzseitigen Stromrichterstation (46) einen Vergleicher (118) mit nachgeschalteten PI-Regler (120) aufweist, wobei am nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers (118) ein Drehspannungs-Sollwert (Uo_ac), an seinem invertierenden Eingang ein Drehspannungs-Istwert (Uac) und am Ausgang des PI-Reglers (120) der Löschwinkel-Zusatz- Sollwert (γo_add) anstehen.10. Wind energy park ( 2 ) according to claim 5, wherein the device ( 106 ) for determining a deletion angle additional setpoint (γo_add) of the control arrangement ( 102 ) of the inverter ( 50 ) of the network-side converter station ( 46 ) has a comparator ( 118 ) has downstream PI controller ( 120 ), a three-phase voltage setpoint (Uo_ac) at the non-inverting input of the comparator ( 118 ), an actual three-phase voltage value (Uac) at its inverting input and the extinction angle at the output of the PI controller ( 120 ) Additional setpoint (γo_add) pending. 11. Windenergiepark (2) nach Anspruch 3, wobei die Drehzahl­ regelanordnung (64) eingangsseitig einen Funktionsgeber (90) mit nachgeschalteten Rampengeber (92) aufweist, dem eine Drehzahlregeleinrichtung (94) bestehend aus einem Vergleicher (96) und einem Drehzahlregler (98), mit nachgeschalteter Rotorblatt-Regelung (100) nachgeschaltet ist, wobei dem Vergleicher (96) der Drehzahlregeleinrichtung (94) ein Rotor­ drehzahl-Soll- und -Istwert (n_o, n) zugeführt ist.11. The wind energy park ( 2 ) according to claim 3, wherein the speed control arrangement ( 64 ) on the input side has a function generator ( 90 ) with a downstream ramp generator ( 92 ), to which a speed control device ( 94 ) consisting of a comparator ( 96 ) and a speed controller ( 98 ) , is connected downstream with a downstream rotor blade control (100), wherein the comparator (96) of the speed control device (94), a rotor speed setpoints and Actual Value (n_o, n) is supplied. 12. Windenergiepark (2) nach Anspruch 2, wobei als Gleich­ strom-Übertragungseinrichtung (60) eine Gleichstromleitung vorgesehen ist. 12. Wind energy park ( 2 ) according to claim 2, wherein a direct current line is provided as direct current transmission device ( 60 ). 13. Windenergiepark (2) nach Anspruch 3, wobei als Gleich­ strom-Übertragungseinrichtung (60) im Gleichstromkabel vor­ gesehen ist.13. Wind energy park ( 2 ) according to claim 3, wherein is seen as a direct current transmission device ( 60 ) in the direct current cable. 14. Windenergiepark (2) nach Anspruch 1, wobei als Generator (24) eine Synchronmaschine vorgesehen ist.14. Wind energy park ( 2 ) according to claim 1, wherein a synchronous machine is provided as a generator ( 24 ). 15. Windenergiepark (2) nach Anspruch 1, wobei die Synchron­ maschine zwei 30°el zueinander versetzte Ständerwicklungen aufweist.15. Wind energy park ( 2 ) according to claim 1, wherein the synchronous machine has two stator windings offset from one another by 30 ° el.
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