JP2003501000A - Wind power plant and control method - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 風力タービン、この風力タービンによって駆動する発電機(1)及び送電又は配電ネットワーク(31)と風力発電所を接続した交流電圧結線(30)を収容する、少なくとも1つの風力発電所(29)を具備した風力発電プラントであって、プラントのネットワーク側の交流電圧結線(30)内に周波数コンバータ(34)を接続し、風力発電所とコンバータとの間の結線の周波数をネットワークの周波数以下に固定し、ネットワークの高周波数に応じてこの結線における低周波数を変換するために周波数コンバータを配備する。さらに、本発明は対応する制御方法も含む。 (57) Abstract: At least one wind power generation housing a wind turbine, a generator driven by the wind turbine (1) and an alternating voltage connection (30) connecting a transmission or distribution network (31) and a wind farm. A wind power plant comprising a power plant (29), wherein a frequency converter (34) is connected in an alternating voltage connection (30) on the network side of the plant, and the frequency of the connection between the wind power plant and the converter is networked. And a frequency converter is provided to convert the low frequency in this connection according to the high frequency of the network. Furthermore, the invention also includes a corresponding control method.
Description
【0001】[0001]
本発明は、風力タービン、該タービンで駆動する発電機及び送電ネットワーク
又は配電ネットワークと風力発電所を接続した交流電圧結線を収容する少なくと
も1つの風力発電所を有する風力発電プラントに関係する。本発明は、このよう
な風力発電プラントにおける制御方法にも関係する。The present invention relates to a wind turbine plant having a wind turbine, a generator driven by the turbine and at least one wind farm containing an AC voltage connection connecting the power transmission network or the distribution network with the wind farm. The present invention also relates to a control method in such a wind power plant.
【0002】
本発明は、望ましくは、発電機と送電又は配電ネットワークとの間の結線にお
いて水中にケーブルを設置するような場合に使用することを意図している。すな
わち、結果的に、海上又は湖上に、付随する発電機を具備した1つ又は複数の風
力タービンを配備した設備において、ケーブル結線が、陸上に配置された送電又
は配電ネットワークに及ぶ構成に関するものである。以下に記載の本発明の長所
は風力タービンを海上または湖上に設置した構成に関連して論じられているが、
本発明は陸上に風力タービン及び発電機を設置した場合にも同様の効果を示し、
その場合、結線を必ずしもケーブルによって構成する必要はなく、代わりに架空
線又は架空ケーブルの形体で、複数の風力タービン/発電機を送電又は配電ネッ
トワークに接続するものであっても良い。The invention is preferably intended for use in such cases as installing a cable underwater in the connection between a generator and a transmission or distribution network. That is, as a result, in a facility in which one or more wind turbines with associated generators are deployed on the sea or on a lake, the cabling extends to a transmission or distribution network arranged on land. is there. While the advantages of the invention described below are discussed in connection with wind turbine installations at sea or lake,
The present invention shows similar effects when a wind turbine and a generator are installed on land,
In that case, the connections do not necessarily have to be constituted by cables, but instead may be in the form of overhead lines or cables, connecting a plurality of wind turbines / generators to the transmission or distribution network.
【0003】[0003]
海上で風力発電を実現するため、経済性を考慮して、制限地域内に巨大な風力
発電所集群を設置することが要求される。海上における風力発電は、比較的大き
な風力発電所(3MW以上)を必要とし、それに見合った50−100MWの総合シ
ステム電力が期待される。現時点まで、このような風力発電設備の計画は、三相
交流電圧海底ケーブルシステムによる従来の交流送電によって送電を実現するこ
とを想定していた。その場合、発電機はほとんどの場合で三相非同期発電機であ
る。ネットワークに直接接続された同期発電機を使用した例が存在するのは事実
であるが、このような例においても、原則として、風力負荷の変動特性が引き起
した電力変動を弱めるために発電機とエンジンハウスとの間に複雑な機械的バネ
サスペンションを設置する必要性を免れない。これは同期発電機のロータ原動力
の機械的作用が、強固な交流電圧ネットワークに対してスプリングのような働き
をし、それに対して、非同期発電機はダンパのように働くことによるのである。
従来の出力3MWの非同期発電機はおそらく約3−6kVを発生させるようにす
ることができ、第一段階で、例えば24kVに昇圧する変圧器と直列に接続する
ことができる。30−40局の風力発電所を有する風力発電設備であれば、更に
130kVまで昇圧する中央変圧器が具備されている。このようなシステムの長
所は安価であることと、複雑化な付属システムも必要としないことである。欠点
は高圧交流ケーブルで長距離に亘る送電を実現することが技術的に困難であるこ
とである。これは、ケーブル長の増加と共に容量性無効電力が発生するという点
に起因する。そのため、ケーブルシールド内と導体を流れる電流が増加し過ぎて
、長距離に及ぶケーブルを実現できなくなる。その他の欠点は、変動する風力荷
重が)近隣に住む電力消費者に影響を与えうる電圧変化を送電線上で引き起こす
点である。これはそのネットワークが「弱い」場合、つまり、短絡電力が低い場
合に起こる。上述のケーブル長の送電距離の技術的な問題点によって、「弱い」
ネットワークに風力発電設備(Wind Park)を結線させることが強いら
れる。ある基準によると、電圧変動率は4%以上であってははならない。各国の
規則はそれぞれ異なるが、原則的に、送電線上の電圧レベルが低い程、規則が緩
くなる。時間帯によっても、電圧変動の取扱い方が違ってくることもあり得る。
急速な電圧変化は、規則等で規制されている「フリッカー(flicker)」
現象、つまり、電灯の明滅を引き起こす。In order to realize wind power generation at sea, it is required to set up a huge wind power plant cluster within the restricted area in consideration of economic efficiency. Wind power generation at sea requires a relatively large wind power plant (3 MW or more), and it is expected that the total system power of 50-100 MW will be commensurate with it. To date, such wind power plant plans have envisioned power transmission via conventional AC transmission via a three-phase AC voltage submarine cable system. In that case, the generator is most often a three-phase asynchronous generator. It is true that there are examples of using synchronous generators directly connected to the network, but even in these cases, in principle, generators are used to dampen the power fluctuations caused by wind load fluctuation characteristics. Inevitably requires the installation of complex mechanical spring suspensions between the engine and the engine house. This is because the mechanical action of the rotor motive force of the synchronous generator acts like a spring on a strong alternating voltage network, whereas the asynchronous generator acts like a damper.
A conventional 3 MW output asynchronous generator could possibly generate about 3-6 kV and could be connected in series with a transformer stepping up to, for example, 24 kV in the first stage. If it is a wind power plant with 30-40 wind farms, it will be further equipped with a central transformer that boosts the voltage to 130 kV. The advantage of such a system is that it is inexpensive and does not require complicated accessory systems. The disadvantage is that it is technically difficult to realize long-distance power transmission with a high-voltage AC cable. This is due to the fact that capacitive reactive power is generated as the cable length increases. Therefore, the current flowing through the cable shield and the conductor increases excessively, and it becomes impossible to realize a cable extending over a long distance. Another drawback is that varying wind loads cause voltage changes on the transmission line that can affect nearby electricity consumers. This happens when the network is "weak", ie when the short circuit power is low. "Weak" due to the above-mentioned technical problem of cable length transmission distance
It is required to connect a wind power generation facility (Wind Park) to the network. According to some criteria, the voltage regulation should not be more than 4%. Different countries have different rules, but in principle, the lower the voltage level on a transmission line, the looser the rules. Depending on the time of day, how to handle the voltage fluctuation may be different.
Rapid voltage changes are regulated by rules such as "flicker"
A phenomenon, that is, a blinking light.
【0004】
上述のケーブルの長距離化の問題点に対する本発明による解決法は高圧直流で
電力を送電することである。それによって、ケーブルを直接ネットワークに繋ぐ
ことができる。別の長所は直流送電が交流送電よりも低損失となることである。
技術的視点からケーブル距離は無限長とすることができる。高圧直流(HVDC
)リンクは整流局、送電線(ケーブル又は架空線)、インバータ局及び変換中に
発生する高調波を除去するフィルタから構成される。高圧直流(HVDC)リン
クの古い形態で、整流及び逆変換にサイリスタ(Thyristor)を使用す
る。サイリスタはスイッチオンすることができるがスイッチオフすることはでき
ない。交流電圧によって決まる電圧のゼロ交差(zero−crossing)
において転流するので、この種のコンバータは他励転流(line commu
tating)型と呼ばれる。この技術に関する欠点は、コンバータが無効電力
を消費し、ネットワークに電流調波を送出させる。さらに近年の直流電圧の解決
法において、コンバータにおいてサイリスタの代わりにIGBTを使用する。I
GBT(Insulated Gate Bipolar Transisto
r)はスイッチオフもスイッチオンも効き、さらに、高スイッチング周波数(H
igh switch frequency)を有する。これは自励転流コンバ
ータと呼ばれる、全く異なる原理によるコンバータが可能であることを示す。要
約すれば、自励転流コンバータの長所は、無効電力を消費するだけでなく供給す
ることもできるので、ネットワークが弱い場合、ネットワーク側における電圧レ
ベルの能動補償を可能にすることである。結果的に、これは風力発電の近くに位
置したネットワーク要素に接続できるような、従来技術より優れたコンバータを
形成する。高スイッチング周波数は、従来のHDVCと比較して、高調波の問題
も低減する。しかし、変換局における損失分がその価格と同様に高くなることが
欠点となる。自励転流コンバータは該コンバータから発生する電圧が急激なパル
ス配列によって構築されることを特徴とする。パルス配列とネットワークの正弦
波電圧との間の電位差は、ネットワーク側のインダクタンス以上になる。電圧形
のVSI(電圧源インバータ(Voltage source inverte
r))と電流形のCSI(電流源インバータ(Current Source
Inverter))の多少異なる特徴をもった2タイプの自励転流インバータ
がある。直流側に少なくとも1つのキャパシタを有するVSIが最適な電源調整
(best power regulation)を行う。The solution according to the invention to the above-mentioned problem of increasing the distance of cables is to transmit electric power by high voltage DC. This allows the cable to connect directly to the network. Another advantage is that DC transmission has lower loss than AC transmission.
From a technical point of view, the cable distance can be infinite. High voltage direct current (HVDC
The link consists of a rectifier station, a transmission line (cable or overhead line), an inverter station and a filter that removes harmonics generated during conversion. An older form of high voltage direct current (HVDC) link that uses a thyristor for rectification and reverse conversion. The thyristor can be switched on but not switched off. Zero-crossing of voltage determined by AC voltage
Because of commutation at, this type of converter is a line commutator.
tating) type. The drawback with this technique is that the converter consumes reactive power, causing the network to send out current harmonics. More recent DC voltage solutions use IGBTs instead of thyristors in converters. I
GBT (Insulated Gate Bipolar Transisto)
r) both switch-off and switch-on are effective, and high switching frequency (H
high switch frequency). This shows that a converter based on a completely different principle called a self-excited commutation converter is possible. In summary, the advantage of a self-excited commutation converter is that it can not only consume but also supply reactive power, thus enabling active compensation of voltage levels on the network side when the network is weak. As a result, this forms a converter which is superior to the prior art so that it can be connected to network elements located close to wind power. The high switching frequency also reduces the problem of harmonics compared to conventional HDVC. However, the disadvantage is that the loss in the conversion station is as high as the price. Self-excited commutation converters are characterized in that the voltage generated by the converter is built up by an abrupt pulse sequence. The potential difference between the pulse array and the sinusoidal voltage of the network is more than the inductance on the network side. Voltage source VSI (Voltage source inverter)
r)) and current source CSI (Current Source Inverter (Current Source)
There are two types of self-excited commutation inverters with slightly different characteristics. The VSI with at least one capacitor on the DC side provides the best power regulation.
【0005】
全く異なる理由で、すなわち個別の風力発電所の可変回転速度を実現するため
に、HDVC形式に類似した技術を使用した複数の実験用風力発電所が建設され
た。風力発電所の発電機は、通常400V又は600Vの低圧レベルの直流リン
クによってネットワークから隔離されている。一般的に、「フリッカー」の原因
となる急激な電力の増減を除去するために回転速度変化を使用できるようになる
のと同時に、タービンの可変回転速度はエネルギー利得を生む。しかし、当然、
本来備わっている風力荷重のゆっくりとした電力変化を除去することは可能では
ない。タービンの慣性モーメントは、機械的エネルギーの中間蓄積装置の役割を
果たすと云える。非同期発電機はさらに高価で複雑な整流器を必要とするので、
このようなシステムにおいて、同期発電機は特に不都合ではなく、むしろ適して
いると云えよう。直接駆動発電機(Direct driven genera
tor)を有することと、その結果として、タービンと該発電機との間のギアユ
ニットを省くことが望ましい場合、極数が多いため、その発電機は同期式でなけ
ればならない。すなわち、直接駆動発電機は直流中間リンク(DC−inter
mediate link)を必要とする。この形態において、制御整流器を使
用する場合、トリガーの角度を変更することによって能動的にモーメントを調整
することもできる。可変回転速度を具備したほとんどの形態において、さらにタ
ービンにおける羽の取り付け角を変更する、呼称ピッチコントロール(Pitc
h control)によって外部能動回転速度制御(External ac
tive rotation control)が提供される。これらの形態に
よる可変回転速度の欠点は、所要の発電系統の価格及び海上での発電系統のメン
テナンスが困難で高価格な点である。For completely different reasons, ie to realize variable rotational speeds of individual wind farms, several experimental wind farms were constructed using a technology similar to the HDVC format. Wind turbine generators are isolated from the network by low voltage level DC links, typically 400V or 600V. In general, the variable rotational speed of the turbine produces an energy gain at the same time that the rotational speed change can be used to eliminate the sudden increase or decrease in power that causes "flicker". But, of course,
It is not possible to eliminate the slow power changes of the natural wind load. The moment of inertia of the turbine can be said to act as an intermediate store of mechanical energy. Asynchronous generators require more expensive and complex rectifiers,
In such a system, a synchronous generator would not be particularly inconvenient, but rather suitable. Direct drive generator (Direct drive generator)
tor) and, consequently, the omission of the gear unit between the turbine and the generator, the generator must be synchronous because of the large number of poles. That is, the direct drive generator is a DC intermediate link (DC-inter).
mediation link) is required. In this configuration, when using a controlled rectifier, the moment can also be actively adjusted by changing the angle of the trigger. In most configurations with variable rotational speed, the pitch control (Pitc) is also used to change the blade mounting angle on the turbine.
External active rotation speed control (External ac
A live rotation control) is provided. The disadvantage of the variable rotation speed by these forms is that the required power generation system price and maintenance of the power generation system at sea are difficult and expensive.
【0006】[0006]
本発明の目的は、上述の直流電圧結線から逸脱し、従来の交流電圧結線より長
距離送電かつ低損失を可能にした、海上の風力発電設備と陸上の配電又は送電ネ
ットワークとの間の交流電圧結線を実現することであるのと同時に、海上におい
て、パワーエレクトロニクスを全く使用せずに可変回転速度で運転する可能性を
生み出すことである。これは、海上で行われる全てのメンテナンスが高価かつ実
施困難であるため、極めて有意義である。本発明の更なる目的は、従来のHVD
Cシステムと同程度の良好な無効電力調整を可能にすることである。An object of the present invention is to deviate from the DC voltage connection described above, and to enable long-distance power transmission and lower loss than the conventional AC voltage wiring, an AC voltage between a wind power generation facility on the sea and an onshore power distribution or transmission network. It is not only to realize the connections, but also to create the possibility at sea to operate at variable rotational speeds without any power electronics. This is extremely meaningful as all maintenance at sea is expensive and difficult to implement. A further object of the present invention is the conventional HVD.
It is to enable the same good reactive power adjustment as the C system.
【0007】[0007]
【本発明の要旨】
まず、本発明の目的は、風力発電所とコンバータとの間の結線の周波数をネッ
トワーク周波数以下に固定し、ネットワークの高周波数に応じてこの結線におけ
る低周波数を変換するように配備された周波数コンバータを、プラントのネット
ワーク側の交流電圧結線に接続することによって成し遂げられる。従って、「プ
ラントのネットワーク側」という表現は、周波数コンバータは送電又は配電ネッ
トワークの比較的近くに位置するのに対して、結線の本質部は、周波数コンバー
タと風力発電所との間に、例えば海中ケーブルという形で延長することを意味す
る。従って、このことは、結線中の送電は本質的に低周波数で行われ、その結果
、一定のネットワーク周波数での従来の交流電圧結線よりも長い距離の送電と低
い損失の必要条件が生み出されることを示す。通常、現在のネットワーク周波数
は50−60Hzのレベルである。周波数コンバータと風力発電所との間の交流
電圧結線の低周波数が、例えば、10Hzである場合、電圧は50Hzのネット
ワークと同じであるのに対して、ケーブルの容量性電流は5倍低下される。これ
は、例えば、海中ケーブルによって5倍の長い距離を接続できることを示してい
る。SUMMARY OF THE INVENTION First of all, an object of the present invention is to fix the frequency of a connection between a wind power plant and a converter to be equal to or lower than a network frequency, and convert a low frequency in this connection according to a high frequency of the network. This is accomplished by connecting the frequency converter deployed in the plant to an AC voltage connection on the network side of the plant. Thus, the expression "network side of the plant" means that the frequency converter is located relatively close to the transmission or distribution network, whereas the essence of the connection is between the frequency converter and the wind farm, for example undersea. It means to extend in the form of a cable. This therefore means that the transmission of power during the connection takes place essentially at low frequencies, resulting in longer distance transmission and lower loss requirements than conventional AC voltage connections at constant network frequencies. Indicates. Current network frequencies are typically at levels of 50-60 Hz. If the low frequency of the alternating voltage connection between the frequency converter and the wind farm is, for example, 10 Hz, the voltage is the same as in a 50 Hz network, whereas the capacitive current of the cable is reduced by a factor of 5. . This shows that, for example, a submarine cable can connect a distance five times as long.
【0008】
本発案の長所は、結果として、送電又は配電ネットワークの近くに、つまり、通
常は陸上に周波数コンバータを配置し、メンテナンス及び管理のコストをかなり
低減させ、停電の場合におけるサービスの中断時間も低減させることである。The advantage of this idea is that the result is to place the frequency converter close to the transmission or distribution network, that is to say usually on land, which significantly reduces the cost of maintenance and management and the interruption of service in case of power failure. Is also to reduce.
【0009】
本発明の好ましい実施形態によれば、非同期発電機を具備した複数の風力発電
所を交流電圧結線と並列に接続する。適当な周波数と交流電圧結線の電圧は風力
発電設備の規模と陸上からの距離によって決定されるが、50MWの風力発電設
備に対して、130kVで10−20Hzの周波数が適当である。According to a preferred embodiment of the invention, a plurality of wind power plants equipped with asynchronous generators are connected in parallel with an AC voltage connection. The appropriate frequency and the voltage of the AC voltage connection are determined by the size of the wind power plant and the distance from the land, but for a 50 MW wind power plant, a frequency of 130 kV and 10-20 Hz is suitable.
【0010】
本発明の実施形態によれば、周波数コンバータはAC/DCコンバータとイン
バータの変形を具備した直流電圧中間リンクを構成する。これにより、低周波数
交流電圧結線において可変電圧と同様に可変周波数を設定することが可能となる
。特に、直流電圧中間リンクにDC/DCコンバータが形成されることが好まし
い。好ましい実施形態において、周波数コンバータのバルブは直列に接続された
IGBTから構成されているが、他の型のバルブを使用することも可能である。
また、静的コンバータ(static converter)以外の周波数コン
バータ、つまり回転周波数コンバータ(rotary frequency c
onverter)と同様に、直流リンクのない他の型の周波数コンバータ、例
えば、「サイクロ(登録商標)コンバータ」と呼ばれる直接コンバータ(dir
ect converter)を本発明に使用することもできる。後にさらに詳
細に説明される実施形態によれば、発電機と周波数コンバータとの間の交流電圧
結線の電圧を適当な発電機の電圧レベルに減圧するために、その結線の発電機側
に少なくとも1つの変圧器を配備してもよい。その場合、現在の発電機のそれぞ
れに変圧器を備え付け、加えて、その補足または代替として、全発電機に対して
共通の変圧器を備え付けてもよい。結果として、このような変圧器は、交流電圧
結線の電圧を従来の発電機よりも高いレベルに上げることを可能にする。このよ
うな変圧器の不都合は、追加費用がかかり、システムの全体能率が低下するとい
う欠点が伴う点である。同様に、このような変圧器は、停電又は破損の場合にリ
ークする可能性のある変圧器のオイルを含んでいるので、火事の危険性及び環境
への危惧もある。According to an embodiment of the invention, the frequency converter constitutes a DC voltage intermediate link with a variant of an AC / DC converter and an inverter. As a result, it becomes possible to set the variable frequency in the low frequency AC voltage connection similarly to the variable voltage. In particular, a DC / DC converter is preferably formed on the DC voltage intermediate link. In the preferred embodiment, the valves of the frequency converter are composed of IGBTs connected in series, although other types of valves can be used.
In addition, frequency converters other than static converters, that is, rotary frequency converters (rotary frequency c).
Similar to an inverter, other types of frequency converters without a DC link can also be used in the present invention, for example a direct converter called a "Cyclo converter". According to an embodiment which will be described in more detail below, in order to reduce the voltage of the alternating voltage connection between the generator and the frequency converter to a suitable generator voltage level, at least 1 is connected to the generator side of the connection. You may deploy one transformer. In that case, each of the current generators may be equipped with a transformer and, in addition or as a supplement or alternative, a common transformer for all generators. As a result, such a transformer makes it possible to raise the voltage of the alternating voltage connection to a higher level than in conventional generators. The disadvantage of such a transformer is that it is associated with additional costs and a reduction in the overall efficiency of the system. Similarly, since such transformers contain transformer oil that can leak in the event of a power failure or damage, there is also a fire hazard and environmental concern.
【0011】
風力発電所に係わる今日の発電機の科学技術によって、10kVまで取り扱う
ことができる発電機を作り出すことが可能であるが、それより高い電圧に対応し
たものが望ましい。さらに、従来のステータ巻線に対する絶縁の科学技術は、風
力タービン発電機が受ける温度変化、湿度、塩分に対して敏感である。With the technology of today's generators involved in wind farms, it is possible to create generators that can handle up to 10 kV, but those that support higher voltages are desirable. Moreover, conventional insulation technology for stator windings is sensitive to temperature changes, humidity, and salinity experienced by wind turbine generators.
【0012】
本発明の特に好ましい実施例によれば、好ましくは請求項14に従って絶縁を
施した発電機の少なくとも1つの巻線に対して固体絶縁体を使用する。該巻線は
、さらに具体的に高圧ケーブルの特徴を具備する。このようにして製造された発
電機は、従来の発電機よりかなり高い電圧を実現する必要条件を満たしている。
400kVまで実現可能である。さらに、このような巻線の絶縁システムは塩分
、湿度及び温度変化の影響を受け難い。出力電圧が高いため、変圧器を完全に除
去できるので、コストの増加、効率の低下、火事の危険性、及び環境に対する危
惧といった前述の欠点を回避していることを示す。後者は従来の変圧器がオイル
を含有しているためである。According to a particularly preferred embodiment of the invention, a solid insulator is used for at least one winding of the generator, preferably insulated according to claim 14. The winding more particularly comprises the features of a high voltage cable. The generator produced in this way meets the requirements of achieving significantly higher voltages than conventional generators.
It can be realized up to 400 kV. Moreover, such winding insulation systems are less susceptible to changes in salinity, humidity and temperature. It shows that the high output voltage allows the transformer to be completely eliminated, thus avoiding the above mentioned drawbacks of increased cost, reduced efficiency, fire risk and environmental hazards. The latter is because conventional transformers contain oil.
【0013】
ケーブルで形成した巻線を具備した発電機は、本目的のためにステータに形成
したスロットにケーブルを通すことによって作成でき、その際、巻線ケーブルの
可撓性がこの作業を容易に行うことを可能にする。A generator with a winding formed by a cable can be made by passing the cable through a slot formed in the stator for this purpose, the flexibility of the winding cable facilitating this task. To be able to do.
【0014】
絶縁システムの2つの半導体層は電位補償機能(Potential com
pensation function)を有し、その結果、表面部発熱の危険
性を低減させる。内側の半導体層は、この半導体層と同じ電位を得るために、該
層の内側に位置した導体又はその一部と電気的に接触しているべきである。該内
部層はその外部に位置した固体絶縁体にしっかりと固定され、同様に、固体絶縁
体に外部の半導体層を固定する。外部の半導体層は電界を固体絶縁体内に制限す
る作用を有する。The two semiconductor layers of the insulation system have a potential compensation function (Potential com).
have a penetration function, and as a result reduce the risk of surface heating. The inner semiconductor layer should be in electrical contact with the conductor or part thereof located inside the layer in order to obtain the same potential as this semiconductor layer. The inner layer is firmly fixed to the solid insulator located outside it, and likewise fixes the outer semiconductor layer to the solid insulator. The outer semiconductor layer serves to limit the electric field within the solid insulator.
【0015】
半導体層と固体絶縁体は、温度変化があった場合にも絶縁層と固体絶縁体との
間の密着性を保証するために、本質的に同じ熱膨張係数を有する。The semiconductor layer and the solid insulator have essentially the same coefficient of thermal expansion to ensure adhesion between the insulating layer and the solid insulator even when the temperature changes.
【0016】
絶縁システムの外側の半導体層はアース電位又は比較的低い電位に接続される
。The semiconductor layer outside the insulation system is connected to earth potential or a relatively low potential.
【0017】
発電機は、かなり高圧の出力を実現するために、既に上述しており、従来の技
術とはっきりと異なる数々の特徴を有する。従属請求項更なる特徴を規定するが
、以下にそれを説明する。The generator has a number of features which have already been mentioned above and are clearly different from the prior art in order to achieve a considerably higher voltage output. The dependent claims define further features, which are explained below.
【0018】
本発明の実施例に従った、上述した特徴と、発電機、よって風力発電プラント
の他の本質的な特徴としては、次なるものがある。
磁気回路の巻線は、導体部及び固体絶縁体の外部における半導体層を具備
した1つ又は複数の永久絶縁された導体を収容したケーブルにより形成される。
この種の典型的なケーブルは、所定の目的に対して、導体の撚り線及び絶縁シス
テムの特徴についても開発されている架橋ポリエチレン又はエチレン−プロピレ
ンの絶縁体を有するケーブルである。
円形断面を有するケーブルが好ましいが、例えば、より適切な包装密度を
成し遂げるために、別の断面形状を有するケーブルも使用できる。
このようなケーブルは、スロットと歯に係わる新しく、最適な方法で磁気
回路の積層鉄心を構成することを可能にする。
好ましくは、絶縁体が徐々に増加する又は積層鉄心を最適に利用して巻線
を作成する。
好ましくは、コイル端末の交差数を減らすことができる同軸ケーブル巻線
のような巻線を作成する。
スロットの形が相互の外側に垂直及び/又は平行に伸び、ステータ巻線の
層間に圧縮部を形成した複数の円筒開口部の形状となるように、スロットの形状
を巻線ケーブルの断面に対応させる。
所定のケーブル断面と巻線の絶縁体部の変化する厚さにスロットの形状を
対応させる。段階的に変化する絶縁体の厚さによって、電磁鉄心に対して放射方
向における位置に依らず、実質的に一定の歯幅を有することが可能となる。
上述の鉄心に関する改良は、組み合わされた複数の層から成る巻線導体、
つまり、絶縁された撚り線を正確に転置し、相互に非絶縁及び/又は絶縁にする
必要はない。
上述の外側の半導体層に関する改良は、外部半導体層を適当なケーブル長
に切断し、各切断部長を直接アース電位に接続することを示す。According to the embodiments of the present invention, the above-mentioned features and other essential features of the generator and thus of the wind power plant are as follows. The windings of the magnetic circuit are formed by a cable containing one or more permanently insulated conductors with a conductor layer and a semiconductor layer outside the solid insulator.
A typical cable of this kind is a cable with cross-linked polyethylene or ethylene-propylene insulation, which has also been developed for the purposes of conductor strands and insulation system features. Cables with a circular cross-section are preferred, but cables with other cross-sectional shapes can be used, for example to achieve a more suitable packing density. Such a cable makes it possible to construct a laminated core of a magnetic circuit in a new and optimal way with respect to slots and teeth. Preferably, the winding is made by gradually increasing the insulator or optimally utilizing the laminated iron core. Preferably, a winding is created, such as a coaxial cable winding that can reduce the number of coil end crossings. Corresponds the slot shape to the cross section of the winding cable so that the shape of the slot extends vertically and / or parallel to the outside of each other and is in the shape of multiple cylindrical openings with compression sections between the stator winding layers Let The shape of the slot corresponds to a given cable cross section and varying thickness of the insulation of the winding. The gradually changing thickness of the insulator makes it possible to have a substantially constant tooth width regardless of the position in the radial direction with respect to the electromagnetic core. The above improvements to the iron core include winding conductors composed of multiple layers combined,
That is, it is not necessary that the insulated stranded wires be accurately transposed and non-insulated and / or insulated from each other. The improvements mentioned above with respect to the outer semiconductor layer show that the outer semiconductor layer is cut into suitable cable lengths and each cut length is directly connected to ground potential.
【0019】
上述タイプのケーブルを使用すると、ケーブルの外側の半導体層をその全長に
亘って、そしてプラントのそれ以外の部分も、アース電位に維持することを可能
にする。電界が、外側の半導体層の外部のコイル端末の領域においてゼロに近い
ことが重要な長所となる。外側の半導体層をアース電位にすることによって、電
界を制御する必要はない。これは、鉄心にも、コイル端末領域にも、それらの間
の転移セクション(transition section)にも局所的な集中
は起こらないことを示す。Using a cable of the type described above makes it possible to maintain the outer semiconductor layer of the cable along its entire length and also to the rest of the plant at ground potential. An important advantage is that the electric field is close to zero in the area of the coil termination outside the outer semiconductor layer. It is not necessary to control the electric field by bringing the outer semiconductor layer to earth potential. This indicates that there is no local concentration in the core, in the coil end regions, or in the transition section between them.
【0020】
密集した絶縁及び/又は非絶縁撚り線の混成、又は、転置された撚り線によっ
て、渦電流損失が低くなる。そのケーブルの外径は10−40nm程度であり、
導体面積は10−200mm2程度である。Eddy current losses are low due to a mixture of densely insulated and / or non-insulated strands or transposed strands. The outer diameter of the cable is about 10-40 nm,
The conductor area is about 10-200 mm 2 .
【0021】
更なる実施例によれば、インバータの高圧側に可変変圧器(Transfor
mer with variable transmission)を配置する
。According to a further embodiment, a variable transformer is provided on the high voltage side of the inverter.
mer with variable transmission) is arranged.
【0022】[0022]
図1−3の補足によって、まず、本発明の実施例における好ましい発電機1の
構成が説明されている。図1は、ステータ2のセクタの軸方向の概略図である。
発電機のロータは3で示されている。ステータ2は従来の方法で成層鉄心から形
成される。図1は磁極ピッチ(pole pitch)に対応した発電機のセク
タを示す。半径方向の最外部に位置した鉄心のヨーク部(yoke secti
on)から複数の歯5がロータ3に向かって内側に放射状に伸びており、これら
の歯は、ステータ巻線を配列したスロット6で仕切られている。このステータ巻
線を形成するケーブル7は、配電用のものと実質的に同じタイプ、つまり、PE
Xケーブル(PEXは架橋ポリエチレン)で形成できる高圧用ケーブルである。
本発明のケーブルは、導体及び絶縁層の両面に少なくとも1つの半導体層しか有
しておらず、機械的外部保護PVC層及び通常、配電ケーブルを取囲む金属保護
具が省かれている点で異なる。ケーブル7は、各ケーブルの中央導体又はコイル
側のみを示した図1の概要図に示されている。各スロット6は広部8と狭部9を
交互に配した、湾曲した断面を有する。広部8は、概ね円形でケーブルを取囲ん
でおり、広部間の窪み部が狭部9を形成する。窪み部は各ケーブルの半径方向の
位置を固定するように働く。スロット6の断面は内側半径方向に狭くなる。ステ
ータ1の半径方向で最も内側部の位置に近づくにつれてケーブル部の電圧は低く
なる。したがって、内側に細いケーブルを使用でき、それに対して外側では太い
ケーブルを必要とする。図示した例において、異なる3つの寸法で、対応したス
ロット6の3つの部分10、11、12に配列したケーブルを使用する。スロッ
ト6の最外部に補助電力用の巻線13を配列する。With the supplement of FIGS. 1-3, the construction of a preferred generator 1 in an embodiment of the invention will first be described. FIG. 1 is a schematic view of a sector of the stator 2 in the axial direction.
The generator rotor is shown at 3. Stator 2 is formed from a laminated core in a conventional manner. FIG. 1 shows a sector of a generator corresponding to a pole pitch. The yoke portion (yoke secti) of the iron core located at the outermost portion in the radial direction.
on), a plurality of teeth 5 extend radially inward toward the rotor 3, and these teeth are partitioned by slots 6 in which stator windings are arranged. The cable 7 forming this stator winding is of substantially the same type as that for power distribution, ie PE
It is a high voltage cable that can be formed from an X cable (PEX is cross-linked polyethylene).
The cable of the present invention differs in that it has at least one semiconductor layer on both sides of the conductor and insulating layers, omitting the mechanical external protective PVC layer and usually the metal protective equipment surrounding the distribution cable. . Cables 7 are shown in the schematic diagram of FIG. 1 showing only the center conductor or coil side of each cable. Each slot 6 has a curved cross section with alternating wide portions 8 and narrow portions 9. The wide portions 8 are substantially circular and surround the cable, and the recesses between the wide portions form the narrow portions 9. The dimples serve to fix the radial position of each cable. The cross section of the slot 6 narrows radially inward. The voltage of the cable portion decreases as it approaches the innermost position of the stator 1 in the radial direction. Therefore, a thin cable can be used on the inside, whereas a thick cable is needed on the outside. In the example shown, cables of three different sizes and arranged in three parts 10, 11, 12 of the corresponding slot 6 are used. A winding 13 for auxiliary power is arranged at the outermost part of the slot 6.
【0023】
図2は発電機で使用する高圧ケーブルの段階的な切断図を示す。高圧ケーブル
7は、それぞれが複数の撚り線15を具備し、全体的に円形断面を示す1つ又は
複数の導体14を収容する。例えば、該導体は銅から生成できる。高圧ケーブル
7の中間に導体14を配置し、示した実施例において、部分的な絶縁体16が各
導体を取囲む。しかし、導体14のうちの1つ、部分的絶縁体16を省くことは
可能である。示した実施例において、第1番目の半導体層17は導体14を取囲
む。この第1番目の半導体層17の周囲に、第2番目の絶縁体層19で取囲まれ
る絶縁体層18、例えば、PEX絶縁体層がある。結果として、この出願におけ
る「高圧ケーブル」のコンセプトは、金属保護具又は配電ケーブルを取囲んだ形
式の外部保護層を具備する必要はないことである。FIG. 2 shows a stepwise cut-away view of a high voltage cable used in a generator. The high voltage cable 7 comprises a plurality of stranded wires 15 each and houses one or more conductors 14 having a generally circular cross section. For example, the conductor can be made of copper. The conductors 14 are arranged in the middle of the high-voltage cable 7, and in the embodiment shown, a partial insulation 16 surrounds each conductor. However, it is possible to omit one of the conductors 14, the partial insulator 16. In the embodiment shown, the first semiconductor layer 17 surrounds the conductor 14. Around the first semiconductor layer 17, there is an insulator layer 18 surrounded by a second insulator layer 19, for example a PEX insulator layer. As a result, the concept of "high voltage cable" in this application is that it is not necessary to have a metal protector or an outer protective layer of the type surrounding the distribution cable.
【0024】
図3に、図1、図2で引用して述べた形式の磁気回路を具備した風力発電局を
示している。シャフト21を介して直接風力タービン20が発電機1を駆動する
。タービン20が直接発電機1を駆動することが、つまり、タービン20のシャ
フトを回動自在に固定して発電機のロータに連結することができるが、、タービ
ン20と発電機1との間にギヤ装置22を設けることも可能である。例えば、タ
ービンの回転速度に対して発電機の回転速度を変化させるための無段階式プラネ
タリー・ギアリング(Single step planetary gear
ing)によって構成することができる。発電機のステータ2は上述ケーブル7
から構成されるステータ巻線23を保持する。ケーブル7を裸線にし、ケーブル
用の継手25を介して被覆ケーブル24に連結することができる。FIG. 3 shows a wind turbine generator equipped with a magnetic circuit of the type described with reference to FIGS. The wind turbine 20 directly drives the generator 1 via the shaft 21. Although the turbine 20 can drive the generator 1 directly, that is, the shaft of the turbine 20 can be rotatably fixed and connected to the rotor of the generator, but between the turbine 20 and the generator 1. It is also possible to provide the gear device 22. For example, a single step planetary gear for changing the rotation speed of a generator with respect to the rotation speed of a turbine.
ing). The stator 2 of the generator is the above-mentioned cable 7
Holds the stator winding 23 composed of The cable 7 can be bare and connected to the jacketed cable 24 via a cable fitting 25.
【0025】
簡単な回路図形式で風力発電プラントを説明している図4において、それぞれ
発電機1を具備して並列接続された2つの風力発電所29を説明している。発電
機は、フィールド・ワインディング26及び1つ(又は複数の)補助電力巻線2
7を有する。示された実施形態において、発電機はY−結線され、中性点は各イ
ンピーダンス28を介して接地される。In FIG. 4, which illustrates a wind power plant in a simple schematic form, two wind power plants 29 each equipped with a generator 1 and connected in parallel are described. The generator includes a field winding 26 and one (or more) auxiliary power windings 2.
Have 7. In the embodiment shown, the generator is Y-wired and the neutral is grounded via each impedance 28.
【0026】
図4において、一般的に、(示されていない)風力タービンだけでなく発電機
1を取り巻く2局の風力発電所も29として示されている。交流電圧結線30は
2局の風力発電所29を送電又は配電ネットワーク31に接続している。これは
、ここでは3相式である。このようなネットワークの通常の周波数は50又は6
0Hzである。結線30は、32で示された区画に沿って、水中用ケーブル33
を構成する。しかし、水中ケーブルの代わりに、1つ又は複数の架空線/ケーブ
ルも対象になりうる。区画32は、実際には極めて長い。In FIG. 4, not only the wind turbine (not shown) but also the two wind farms surrounding the generator 1 are shown as 29. An alternating voltage connection 30 connects the two wind farms 29 to a power transmission or distribution network 31. This is a three-phase type here. Typical frequencies for such networks are 50 or 6
It is 0 Hz. The connection 30 has a submerged cable 33 along the section indicated by 32.
Make up. However, instead of underwater cables, one or more overhead lines / cables may also be covered. The compartment 32 is actually quite long.
【0027】
プラントのネットワーク側で、周波数コンバータ34は交流電圧結線30に接
続され、周波数コンバータは、風力発電所29とコンバータ34との間の結線の
周波数をネットワーク31の周波数以下に固定し、ネットワークの高周波数に応
じてこの結線における低周波数を変換するように配備されている。On the network side of the plant, the frequency converter 34 is connected to the AC voltage connection 30, the frequency converter fixing the frequency of the connection between the wind farm 29 and the converter 34 below the frequency of the network 31, It is arranged to convert the low frequencies in this connection according to the high frequencies of the.
【0028】 前記説明から明らかなように、発電機1は実例において非同期式である。[0028] As is apparent from the above description, the generator 1 is asynchronous in the example.
【0029】
ネットワーク31付近の陸上の適当な発電所に周波数コンバータ34を適切に
配置する。海上又は湖上の適当な土台に風力発電所29を配備する。これらの土
台の1つ又は特に本目的のために配置する土台において、35で示した点で、発
電機1から外に伸びるケーブルを、例えばバス・バーを介して相互に接続する。The frequency converter 34 is appropriately arranged at an appropriate power plant on land near the network 31. A wind farm 29 is deployed on a suitable base on the sea or lake. On one of these bases or, in particular, on the base arranged for this purpose, the cables extending out of the generator 1 are connected to one another, for example via bus bars, at the point indicated by 35.
【0030】
図4において、周波数コンバータ34とネットワーク31との間に回路遮断機
36を提供し、その両側に断路器を配備する方法を示す。In FIG. 4, a method of providing a circuit breaker 36 between the frequency converter 34 and the network 31 and disposing a disconnector on both sides of the circuit breaker 36 is shown.
【0031】
図4による実施形態において、発電機1を直接周波数コンバータに結合する。
これは、発電機1が図1と2を引用した上述の設計の、つまり、極めて高い電圧
を発生できる発電機であることが仮定された結果である。In the embodiment according to FIG. 4, the generator 1 is directly coupled to the frequency converter.
This is a result of the assumption that the generator 1 is of the design described above with reference to FIGS. 1 and 2, ie a generator capable of producing extremely high voltages.
【0032】
図5による変形において、発電機1のための並列接続点と周波数コンバータ3
4との間に、発電機1に共通の変圧器38を配備する方法を示しており、該変圧
器は、変圧器と周波数コンバータ34との間にある結線部における高い電圧と、
前記変圧器38と発電機1との間の比較的低い電圧を実現することを目的とする
。結線30の主要部が変圧器38と周波数コンバータ34との間に存在するよう
に、この共通変圧器38を結線30の風力発電側、つまり、風力発電所29の近
くに配備する。風力発電所29の土台の1つ、又はできれば好適な位置にある専
用の土台に変圧器38を適宜配備する。In the variant according to FIG. 5, the parallel connection point for the generator 1 and the frequency converter 3
4, there is shown a method of deploying a common transformer 38 for the generator 1 which comprises a high voltage at the connection between the transformer and the frequency converter 34,
The aim is to achieve a relatively low voltage between the transformer 38 and the generator 1. This common transformer 38 is arranged on the wind power side of the connection 30, i.e. near the wind farm 29, so that the main part of the connection 30 lies between the transformer 38 and the frequency converter 34. The transformer 38 is appropriately installed on one of the foundations of the wind farm 29 or, if possible, on a dedicated foundation in a suitable position.
【0033】
図6の変形は、各発電機1に対して特殊変圧器39を配備する例外として、図
5に対応した変形を説明している。結果として、変圧器の次段でのみ接点35で
風力発電所を並列に相互接続している。このような実施形態において、変圧器3
8を省くことが可能であり、図5を引用してさらに詳細に述べている。さらに、
2段階、つまり、第一段階で変圧器39を介して、次に共通変圧器38によって
、単一の風力発電所からの電圧を段階的に上げるために、変圧器38を維持する
ことも可能である。The modification of FIG. 6 explains the modification corresponding to FIG. 5, with the exception that the special transformer 39 is provided for each generator 1. As a result, the wind power plants are interconnected in parallel at contacts 35 only at the next stage of the transformer. In such an embodiment, the transformer 3
8 can be omitted and is described in more detail with reference to FIG. further,
It is also possible to maintain the transformer 38 in two stages, in the first stage via the transformer 39 and then by the common transformer 38 in order to step up the voltage from a single wind farm. Is.
【0034】
図7において、周波数コンバータ34の可能な実施形態を説明している。ここ
では、AC/DCコンバータ40とインバータ41を具備した直流電圧中間リン
クが含まれる。直流電圧中間リンクにおいて、DC/DCコンバータ42はうま
く収容される。インバータ41は電圧形自励転流インバータである。インバータ
の直流リンクを超えて、並列にキャパシタを接続する。インバータ41の交流電
圧側の各相において、ネットワークインダクタンス44を直列に接続する。In FIG. 7, a possible embodiment of the frequency converter 34 is described. Here, a DC voltage intermediate link comprising an AC / DC converter 40 and an inverter 41 is included. In the DC voltage intermediate link, the DC / DC converter 42 is well accommodated. The inverter 41 is a voltage type self-commutated inverter. Connect capacitors in parallel beyond the DC link of the inverter. In each phase on the AC voltage side of the inverter 41, the network inductance 44 is connected in series.
【0035】 インバータ41は適宜IGBT45を具備する。[0035] The inverter 41 appropriately includes an IGBT 45.
【0036】
AC/DCコンバータはインバータ41のように確立されることが可能で、交
流側ネットワーク上で各相に直列にインダクタンス46を有する。コンバータ4
0はIGBT47を具備できる。直流側において、IGBTと並列に接続された
キャパシタ48がある。The AC / DC converter can be established like the inverter 41 and has an inductance 46 in series with each phase on the AC side network. Converter 4
0 may include an IGBT 47. On the DC side there is a capacitor 48 connected in parallel with the IGBT.
【0037】
プラントは風力発電プラントからの能動電力を測定する手段(示されていない
)と現在の風速を測定する手段を有する。周波数コンバータ34に具備した制御
ユニットにこれらの測定手段を接続し、制御ユニットは一般的な測定値に従って
周波数調整を制御する。その接続で、風速の機能としての風力タービンの回転速
度の理想的な特性と対応して結線30の周波数を制御するために、制御ユニット
を配備する。このような周波数制御は「スロー(遅い)」として示される。これ
は、風力発電所の回転速度が風速とともに、一直線に最大回転速度まで上昇する
ことが好ましいということに基づいている。風速の知識として、最適な状態が結
果として生まれるように、比較的遅い周波数制御が結線30で行われる。The plant has means (not shown) for measuring the active power from the wind power plant and means for measuring the current wind speed. These measuring means are connected to a control unit which is provided in the frequency converter 34, and the control unit controls the frequency adjustment according to typical measurement values. At that connection, a control unit is arranged to control the frequency of the connection 30 in correspondence with the ideal characteristic of the rotational speed of the wind turbine as a function of wind speed. Such frequency control is indicated as "slow". This is based on the fact that it is preferable that the rotational speed of a wind power plant increases linearly with the wind speed to the maximum rotational speed. As a knowledge of wind speed, a relatively slow frequency control is provided on the connection 30 so that an optimum condition results.
【0038】
電力機能としての回転速度の理想的な特性と、測定及び送電された能動電力と
の比較によって結線30の周波数を制御するために、適宜制御ユニットを配備す
る。このような周波数制御は一般的に、「ファスト(速い)」として示される。
これは、急速な電力変化を狙って行われ、図7を引用して説明したように、例え
ば、PI調整と、直流リンクを介した送信電力の発生によって実現可能である。An appropriate control unit is provided to control the frequency of the connection 30 by comparing the ideal characteristic of the rotational speed as a power function with the measured and transmitted active power. Such frequency control is commonly referred to as "fast".
This is done with the aim of a rapid power change, which can be realized by, for example, PI adjustment and generation of the transmission power via the DC link, as described with reference to FIG.
【0039】
結線30での電圧調整に関する限り、周波数範囲の主要部によって結線の固定
比電圧/周波数を維持する周波数コンバータ34を制御するために制御ユニット
が形成されるように、最も単純な方法で電圧調整を行う。As far as the voltage regulation on the connection 30 is concerned, in the simplest way, the control unit is formed by a main part of the frequency range to control the frequency converter 34 which maintains a fixed specific voltage / frequency of the connection. Adjust the voltage.
【0040】
本発明は明らかに述べられた実施形態のみに制限されない。複数の項目の変更
が結果的に可能であり、基本的な発案を思いついた時点で当事者によって実現さ
れる。複数の項目の変更及び同等の実施形態は付随する請求項の範囲内に含まれ
ている。The invention is not limited to only the explicitly described embodiments. Changes in multiple items are possible as a result, and will be realized by the parties when they come up with the basic idea. Modifications of multiple items and equivalent embodiments are within the scope of the following claims.
【図面の簡単な説明】
添付図を引用することによって、実施形態として本発明の主題に沿って以下に
説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS By way of reference to the accompanying drawings, below is described an embodiment in line with the subject matter of the present invention.
【図1】 本発明による風力発電プラントの発電機のステータ部分を上部から
見た概要図である。FIG. 1 is a schematic view of a stator portion of a generator of a wind power generation plant according to the present invention as viewed from above.
【図2】 図1によるステータ巻線で使用されたケーブルの切断された端から
見た構造図である。2 is a structural view from the cut end of the cable used in the stator winding according to FIG. 1;
【図3】 本発明による風力発電機の実施形態の部分的な概要図である。FIG. 3 is a partial schematic diagram of an embodiment of a wind power generator according to the present invention.
【図4】 本発明による風力発電プラントの実施形態を示した概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of a wind power generation plant according to the present invention.
【図5】 プラントの択一的な実施形態を説明した概要図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an alternative embodiment of the plant.
【図6】 図5に類似の変形図である。FIG. 6 is a modified view similar to FIG.
【図7】 プラントの中に構成される周波数コンバータの可能な実施形態の説
明図である。FIG. 7 is an illustration of a possible embodiment of a frequency converter configured in a plant.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02P 9/00 H02P 9/00 F (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW Fターム(参考) 3H078 AA02 AA26 BB01 CC01 CC22 CC73 5G066 HA30 HB02 5H590 AA11 AA15 BB15 CA14 CB02 CC01 CC08 CD01 CD03 CD10 CE01 DD23 DD43 EA07 EA14 EB02 EB14 FA08 FC11 FC22 FC23 GA02 GA09 HA02 HA09 HA27 HB02 HB03 5H603 AA04 BB02 BB08 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CB17 CB26 CC04 CC17 CD02 CD05 CD21 CE01 FA16 5H604 AA01 BB03 BB09 BB10 BB14 CC01 CC05 CC14 DA17 DB01 PB02 PB03 PD03 PD07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H02P 9/00 H02P 9/00 F (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK) , ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR , NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU) , TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, I, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV , MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW F terms (reference) 3H078 AA02 AA26 BB01 CC01 CC22 CC73 5G066 HA30 HB02 5H590 AA11 AA15 BB15 CA14 CB02 CC01 CC08 CD01 CD03 CD10 CE01 DD23 DD43 EA07 EA14 GA02 FC14 FA02 EB02 FC14 FA02 EB02 FC14 GA09 HA02 HA09 HA27 HB02 HB03 5H603 AA04 BB02 BB08 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CB17 CB26 CC04 CC17 CD02 CD05 CD21 CE01 FA16 5H604 AA01 BB03 BB09 BB10 BB14 CC01 CC05 CC14 DA17 DB01 PB02 PB03 PD03 PD07 PD07
Claims (34)
発電機(1)及び送電又は配電ネットワーク(31)と風力発電所を接続した交
流電圧結線(30)を収容する、少なくとも1つの風力発電所(29)を具備し
た風力発電プラントであって、周波数コンバータ(34)がプラントのネットワ
ーク側の交流電圧結線(30)内に接続され、風力発電所とコンバータとの間の
結線(30)の周波数をネットワークの周波数以下に固定し、ネットワークの高
周波数に応じてこの結線における低周波数を変換するように、周波数コンバータ
が配備されることを特徴とするプラント。1. At least one accommodating wind turbine (20), a generator (1) driven by this wind turbine and an alternating voltage connection (30) connecting the transmission or distribution network (31) and the wind farm. A wind power plant comprising a wind power plant (29), in which a frequency converter (34) is connected in an AC voltage connection (30) on the network side of the plant, the connection (30) between the wind power plant and the converter. A) is fixed below the frequency of the network, and a frequency converter is arranged so as to convert the low frequency in this connection according to the high frequency of the network.
34)を配備することを特徴とする請求項1に記載のプラント。2. A frequency converter for changing the frequency and voltage of the wiring (
34) is provided. The plant according to claim 1, wherein the plant is provided.
Hz内に固定するために周波数コンバータ(34)を配備することを特徴とする
請求項1又は2に記載のプラント。3. The frequency of the connection (30) is 20 Hz or less, preferably 2-20.
Plant according to claim 1 or 2, characterized in that a frequency converter (34) is provided for fixing in Hz.
に周波数コンバータ(34)を配備することを特徴とする請求項2に記載のプラ
ント。4. The plant according to claim 2, characterized in that a frequency converter (34) is provided to fix the voltage value of the connection (30) within 10-400 kV.
とインバータ(41)を収容する直流電圧中間リンクを具備することを特徴とす
る請求項1ないし4のいずれかに記載のプラント。5. The frequency converter (34) is an AC / DC converter (40).
Plant according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a DC voltage intermediate link accommodating the inverter and an inverter (41).
とを特徴とする請求項5に記載のプラント。6. A plant according to claim 5, characterized in that the DC / DC converter is housed in the DC voltage intermediate link.
と、少なくとも1つのキャパシタ(43)がインバータの直流リンクを超えて並
列に接続されることを特徴とする請求項6に記載のプラント。7. Inverter (41) is a voltage-source self-commutated inverter and at least one capacitor (43) is connected in parallel over the inverter's DC link. Plant described in.
の交流電圧側で各相に直列に接続されることを特徴とする請求項7に記載のプラ
ント。8. An inverter (41) having a network inductance (44).
The plant according to claim 7, wherein the plant is connected in series to each phase on the AC voltage side of.
れたIGBTから構成されることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記
載のプラント。9. Plant according to claim 1, characterized in that the valves in the frequency converter (34) consist of IGBTs connected in series.
し、結線(30)の発電機側で並列に相互接続することを特徴とする請求項1な
いし9のいずれかに記載のプラント。10. A plurality of generators in cooperation with a corresponding number of wind turbines, interconnected in parallel on the generator side of the connection (30). Plant described.
10に記載のプラント。11. The plant according to claim 1, wherein the generator is an asynchronous type.
プラネタリー・ギアリングを介して発電機(1)に接続されることを特徴とする
請求項1ないし11に記載のプラント。12. Plant according to claim 1, characterized in that the wind turbine (20) is connected to the generator (1) via gearing, preferably stepless planetary gearing. .
ラントであって、該巻線が固体絶縁体(18)を具備することを特徴とする請求
項1ないし12に記載のプラント。13. A plant in which the generator (1) comprises at least one winding (7), said winding comprising a solid insulator (18). Plant described in.
導体層(17、19)を有する絶縁体システムを具備することと、これらの半導
体層との間に固体絶縁体(18)が配置されることを特徴とする請求項13に記
載のプラント。14. A winding comprising an insulator system having at least two semiconductor layers (17, 19) each forming a substantially equipotential surface, and a solid insulator () between the semiconductor layers. Plant according to claim 13, characterized in that 18) is arranged.
体(18)と本質的に同じ温度膨張係数を有することを特徴とする請求項14に
記載のプラント。15. Plant according to claim 14, characterized in that at least one of the semiconductor layers (17, 19) has essentially the same coefficient of thermal expansion as the solid insulator (18).
項13ないし15のいずれかに記載のプラント。16. Plant according to any one of claims 13 to 15, characterized in that the winding comprises a high voltage cable (7).
た導体(14)と本質的に同じ電位を有することを特徴とする請求項14ないし
16のいずれかに記載のプラント。17. The method according to claim 14, characterized in that the innermost part (17) of the semiconductor layer has essentially the same potential as the conductor (14) located inside this layer. Plant.
電気的に接触していることを特徴とする請求項17に記載のプラント。18. Plant according to claim 17, characterized in that the inner layer (17) of the semiconductor layer is in electrical contact with the conductor (14) or part thereof.
れることを特徴とする請求項14ないし18のいずれかに記載のプラント。19. Plant according to claim 14, characterized in that the outer layer (19) of the semiconductor layer is connected to a pre-established potential.
ことを特徴とする請求項19に記載のプラント。20. The plant according to claim 19, wherein the constant potential is a ground potential or a relatively low potential.
圧結線の電圧を適当な発電機の電圧レベルに減圧するために、結線(30)の発
電機側に少なくとも1つの変圧器(38、39)を配備することを特徴とする請
求項1ないし20のいずれかに記載のプラント。21. In order to reduce the voltage of the alternating voltage connection between the generator (1) and the frequency converter (34) to a suitable generator voltage level, at least one on the generator side of the connection (30). 21. Plant according to any of the preceding claims, characterized in that it is equipped with two transformers (38, 39).
特徴とする請求項21に記載のプラント。22. Plant according to claim 21, characterized in that the transformer (22) is common to all existing generators.
を特徴とする請求項21に記載のプラント。23. Plant according to claim 21, characterized in that each generator is equipped with a specific transformer (39).
次側と周波数コンバータ(34)に2次側を接続する次段の変圧器(38)の1
次側に並列に接続した変圧器(39)の2次側を有することを特徴とする請求項
21ないし23に記載のプラント。24. Each existing generator (1) is connected to each generator (1) by one
1 of the next stage transformer (38) connecting the secondary side to the secondary side and the frequency converter (34)
24. Plant according to claims 21 to 23, characterized in that it has a secondary side of a transformer (39) connected in parallel to the secondary side.
圧器(38)を配備することを特徴とする請求項23又は24のいずれかに記載
のプラント。25. The plant according to claim 23, wherein a common transformer (38) is provided for a plurality of generators on the generator side of the connection (30).
ケーブルで構成されることを特徴とする請求項1ないし25に記載のプラント。26. Plant according to claim 1, characterized in that the connection (30) comprises an underwater cable (33) or an overhead wire or an overhead cable.
定する手段を具備し、周波数コンバータ(34)に具備した制御ユニットに測定
手段を接続し、該制御ユニットが一般的な測定値によって周波数調整を制御する
ことを特徴とする請求項1ないし26に記載のプラント。27. Means for measuring active power from a wind power plant and means for measuring the current wind speed, the measurement means being connected to a control unit provided in a frequency converter (34), which control unit is generally 27. The plant according to claim 1, wherein the frequency adjustment is controlled by various measured values.
た結線(30)の周波数を制御するために制御ユニットを配備することを特徴と
する請求項27に記載のプラント。28. Plant according to claim 27, characterized in that a control unit is provided to control the frequency of the connection (30) corresponding to the ideal characteristic via the rotational speed as a function of the wind speed.
び送電能動電力との比較によって、結線の周波数を制御するために制御ユニット
を配備することを特徴とする請求項27又は28に記載のプラント。29. A control unit is provided for controlling the frequency of the connection by comparing the measured and transmitted active power with the ideal characteristic via the rotational speed as a power function. Or the plant according to 28.
維持する周波数コンバータを制御するために制御ユニットを配備することを特徴
とする請求項21ないし29のいずれかに記載のプラント。30. A control unit is provided for controlling a frequency converter which maintains a constant specific voltage / frequency of the connection through the main part of the frequency range. Plant.
及び送電又は配電ネットワークと発電機を接続した電気結線を収容する、少なく
とも1つの風力発電所を具備した風力発電プラントの運転を制御する方法であっ
て、ネットワーク周波数以下に風力発電所とコンバータとの間の結線の周波数を
一定にする周波数コンバータを用いてプラントのネットワーク側に電気結線で周
波数コンバータを接続することと、周波数コンバータを用いて、この結線の低周
波数をネットワークのより高い周波数に変換することを特徴とする方法。31. Controlling the operation of a wind power plant comprising at least one wind farm containing a wind turbine and a generator driven by this wind turbine and an electrical connection connecting the generator with a transmission or distribution network. A method of connecting a frequency converter by electrical connection to the network side of a plant using a frequency converter that keeps the frequency of the connection between the wind farm and the converter below the network frequency, and using the frequency converter And converting the low frequencies of this connection to the higher frequencies of the network.
た風速との比較によって得られた結線の周波数値を調整することを特徴とする請
求項31に記載の方法。32. The method according to claim 31, characterized in that the frequency value of the connection obtained by comparing the ideal characteristic via the rotational speed as a function of wind speed with the measured wind speed is adjusted.
た能動電力との比較に基づいて、周波数コンバータを用いた結線の周波数が調整
されることを特徴とする請求項31又は32に記載の方法。33. The frequency of the connection using the frequency converter is adjusted on the basis of a comparison between the ideal characteristic via the rotational speed as a power function and the measured active power. Or the method described in 32.
するように、周波数コンバータを用いて結線における電圧を調整することを特徴
とする請求項31ないし33のいずれかに記載の方法。34. The voltage at the connection is adjusted using a frequency converter so as to maintain a constant specific voltage / frequency through the main part of the frequency range. The method described.
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