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KR20200065028A - 풍력 발전 설비 구성 요소에 에너지를 공급하기 위한 방법 및 에너지 공급 장치 및 이를 구비하는 풍력 발전 설비 - Google Patents

풍력 발전 설비 구성 요소에 에너지를 공급하기 위한 방법 및 에너지 공급 장치 및 이를 구비하는 풍력 발전 설비 Download PDF

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KR20200065028A
KR20200065028A KR1020207012504A KR20207012504A KR20200065028A KR 20200065028 A KR20200065028 A KR 20200065028A KR 1020207012504 A KR1020207012504 A KR 1020207012504A KR 20207012504 A KR20207012504 A KR 20207012504A KR 20200065028 A KR20200065028 A KR 20200065028A
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energy
voltage
wind power
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supply device
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KR1020207012504A
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카이 부스커
슈테판 헬러
슈테판 게르트예거데스
잉고 마켄젠
유리 빌헬름
Original Assignee
보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 풍력 발전 설비(100)의 적어도 하나의 구성 요소(56-72)에 에너지를 공급하기 위한 방법에 관한 것이다. 풍력 발전 설비(100)의 작동 시, 에너지는 풍력 발전 설비(100)의 발전기(10)에 의해 생성된 에너지로부터 취출되고, 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소(56-72)에 공급된다. 본 발명은 또한, 이러한 방법을 수행하기 위한 에너지 공급 장치(22) 및 에너지 공급 장치(22)를 구비하는 풍력 발전 설비(100)에 관한 것이다.

Description

풍력 발전 설비 구성 요소에 에너지를 공급하기 위한 방법 및 에너지 공급 장치 및 이를 구비하는 풍력 발전 설비
본 발명은 풍력 발전 설비의 에너지 공급 장치에 의한 풍력 발전 설비, 특히 풍력 발전 설비의 구성 요소로의 에너지 공급, 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 설비는 잘 공지되어 있다. 풍력 발전 설비에서 공기 역학적 로터는 발전기의 발전기 회전자를 구동하여, 발전기는 바람으로부터 얻어진 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 이러한 전기 에너지는 발전기로부터 변압기를 통해, 풍력 발전 설비에 연결되는 공급 네트워크로 공급된다. 이를 위해, 풍력 발전 설비는 네트워크 연결 지점을 통해 공급 네트워크와 연결된다.
전기 공급 네트워크는 공지되어 있고, 이러한 전기 공급 네트워크에 의해 에너지 공급 장치와 에너지 소비 장치 사이에 전기 에너지가 분배된다. 이러한 전기 공급 네트워크는 오늘날 사전 결정된 네트워크 주파수, 일반적으로 50 Hz 또는 60 Hz를 갖는 교류 전압으로 작동된다. 공급 장치뿐만 아니라 소비 장치도 또한 이러한 주파수로 설정된다.
따라서, 이러한 공급 네트워크는 풍력 발전 설비 자체에 공급하기에 또한 적합하다. 따라서, 풍력 발전 설비 자체, 특히 그 구성 요소들, 즉 전기 구성 요소들에 공급 네트워크로부터의 전기 에너지를 공급하는 것이 일반적이다. 에너지 공급을 필요로 하는 구성 요소들은, 예를 들어 풍력 발전 설비의 제어 구성 요소들, 냉각 장치, 기계식 액추에이터, 및 제어기 자체이다. 구성 요소들에 대한 예로서, 풍력 발전 설비의 방위각 조절을 위한 구동부, 로터 블레이드 조절을 위한 조절 모터 또는 발전기 및/또는 컨버터를 냉각시키기 위한 다양한 냉각 장치가 언급된다. 다른 구성 요소들은, 작동을 위해 풍력 발전 설비의 기계적인 구성 요소들을 구동하는 전기 제어 및 조절 장치이다.
풍력 발전 설비 자체에 에너지를 공급하는 것으로 알려진 공급 네트워크에서는 여기서 10 % 범위의 전압 변동이 발생한다. 이러한 네트워크 전압 변동은 규정에 의해 제한되므로, 언급된 네트워크 전압 변동은 대응하는 조절 메커니즘에 의해 10 % 미만으로 유지된다. 그러나, 점점 더 복잡해지는 에너지 공급 네트워크로 인해, 조절 메커니즘이 단지 매우 많은 노력에 의해서만 10 % 한계를 유지할 수 있기 때문에, 이러한 네트워크 전압 변동의 한계를 증가시키는 것에 대해 논의된다.
규제의 완화 후에 더 증가할 것으로 예상되는, 현재의 일반적인 네트워크 전압 변동으로 인해, 네트워크 전압 변동 시 풍력 발전 설비의 안전한 작동을 보장하기 위해, 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 설비의 구성 요소들에 대한 요구가 증가되고 있다. 이를 위해, 풍력 발전 설비의 개별 구성 요소들에 대해 각각 평활 회로 및 보상 회로가 제공되어, 구성 요소의 민감한 부품들에 항상 한편으로는 작동을 위해 충분한 전압을 제공하고, 다른 한편으로는 과도한 전압으로 인한 구성 요소들의 손상을 방지한다.
이러한 추가적인 평활 회로 및 보상 회로는 풍력 발전 설비의 제조 시 추가적인 비용 인자를 의미하는데, 특히, 이에 따라 표준으로서 이러한 보상 회로를 포함하지 않는 표준 구성 요소들을 더 이상 사용할 수 없게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술의 전술한 문제점들 중 하나를 해결하는 것이다. 특히, 공급 네트워크의 네트워크 전압보다 비교적 작은 전압 변동을 갖는 에너지를 제공하는 풍력 발전 설비의 에너지 공급을 제공할 수 있는 가능성이 발견되어야 한다. 어떠한 경우에든, 본 발명의 과제는 종래 기술로부터 알려진 것에 대한 대안을 보여주는 것이다.
독일 특허 및 상표청은 본 출원에 대한 우선권 출원에서 다음과 같은 종래 기술, 즉 US 2011/0140534 A1호 및 US 2012/0056425 A1호를 조사하였다.
이를 위해, 본 발명은 에너지 공급 장치를 통해 풍력 발전 설비의 적어도 하나의 구성 요소, 즉 전기 구성 요소에 에너지를 제공하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 에너지는 풍력 발전 설비의 작동 시 풍력 발전 설비의 발전기에 의해 생성된 에너지로부터 에너지 공급 장치에 의해 취출되고, 풍력 발전 설비의 구성 요소에 대한 공급을 위해 제공된다. 따라서, 여기서 설명되는 경우는 풍력 발전 설비의 작동을 나타내며, 이는 예를 들어 풍력 발전 설비가 런업되는 풍력 발전 설비의 스타트(start) 단계와는 구별된다. 따라서, 이러한 작동은 바람으로부터의 운동 에너지가 풍력 발전 설비의 발전기에 의해 전기 에너지로 변환되고 풍력 발전 설비에 연결된 전기 공급 네트워크로 공급되는 풍력 발전 설비의 상태를 나타낸다.
따라서, 본 발명에 따르면, 모든 전기 에너지가 공급 네트워크로 공급되는 것은 아니다. 오히려, 발전기에 의해 생성된 전기 에너지의 일부는 공급 네트워크로 공급되지 않고, 이러한 에너지는 풍력 발전 설비의 구성 요소에 공급된다. 따라서, 구성 요소에 공급하기 위해, 예를 들어 전압에 대해 큰 변동이 발생하는 공급 네트워크로부터의 에너지의 취출은 더 이상 필요로 하지 않는다. 구성 요소들은 여기서 예를 들어 풍력 발전 설비의 제어기, 컨버터의 제어기, 나셀의 제어기, 냉각수 펌프, 피치 구동부, 방위각 구동부, 예를 들어 조명 장치 및 환기 장치와 같은 타워 및 나셀의 전기 장비이다.
따라서 본 발명에 의해, 풍력 발전 설비의 구성 요소에 공급하기 위한 풍력 발전 설비의 전기 에너지는, 풍력 발전 설비의 작동 시 풍력 발전 설비의 발전기에 의해 생성된 전기 에너지로부터 직접 취출된다. 이러한 에너지는 특히 전압과 관련하여, 네트워크 전압보다 더 작은 변동이 발생하므로, 풍력 발전 설비의 개별 구성 요소들의 보상 구성 요소들이 생략될 수 있다.
또한, 본 발명은 방금 언급된 방법이 바람직하게 수행되는 에너지 공급 장치에 관한 것이다. 에너지 공급 장치는 한편으로는 풍력 발전 설비의 발전기에 전기적으로 연결되는 입력부를 포함하고, 다른 한편으로는 풍력 발전 설비의 구성 요소에 연결되는 출력부를 포함한다. 에너지 공급 장치는 발전기에 의해 생성된 에너지를 구성 요소에 공급한다.
제1 실시예에 따르면, 발전기에 의해 생성된 에너지는 정류기에 의해 정류되고, 직류 전압 중간 회로에 임시 저장된다. 풍력 발전 설비의 구성 요소에 공급하기 위한 에너지는 직류 전압 중간 회로에서 에너지 공급 장치를 통해 취출된다. 따라서, 에너지 공급 장치는 직류 전압 중간 회로에 연결될 수 있거나 또는 연결되는 입력부를 포함한다. 발전기에 의해 생성된 에너지를 직류 전압 중간 회로에 공급함으로써, 풍력 발전 설비의 구성 요소에 대해 우선, 실질적으로 변동이 발생하지 않거나 또는 단지 작게만 발생하는 안정적인 직류 전압이 제공된다. 실질적으로 변동이 없는 안정적인 직류 전압은 풍력 발전 설비의 구성 요소에 공급하기 위해 정의된 전압으로 간단히 변환될 수 있으므로, 실질적으로 전압 변동이 더 이상 발생할 수 없게 된다. 따라서, 변동 보상을 위한 추가적인 부품들이 생략될 수 있다.
따라서, 에너지 공급 장치의 다른 실시예에 따르면, 풍력 발전 설비의 구성 요소에 공급하기 위한 에너지가 직류 전압 중간 회로에서 취출될 수 있도록, 전술한 에너지 공급 장치는 직류 전압 중간 회로에 연결된다.
다른 실시예에 따르면, 구성 요소에 에너지를 공급하기 위해 직류 전압 중간 회로에서 취출되는 에너지의 전압은 에너지 공급 장치의 인버터에 공급되고, 인버터에서 교류 전압으로 변환된다. 에너지 공급 장치의 이러한 인버터는, 공급 네트워크에 제공하기 위해 중간 회로의 전압을 교류 전압으로 변환시키는 인버터와는 상이하다. 이에 대응하여, 에너지 공급 장치는 인버터를 포함하여, 직류 전압 중간 회로로부터 취출되는 에너지의 전압을, 구성 요소에 공급하기 위해 사용되는 교류 전압으로 변환한다.
따라서, 발전기에 의해 이전에 제공된 에너지를 공급 네트워크에 적합한 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환하는 인버터 외에, 구성 요소에 적합한 주파수를 갖는 교류 전압을 제공하기 위해 별도의 인버터가 에너지 공급 장치에 제공된다. 이를 통해, 에너지 공급 장치의 인버터를 구성 요소에 적합한 주파수, 예를 들어 특히 변동이 없는 주파수를 제공하는 방식으로 조정하는 것을 가능하게 한다.
여기서, 구성 요소는 교류 전압의 주파수에 대해 네트워크와는 다른 요구를 갖는다는 점도 또한 고려될 수 있다. 예를 들어 네트워크 지원을 위해, 공급 네트워크에 공급되어야 하는, 발전기에 의해 제공되는 에너지가 교류 전압 주파수와 관련하여 특별한 방식으로 적응되는 경우, 이와는 독립적으로, 구성 요소에 적응된 교류 전압 주파수가 에너지 공급 장치의 인버터에 의해 추가로 제공될 수 있다. 따라서, 구성 요소에 대한 에너지 공급은 만일의 경우에 네트워크 요구에 적응된 주파수와는 독립적으로 수행된다.
다른 실시예에 따르면, 에너지 공급 장치의 인버터에 의해 변환된 교류 전압은 필터에 의해 필터링된다. 이러한 필터는 바람직하게는, 인덕터 또는 초크(choke) 및/또는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다. 이에 대응하여, 일 실시예에 따르면, 에너지 공급 장치는 인버터에 의해 변환된 에너지 공급 장치의 교류 전압을 필터링하기 위해 필터, 즉 바람직하게는 인덕터 또는 초크 및/또는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
이러한 필터링은 특히, 예를 들어 인버터의 출력부에서 "재단된(chopped)" 교류 전압을 평활화하기 위해 사용된다. 따라서, 실질적으로 연속적인 정현파 프로파일을 갖는 평활화된 교류 전압이 획득된다. 이를 통해, 불연속 교류 전압에 대한 견고성과 관련한 풍력 발전 설비의 구성 요소에 대한 요구가 감소된다.
다른 실시예에 따르면, 변압기가 에너지 제공 장치에 제공되어, 전압을 직류 전압 중간 회로로부터 취출하고, 교류 전압으로 변환된 에너지를 구성 요소에 적합한 전압으로 변환할 수 있다. 여기서 바람직하게는, 교류 전압은 400 V의 전압으로 변환된다. 따라서, 구성 요소에 대해 적응된 전압 진폭이 제공될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 에너지 공급 장치는 에너지 저장 장치를 포함하고, 이러한 에너지 저장 장치는 에너지 공급 장치의 입력부를 통해 직류 전압 중간 회로에 연결될 수 있다. 에너지 저장 장치는 특히 축전지 또는 소위 "파워 캡(powercap)"이다. 따라서, 풍력 발전 설비의 구성 요소는, 발전기가 에너지를 생성하지 않으면서, 에너지 저장 장치가 직류 전압 중간 회로로부터 충전될 수 있는 경우, 에너지 저장 장치로부터 에너지가 공급될 수 있다.
본 방법의 다른 실시예에 따르면, 직류 전압 중간 회로 또는 경우에 따라서 존재하는 에너지 저장 장치에서 에너지가 이용 가능하지 않은 경우, 적어도 하나의 구성 요소는 풍력 발전 설비에 연결된 공급 네트워크로부터 에너지를 취출한다. 이를 위해 바람직하게는, 에너지 공급 장치의 변압기는, 구성 요소에 또한 에너지를 공급하는, 예를 들어 2차 측에서, 동시에 풍력 발전 설비의 네트워크 공급 변압기와 에너지 공급 장치의 다른 입력부를 통해 연결된다. 예를 들어 풍력 발전 설비가 비상 작동 상태에 있을 때, 에너지 공급 장치의 에너지 저장 장치로부터 에너지가 소비되면, 공급 네트워크로부터 에너지를 취출함으로써 풍력 발전 설비의 새로운 스타트가 수행될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 에너지 공급 장치는 정류기를 포함하여, 공급 네트워크로부터 에너지 공급 장치에 공급되는 에너지를 다른 출력부에서 발전기의 여자 스위치에 그리고/또는 특히 충전을 위한 에너지 저장 장치에 제공할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 구성 요소의 기본 전기 장치, 예를 들어 조명 장치, 콘센트 등에 대한 외부 전력 공급으로 변환하기 위한 전환 스위치가 제공된다. 이를 위해, 에너지 공급 장치는 예를 들어 외부 전류 조립체인 외부 공급기에 연결하기 위해 추가의 입력부를 포함한다. 따라서, 모든 다른 설비 구성 요소들이 네트워크로부터 분리될 수 있는 동안, 기본 장비가 작동될 수 있다. 이에 대한 예시는, 풍력 발전 설비의 구축, 공급 네트워크의 장애, 또는 변압기 또는 에너지 공급 장치의 수리 또는 유지 보수 작업 동안 공급 네트워크가 이용 가능하지 않은 경우이다.
추가의 실시예는 도면에서 보다 상세하게 설명된 예시적인 실시예에 기초하여 명백해질 것이다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한다.
도 2는 풍력 발전 설비의 에너지 공급 체계를 도시한다.
도 3은 풍력 발전 설비의 작동 시 풍력 발전 설비의 적어도 하나의 구성 요소에 에너지를 공급하기 위한 방법의 순서를 도시한다.
도 4는 에너지 공급 장치의 에너지 저장 장치 없이 풍력 발전 설비를 스타트하기 위한 단계들을 도시한다.
도 5는 에너지 저장 장치를 구비한 풍력 발전 설비를 스타트하기 위한 단계들을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전 설비(100)의 개략도를 도시한다. 풍력 발전 설비(100)는 타워(102) 및 타워(102) 상의 나셀(104)을 포함한다. 나셀(104) 상에는 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 공기 역학적 로터(106)가 제공된다. 공기 역학적 로터(106)는 풍력 발전 설비의 작동 시 바람에 의해 회전 운동하고, 이에 따라 공기 역학적 로터(106)에 직접 또는 간접적으로 결합된 발전기의 전기 역학적 로터 또는 회전자를 또한 회전시킨다. 전기 발전기는 나셀(104) 내에 배치되고, 전기 에너지를 생성한다. 로터 블레이드(108)의 피치 각도는 각각의 로터 블레이드(108)의 로터 블레이드 루트 상에서의 피치 모터에 의해 변경될 수 있다.
도 2는 풍력 발전 설비(100)에서의 에너지 공급 체계를 도시한다. 풍력 발전 설비(100)는 전기 에너지를 생성하는 발전기(10)를 포함한다. 전기 에너지는 정류기(12)를 통해 정류되고, 직류 전압 중간 회로(14)로 도입된다. 보다 나은 표현을 위해, 여기서는 단지 하나의 정류기(12)만이 도시되어 있으며, 여기서 다른 예시적인 실시예에 따르면, 이러한 정류기는 복수의 모듈, 즉 복수의 정류기(12)로 이루어지거나 또는 이들을 포함한다. 직류 전압 중간 회로(14)로부터, 정류된 전압을 갖는 에너지가 인버터(16)에 공급되고, 이러한 인버터는 정류된 전압을 네트워크 요구에 적합한 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환한다. 그런 다음, 교류 전압을 갖는 에너지는 폐쇄된 스위치(17)를 통해 그리고 네트워크 변압기(18)를 통해 풍력 발전 설비(100)에 연결된 공급 네트워크(20)에 적합한 전압으로 변환되고, 공급 네트워크(20)로 공급된다.
또한, 입력부(25)에서 스위치(24)를 통해 직류 전압 중간 회로(14)에 연결될 수 있는 에너지 공급 장치(22)가 도시되어 있다.
따라서, 발전기(10)에 의해 생성된 에너지는 정류기(12)에 의해 정류된 후에 입력부(25)를 통해 에너지 공급 장치(22)에 공급된다. 스위치(24)가 폐쇄된 경우, 직류 전압 중간 회로(14)에는 에너지가 저장되는 에너지 저장 장치(26)가 연결된다. 이러한 에너지 저장 장치(26) 외에도, 직류 전압 중간 회로(14)는 또한 에너지를 저장하기 위해 도시되지 않은 복수의 커패시터를 포함하므로, 에너지 저장 장치(26)는 선택적인 부품을 나타낸다.
기본적으로 직류 전압 중간 회로(14)에 포함되는 커패시터 외에 추가적으로, 여기에 도시된 에너지 저장 장치(26)를 갖는 유리한 예시적인 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치가 없는 것보다 실질적으로 더 큰 에너지 저장이 가능하다. 비상 시 또는 스타트 작동 동안, 발전기(10) 자체에 의해 에너지가 생성되지 않을 때, 에너지 저장 장치(26)는 직류 전압 중간 회로(14)와는 독립적으로 에너지 공급 장치(22)에 에너지를 제공하는 역할을 한다.
에너지 공급 장치(22)에는 또한 인버터(28)가 제공되며, 이러한 인버터는 발전기(10)에 의해 생성되어 직류 전압 중간 회로(14)로부터 나오는 에너지의 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다. 네트워크로 공급하기에 적합한 전압의 주파수를 생성하는 인버터(16)와는 달리, 인버터(28)는 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소에 공급하기에 적합한 주파수를 갖는 전압을 생성하도록 구성된다. 인버터(28)의 출력부에는, 필터(30), 즉 초크 및/또는 하나 이상의 커패시터가 배치되어, 인버터(28)에 의해 생성된 교류 전압을 평활화시킨다.
또한, 스위치(32)가 제공되며, 이 스위치를 통해 폐쇄된 상태에서 평활화된 교류 전압이 변압기(34)의 1차 측에 공급된다. 변압기(34)는, 전압을, 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소에 공급하기에 적합한 전압으로 변환한다. 이것은 변압기(34)의 2차 측의 출력부(36)에서 출력된다. 바람직하게는, 변압기(34)는 예를 들어 1차 측에서 550 V 또는 500 V 교류 전압이 공급되고, 출력부(36)에서는 구성 요소에 공급하기 위해 400 V가 출력된다. 따라서, 풍력 발전 설비(100)의 작동 시 스위치(24 및 32)는 폐쇄된다.
에너지 공급 장치(22)의 변압기(34)의 2차 측은 스위치(37 및 43)를 통해 네트워크 측 변압기(18)에 연결될 수 있다. 에너지 저장 장치(26)가 제공되지 않거나 또는 에너지 저장 장치(26)가 방전되고, 풍력 발전 설비(100)가 셧다운되는 경우, 즉 에너지를 생성하지 않는 경우, 이러한 스위치(37 및 43)는 폐쇄될 수 있다. 따라서, 전압은 공급 네트워크(20)로부터 취출되고, 변압기(34)의 2차 측을 통해 구성 요소에 공급하기 위한 공급 전압으로 변환될 수 있다. 그런 다음, 이들은 출력부(36)에서 출력된다.
에너지 저장 장치(26)가 제공되지 않거나 또는 에너지 저장 장치(26)가 방전되고, 풍력 발전 설비(100)가 셧다운되는 경우, 공급 네트워크(20)로부터의 에너지는 마찬가지로 폐쇄된 스위치(37) 및 추가의 폐쇄된 스위치(42)를 통해 에너지 공급 장치(22)의 정류기(38)에 공급될 수 있다. 이 경우, 이것은 여자 스위치(39)를 위한 추가의 출력부(41)에 제공되어, 여자 스위치(39)의 벅 컨버터(buck converter)(40)를 통한 발전기(10)의 여자(excitation)가 풍력 발전 설비(100)의 스타트를 가능하게 한다.
따라서, 공급 네트워크(20)에 의해 제공되는 에너지는 정류기(38)에 공급될 수 있고, 이러한 정류기는 네트워크로부터의 에너지를 정류하고, 벅 컨버터(40)를 통해 발전기(10)의 타여자를 생성한다. 이를 위해, 공급 네트워크(20)는 스위치(42)를 통해 정류기(38)와 연결된다. 풍력 발전 설비(100)의 정상 작동 시, 즉 발전기(10)에 의해 충분한 에너지가 직류 전압 중간 회로(14)에 공급되고, 거기서 제공되면, 벅 컨버터(40)는 직류 전압 중간 회로(14)로부터 직접 공급을 받고, 여기서 스위치(42)는 개방된다. 여기서, 스타트 시 일시적으로 변동하는 네트워크 전압을 사용하는 것이 감수되는데, 그렇지 않으면 스타트가 가능하지 않기 때문이다.
도시된 에너지 저장 장치(26)가 존재하고, 충전되고, 풍력 발전 설비(100)가 셧다운되면, 스타트를 위해 스위치(42 및 43)가 개방되고, 스위치(24 및 32)는 폐쇄된다. 따라서, 벅 컨버터(40)는 에너지 저장 장치(26)로부터 전력이 공급될 수 있고, 이에 따라 여자는 발전기(10)에서 생성될 수 있으므로, 타여자된 발전기(10)는 에너지를 생성하기 시작하고, 그런 다음 직류 전압 중간 회로(14)에 공급된다. 직류 전압 중간 회로(14)에서 충분한 에너지가 이용 가능하게 되면, 에너지 저장 장치(26)가 다시 충전된다.
또한, 변압기(34)의 출력부(36)는 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소에 에너지를 분배하기 위한 주 분배기(44)에 연결된다. 이 경우, 변압기(34)의 출력부(36)에서 출력되는 에너지는 스위치(46 내지 54)를 통해 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소에 공급될 수 있다. 제1 구성 요소는 예를 들어 컨버터를 냉각시키기 위한 냉각제를 펌핑하기 위한 냉각제 펌프(56)이다. 다른 구성 요소는 피치 구동부(58) 및 방위각 구동부(60)이다. 또한, 다른 구성 요소는 냉각제 펌프(56)에 의해 운반되는 냉각 액체를 냉각시키기 위한 재냉각 유닛(62)이다. 또한, 구성 요소는 소위 E-모듈(64)이고, 이는 예를 들어 네트워크에 맞는 교류를 생성하기 위해, 인버터(16)를 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 또한, 구성 요소는 타워(66)의 전기 장비 및 나셀(104)의 전기 장비를 포함한다. 타워(66)의 전기적 장치 및 나셀(104)의 전기적 장치는 예를 들어 타워(102) 또는 나셀(104)에서의 조명 시스템 및 환기 시스템을 포함한다.
변압기(34)의 출력부(36)에 연결되는 다른 구성 요소는 예를 들어 E-모듈(70)의 제어기 및 나셀(72)의 제어기이다. 이러한 구성 요소(70 및 72)는 특정 전압을 필요로 하기 때문에, 추가의 변압기(74 및 76)가 각각 구성 요소(70 및 72)의 상류에 직렬 연결된다.
도 3은 정상 작동 시, 즉 발전기(10)가 에너지를 생성하고 정류기(12)를 통해 직류 전압 중간 회로(14)에 공급할 때, 풍력 발전 설비(100)의 에너지 공급을 도시한다. 여기서, 단계(80)에서 에너지는 직류 전압 중간 회로(14)로부터 취출되고, 단계(82)에서 에너지의 직류 전압은 교류 전압으로 변환된다. 단계(84)에서, 교류 전압은 필터(30), 특히 초크 및/또는 적어도 하나의 커패시터에 의해 평활화되고, 단계(86)에서는 평활화된 교류 전압이 변압기(34)에 의해 구성 요소에 맞는 전압으로 변환된다. 단계(88)에서, 전압은 공급을 위해 구성 요소(56-72)에 공급된다.
도 4는 에너지 저장 장치(26) 없이 풍력 발전 설비(100)를 스타트하기 위한 단계들을 도시한다. 이 경우, 바람직하게는 스위치(37 및 42 및 43)가 폐쇄되고 스위치(32)는 개방되는 단계(90)에서, 변압기(18)를 통해 공급 네트워크(20)로부터 에너지가 취출되고, 단계(91)에서 변압기(34)에 공급된다. 단계(92)에서 변압기(34)는 네트워크(20)로부터 취출되는 전압을 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소(56-72)에 공급하기 위한 전압으로 변환한다. 또한, 단계(92)에서, 발전기(10)의 타여자를 생성하기 위해 정류기(38) 및 벅 컨버터(40)에는 공급 네트워크(20)로부터의 에너지가 제공된다. 발전기(10)의 회전을 통해, 단계(94)에서 에너지를 생성하고, 이러한 에너지를 정류기(12)를 통해 직류 전압 중간 회로(14)에 공급한다. 직류 전압 중간 회로(14)의 전압이 특정 레벨에 도달한 후, 바람직하게는 스위치(37 및 42 및 43)는 단계(96)에서 개방되고, 스위치(17 및 32)는 폐쇄된다. 에너지는 이제 직류 전압 중간 회로(14)로부터 공급 네트워크(20)로 공급되고, 구성 요소(56-72) 및 벅 컨버터(40)는 직류 전압 중간 회로(14)로부터 발전기(10)에 대한 여자를 생성하기 위해 공급된다. 이것은 단계(98)에서 수행된다.
대안에 따르면, 단계(90)에서 스위치(17, 32 및 42)는 폐쇄되고, 스위치(43)는 개방된다. 에너지는 공급 네트워크(20)로부터 취출되고, 단계(91)에서 정류기(38)를 통해 변압기(34) 및 여자 스위치(39)에 공급된다. 변압기(34)는 단계(92)에서 네트워크(20)로부터 취출되는 전압을 풍력 발전 설비(100)의 구성 요소(56-72)에 공급하기 위한 전압으로 변환한다.
이러한 방법에 의해, 직류 전압 중간 회로가 충전될 필요 없이, 유지 보수 또는 수리의 경우에도 또한 설비 구성 요소에 대한 공급을 제공하는 것이 또한 가능하다. 단지 일부 특정 설비 구성 요소에만 전압을 공급하고, 다른 구성 요소는 전압으로부터 안전하게 분리되는 가능성도 또한 존재한다.
도 5는 에너지 저장 장치(26)가 존재하는 경우, 풍력 발전 설비(100)를 스타트하기 위한 다른 방법을 도시한다. 이러한 경우, 에너지 저장 장치(26)에 의해 변압기(34)의 출력부(36)에서 인버터(28), 필터(30) 및 변압기(34)를 통해 전압이 제공되며, 이러한 전압은 구성 요소(56-72)에 이용 가능하게 제공된다. 또한, 여자 스위치(39)에는 에너지 저장 장치(26)로부터 에너지가 제공된다. 이것은 단계(100)에서 수행된다. 그런 다음, 단계(102)에서, 발전기(10)는 에너지를 생성하여 이를 직류 전압 중간 회로(14)에 공급한다. 그런 다음, 단계(104)에서, 직류 전압 중간 회로(14)는 도 3에 설명된 방식으로 여자 스위치(39) 및 구성 요소(56-72)에 전력을 공급하도록 사용된다. 이러한 단계에서, 에너지 저장 장치(26)는 또한 충전된다.

Claims (16)

  1. 에너지 공급 장치(22)를 통해 풍력 발전 설비(100)의 적어도 하나의 구성 요소(56-72)에 에너지를 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 에너지는, 상기 풍력 발전 설비(100)의 작동 시 상기 풍력 발전 설비(100)의 발전기(10)에 의해 생성된 에너지로부터 상기 에너지 공급 장치(22)에 의해 취출되고, 상기 풍력 발전 설비(100)의 상기 구성 요소(56-72)에 대한 공급을 위해 제공되는 것인, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전기(10)에 의해 생성된 상기 에너지의 전압은 정류기(12)에 의해 정류되고, 직류 전압 중간 회로(14)에 임시 저장되고, 상기 구성 요소(56-72)에 공급하기 위한 상기 에너지는 상기 직류 전압 중간 회로(14)에서 상기 에너지 공급 장치(22)를 통해 취출되는 것인, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구성 요소(56-72)에 공급하기 위해 상기 직류 전압 중간 회로(14)에서 취출되는 상기 에너지의 상기 전압은 상기 에너지 공급 장치(22)의 인버터(28)에 의해 교류 전압으로 변환되고, 상기 에너지 공급 장치(22)의 상기 인버터(28)는, 공급 네트워크(20)를 위해 상기 직류 전압 중간 회로(14)에 제공된, 상기 에너지의 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(16)와는 상이한 것인, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)의 상기 인버터(28)에 의해 변환된 상기 교류 전압은, 상기 에너지 공급 장치(22)의 필터(30), 특히 인덕터 또는 초크(choke) 및/또는 적어도 하나의 커패시터에 의해 필터링되고, 특히 평활화되는 것인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)의 변압기(34)에 의해, 상기 직류 전압 중간 회로(14)로부터 취출된 상기 에너지의 전압은 상기 구성 요소(56-72)에 적합한 전압, 특히 400 V로 변환되는 것인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 특히 축전지인 에너지 저장 장치(26)를 포함하고, 특히 상기 발전기(10)가 에너지를 생성하지 않는 경우에, 상기 풍력 발전 설비(100)의 상기 적어도 하나의 구성 요소(56-72) 및/또는 상기 풍력 발전 설비(100)의 여자 스위치(39)에는 상기 에너지 저장 장치(26)로부터 에너지가 공급될 수 있는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    직류 전압 중간 회로(14) 및/또는 에너지 저장 장치(26)에서 에너지가 이용 가능하지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 구성 요소(56-72) 및/또는 여자 스위치(39)에는, 상기 풍력 발전 설비(100)에 연결된 공급 네트워크(20)로부터 에너지가 취출되는 것인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는, 에너지 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 직류 전압 중간 회로(14)에 연결될 수 있는 입력부(25)를 포함하고, 출력부(36)에서 상기 구성 요소(56-72)에 공급하기 위한 에너지를 이용 가능하게 하고 그리고/또는 다른 출력부(41)에서는 상기 풍력 발전 설비(100)의 여자 스위치(39)에 공급하기 위한 에너지를 이용 가능하게 하는 것인, 에너지 공급 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 인버터(28)를 포함하여, 상기 입력부(25)에 공급된 상기 에너지의 전압을 상기 구성 요소(56-72)에 적합한 교류 전압으로 생성할 수 있는 것인, 에너지 공급 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 인버터(28)에 의해 생성된 상기 교류 전압을 평활화하기 위해, 필터(30), 특히 인덕터 또는 초크 및/또는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것인, 에너지 공급 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 변압기(34)를 포함하여, 상기 인버터(28)에 의해 생성된 상기 교류 전압을, 상기 구성 요소(56-72)에 공급하기에 적합한 교류 전압으로 변환할 수 있는 것인, 에너지 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변압기(34)는, 특히 1차 측에서, 상기 직류 전압 중간 회로(14)로부터 상기 에너지를 인출하고, 특히 2차 측에서, 상기 출력부(36)에서는 상기 구성 요소(56-72)에 대해 상기 에너지를 제공하고, 상기 변압기(34)는, 특히 2차 측에서, 추가적으로 공급 네트워크(20)에 연결될 수 있어, 상기 공급 네트워크(20)로부터의 에너지를 상기 구성 요소(56-72) 또는 상기 여자 스위치(39)에 공급하기 위해 제공할 수 있는 것인, 에너지 공급 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 바람직하게는 직류 전압 중간 회로(14)에 연결될 수 있는 에너지 저장 장치(26)를 포함하는 것인, 에너지 공급 장치.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 공급 장치(22)는 정류기(38)를 포함하여, 상기 공급 네트워크(20)로부터 상기 에너지 공급 장치(22)에 공급된 에너지를, 상기 다른 출력부(41)에서 상기 여자 스위치(39)에 제공하거나 그리고/또는 상기 에너지 저장 장치(26)에 제공하거나 그리고/또는 상기 구성 요소(56-72)에 제공할 수 있는 것인, 에너지 공급 장치.
  16. 특히 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해, 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 에너지 공급 장치(22)를 구비하는 풍력 발전 설비.
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