Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Transformators mit einem eine Netzspannung aufweisenden elektrischen Netz. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Kopplungsanordnung zum elektrischen Verbinden des Transformators mit einem elektrischen Netz. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Wind- energieanlage und sie betriff einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen.

Transformatoren werden in elektrischen Versorgungsnetzen zum Verbinden verschiedener Spannungsebenen verwendet. Dabei werden Transformatoren u.a. auch in Windparks dazu verwendet, Windenergieanlagen mit dem Windparknetz zu verbinden oder den gesamten Windpark an das öffentliche Versorgungsnetz anzuschließen. Beim elektrischen Verbinden des Transformators an ein spannungsführendes Netz können dabei ungewollte und hohe Einschaltströme auftreten. Diese auch allgemein als Inrush-Ströme bezeichneten Einschaltströme des Transformators können dabei eine starke und ungewollte Belastung für das elektrische Versorgungsnetz darstellen. Solche Einschaltströme entstehen beim Zuschalten des Transformators durch Magnetisierungs- Vorgänge bzw. magnetische Sättigungsvorgänge des Eisenkernes.

Aufgrund der steigenden Anzahl der dezentralen Energieerzeuger im elektrischen Versorgungsnetz steigt die Anzahl der Transformatoren, die an das elektrische Versorgungsnetz gekoppelt werden und einen Inrush-Strom erzeugen können.

Somit steigt auch der Einfluss von Inrush-Strömen auf elektrische Versorgungsnetze mehr und mehr, da die dezentralen Energieerzeuger vermehrt die großen zentralen Energieerzeuger ersetzen. Besonders stark ist der Inrush-Effekt beim Einschalten von unbelasteten Transformatoren ausgeprägt. Werden diese Transformatoren an das Netz unter Spannung angekoppelt, entstehen besonders stark ausgeprägte Einschaltströme (engl.: Inrush-Current) die von der Baugröße des Transformators abhängig sind. Bei Transformatoren in einem Leis- tungsbereich von etwa 1-4MVA können diese Einschaltströme etwa bei 7 bis 9-fachen des Nennstroms des WEA-Transformators liegen.

Bestimmend für den Inrush-Strom sind dabei im Wesentlichen die zwei wichtigsten Faktoren Remanenz und Einschaltzeitpunkt, zu dem der elektrische Transformator an das Netz gekoppelt wird. Als Remanenz wird dabei auch der Restmagnetismus verstanden, der in einem Transformator vorhanden ist. Je nachdem, zu welchem Zeitpunkt der Transformator ausgeschaltet wurde, bleibt ein unterschiedlicher Restmagnetismus im Kern des Transformators zurück, der zumeist auch unbekannt ist.

Wird ein Transformator dann zu einem willkürlichen Zeitpunkt mit dem Versorgungsnetz verbunden, kann der Fall eintreten, dass der Transformator in Bezug auf die Remanenz, die sich durch den Ausschaltzeitpunkt ergibt, zu einer ungünstigen Phasenlage der Netzspannung eingeschaltet wird.

Befindet sich der Transformator dabei nämlich in einem unbekannten magnetischen Zustand, kann es vorkommen, dass der Transformator durch die ungünstige Phasenlage der Netzspannung in starke Sättigung getrieben wird und dabei einen sehr hohen Magnetisierungsstrom führt. Dieser hohe Strom entsteht insbesondere beim Einschalten und wird hier als Einschaltstrom oder Inrush-Strom bezeichnet.

Dieser ungünstige Fall ist besonders relevant, wenn Windenergieanlagen mit sehr großer Leistung oder ganze Windparks an einen Netzanschlusspunkt mit geringer Kurzschluss- leistung angeschlossen werden. In diesen Gebieten kann eine Zuschaltung eines großen Transformators bzw. Verteiltransformator einen signifikanten negativen Einfluss auf die Spannungsqualität des örtlichen Versorgungsnetzes haben.

Um das Problem zu lösen, sind Verfahren bekannt, die einen betreffenden Transformator ständig überwachen und zwar so, dass sie genau erkennen, wie und zu was für einer Phasenlage der Netzspannung der Transformator vom elektrischen Versorgungsnetz getrennt wird. Daraus wird dann abgeleitet, wie die Remanenz in dem Transformator ist. Mit dieser bekannten Remanenz kann dann ein Wiedereinschalten des Transformators so durchgeführt werden, dass das Wiedereinschalten gut zur Remanenz passt, um dadurch Inrush-Ströme möglichst gering zu halten.

Das hat aber besonders den Nachteil, dass eine solche Überwachung aufwändig ist und das Wiedereinschalten dann nach jedem Ausschalten individuell auf die erfasste Remanenz angepasst werden muss.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 43 09 484 C1 , DE 10 2007 057 236 A1 , DE 976 192 B, den Artikel von Michael Konstanzer "Transformatoren ohne Stromstoß einschalten - Sanfter Start", Zeitschrift Design & Elektronik, 01/2002, Seiten 68-69 und den Artikel von Michael Konstanzer "Auf die sanfte Art - Das Einschalten von induktiven Lasten, Zeitschrift Elektronik, 19/1994, Seiten 86-92. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die zumindest eine Reduzierung des Inrush-Stroms bewirkt, wenn ein Transformator an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen wird. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dies ist zum elektrischen Verbinden eines Transformators mit einem elektrischen Netz vorgesehen, insbesondere einem elektrischen Versorgungsnetz. Dabei weist das elektrische Netz eine dreiphasige Wechselspannung auf, die typischerweise in Windparks bei 20kV oder in einem Mittelspannungsnetz bei etwa 1 -50kV liegt. Um den Transformator mit dem elektri- sehen Netz zu verbinden, wird eine Leistungsschalteinrichtung verwendet, die den Transformator bzw. eine Seite des Transformators mit dem elektrischen Netz verbindet. Dabei wird als Leistungsschalteinrichtung ein geeigneter Schalter verwendet, der in den zuvor genannten Spannungsbereichen verwendet werden kann, wie bspw. ein Leistungsschalter. Ein Leistungsschalter kann dabei im Gegensatz zu einem Lastschalter hohe Be- triebsströme und Überlastströme schalten und ist daher geeignet den Transformator an das elektrische Netz anzuschließen. Von Vorteil ist auch die besonders schnelle Reakti- onszeit dieser Schaltergruppe, die ein sofortiges, oder leicht verzögertes, Ein- und Ausschalten ermöglichen. Andere geeignete Schalter wie Lastschalter können dabei aber ebenso verwendet werden, wenn das Schaltvermögen und die Reaktionszeit des jeweiligen Schalters den Einsatz am Einsatzort zulässt. Zudem weißt der Transformator eine Primärseite und eine netzseitige Sekundärseite auf. Bspw. könnte ein solcher Transformator mit der Primärseite an ein Windparknetz und netzseitig auf der Sekundärseite über die Leistungsschalteinrichtung mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sein. Demnach verbindet der Transformator ganz generell zwei Netzabschnitte. In dem beschriebenen Fall also ein Windparknetz mit dem elektri- sehen Versorgungsnetz (Öffentliches Netz), wobei die beiden Netzabschnitte eine unterschiedliche Spannungsebene aufweisen. Der Transformator kann primärseitig aber auch direkt, also nicht über ein Parknetz, mit einer Windenergieanlage verbunden sein.

Dabei erfolgt das elektrische Verbinden des Transformators mit dem eine Netzspannung aufweisenden elektrischen Netzes über die Leistungsschalteinrichtung wie folgt: In einem ersten Schritt wird der Transformator vormagnetisiert und kann damit in einen vorbestimmten, magnetischen bzw. magnetisierten Zustand gebracht werden. Die Begriffe magnetischer Zustand und magnetisierter Zustand werden hier als synonyme verstanden und bezeichnen den Zustand, der durch das Vormagnetisieren erreicht wird. Das Vormagnetisieren kann auch als Aufmagnetisieren bezeichnet werden. Bevor der Transformator somit an das elektrische Netz gekoppelt wird, wird vorgeschlagen, den Transformator in einen vorbestimmten magnetischen Zustand zu überführen. Somit wird der Transformator, egal welchen magnetischen Zustand bzw. welche Restmagnetisierung (Remanenz) der Transformator zuvor aufgewiesen hat, in einen magnetischen Zustand gebracht, der dadurch hinreichend bekannt ist. In einem zweiten Schritt wird ein Phasenwinkelverlauf der Netzspannung erfasst. Dem liegt eine Betrachtung der Netzspannung als etwa sinusförmiges Spannungssignal zu Grunde, das einen sich ständig ändernden Phasenwinkel aufweist. Dieser Phasenwinkel wird erfasst, so dass die absolute, zeitliche Lage des sinusförmigen Verlaufs der Netzspannung bekannt ist, Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird der Phasenwin- kelverlauf an nur einer von drei Phasen des elektrischen Netzes erfasst. Durch diese Erfassung ist der entsprechende Phasenwinkelverlauf und damit der aktuelle, momentane Phasenwinkel bekannt und kann zum Koordinieren des elektrischen Verbindens des Transformators mit dem Netz verwendet werden. Das Erfassen des Phasenwinkelverlaufs kann auch so erfolgen, dass eine genaue Zeit jeweils eines Nulldurchgangs des Spannungssignals erfasst wird und damit bei bekannter oder erfasster Frequenz des Spannungssignals der Phasenwinkelverlauf insgesamt bekannt ist, zumindest für die folgende Periode.

In einem dritten Schritt wird der Transformator mit dem elektrischen Netz verbunden. Das Verbinden, nämlich durch Schließen der Leistungsschalteinrichtung, erfolgt somit unter Spannung. Die elektrische Verbindung wird dabei durch die Leistungsschalteinrichtung hergestellt, die automatisiert betätigt werden kann bzw. ansteuerbar ist. Die Leistungsschalteinrichtung schließt also entsprechende Schalter.

Dabei erfolgt das Schließen durch die Leistungsschalteinrichtung in Abhängigkeit des vorbestimmten magnetisierten Zustands des Transformators, also der Remanenz des Transformators sowie in Abhängigkeit des zuvor erfassten Phasenwinkelverlaufs der Netzspannung, insbesondere nämlich zu einem ausgewählten Phasenwinkel des Phasenwinkelverlaufs.

Somit schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, den Transformator in einen vorbestimmten und damit bekannten magnetischen Zustand bzw. magnetisierten Zustand über eine Vormagnetisierung zu bringen, und den Phasenwinkelverlauf der Netzspannung zu messen. Daraufhin wird anhand dieser beiden Kriterien der möglichst günstigste Einschaltzeitpunkt zum elektrischen Verbinden des Transformators ermittelt, um einen möglichst geringen Inrush-Strom zu erzeugen. Der Transformator wird also bei einer geeigneten Lage des Phasenwinkels der Netzspannung mit dem Netz elektrisch verbun- den. Besonders vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass die Remanenz des Transformators nicht messtechnisch bestimmt werden muss, sondern lediglich der Transformator vormagnetisiert zu werden braucht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, dass der Einschaltstrom des Transformators beim Verbinden des Transformators mit einem elektrischen Netz redu- ziert werden kann, jedenfalls im Vergleich zu einem unkoordinierten Einschalten. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Schließen zu einem ausgewählten Einschaltwinkel erfolgt und der Einschaltwinkel in Abhängigkeit des vorbestimmten magneti- sierten Zustands des Transformators ausgewählt wird. Der Einschaltwinkel ist insoweit ein Winkel des Phasenwinkelverlaufs. Der Einschaltwinkel beim Einschalten bzw. Schließen der Leistungsschalteinrichtung wird somit auf den Magnetisierungszustand des Transformators abgestimmt. Dazu wird der vorbestimmte Magnetisierungszustand des Transformators zu Grunde gelegt. Davon abhängig ergibt sich ein optimaler oder zumindest vorteilhafter Einschaltwinkel für das Einschalten, nämlich so, wie er ausgewählt wurde. Es wird somit ein vorteilhafter Ein- schaltwinkel fürs Einschalten bestimmt, zu dem sich im Verbindungsmoment des Transformators der Inrush-Strom möglichst wenig ausbildet. Davon abhängig wird schließlich das Einschalten gesteuert. Die Leistungsschalteinrichtung wird also so angesteuert bzw. initiiert, dass das Schließen dann zu dem vorteilhaften Einschaltwinkel erfolgt. Das Netz bzw. seine Netzspannung wird somit genau zu diesem Einschaltwinkel an der Sekundär- seite des Transformators aufgeschaltet.

Das Schließen kann bspw. durch eine unmittelbare Überwachung des Phasenwinkelverlaufs der Netzspannung erfolgen, so dass jeweils beim Vorliegen eines bestimmten Phasenwinkels, also beim Vorliegen des Einschaltwinkels oder kurz vorher, das Schalten ausgelöst wird. Das Schließen kann zusätzlich oder alternativ gemäß einer Ausführungsform, auch dadurch realisiert werden, dass das Schließen zu einem ausgewählten Einschaltzeitpunkt erfolgt. Dabei wird der Einschaltzeitpunkt bestimmt, zu dem nämlich der vorteilhafte Einschaltwinkel vorliegt. Dann wird zu diesem Einschaltzeitpunkt der Transformator mit dem elektrischen Netz verbunden. Somit wird der Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit des vorbestimmten magnetisierten Zustands des Transformators und in Abhängigkeit des erfassten Phasenwinkelverlaufs ausgewählt, insbesondere so, dass der Einschaltzeitpunkt aus dem Einschaltwinkel bestimmt wird. Dabei wird zum Einschaltzeitpunkt eine elektrische Verbindung durch Schließen der Leistungsschalteinheit zwischen dem Transformator und dem elektrischen Netz hergestellt. Das Netz bzw. seine Netzspannung wird somit zu diesem Einschaltzeitpunkt an der Sekundärseite des Transformators aufgeschaltet. Natürlich ergibt sich bei einer Netzfrequenz von 50Hz fünfzigmal in der Sekunde ein geeigneter Einschaltzeitpunkt für das Einschalten zum Einschaltwinkel. Entsprechend kurzzeitig kann das Einschalten zum Einschaltzeitpunkt umgesetzt werden.

Es wurde somit erkannt, dass die wesentlichen Faktoren, die einen Inrush-Strom hervorrufen, die Remanenz des Transformators sowie die Phasenlage der Netzspannung beim Verbinden sind. Der Inrush-Strom hängt dabei von einer Kombination beider Faktoren ab. Hier wird vorgeschlagen, den einen Faktor, nämlich die Remanenz, vorzugeben, und dann den anderen Faktor, nämlich den Einschaltwinkel bzw. den Einschaltzeitpunkt beim Einschalten, daran anzupassen. Somit ist es möglich, den Transformator zu einem Zeitpunkt einzuschalten, an dem die Netzspannung eine Phasenlage also eine Lage des Phasenwinkels aufweist, bei der der Inrush-Strom gering ausgebildet ist.

Vorzugsweise wird das Vormagnetisieren des Transformators mit einem Magnetisierungsstrom durchgeführt, der von einer Gleichstromquelle wie einem einfachen Schaltnetzteil, einem geladenen Kondensator, oder einer Batterie bereitgestellt werden kann. Die Magnetisierung kann also durch einen Gleichstrom durchgeführt werden. Es bedarf dabei keines großen Stromes. Eine Gleichstromquelle die einen Magnetisierungsstrom von etwa 20A bei einer Spannung von 5V erzeugt, kann bereits geeignet sein. Vorzugsweise wird die Gleichstromquelle an die Spannungsebene angepasst. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, für die Gleichspannungsquelle eine Spannung von etwa 1 % der Nennspannung zu wählen. Bspw. können bei 400V Nennspannung 5V und 20A für die Gleichstromquelle ausreichen. Die Gleichstromquelle kann somit als relativ einfaches und kostengünstiges Bauteil ausgeführt werden. Ein einfaches Netzteil, kann somit als Gleichstromquelle dienen.

In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass ein dreiphasiger Transformator verwendet wird. Dabei weist der dreiphasige Transformator einen ersten, zweiten und dritten Phaseneingang zum Anlegen jeweils einer Spannung gegen einen Bezugspunkt, insbesondere gegen Erde, auf. An diese drei Phaseneingänge kann dabei eine Spannung angelegt werden, insbesondere eine Gleichspannung zum Vormagnetisieren. Je nach Ausführung des Transformators, bspw. als Stern- oder Dreiecktransformator, kann dabei an die drei Phaseneingänge die Spannung zum Vormagnetisieren entspre- chend angeschlossen werden. Beispielsweise ist eine erste Variante zum Anschließen der Spannung, dass die Gleichspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Phaseneingang angelegt wird und an dem dritten Phaseneingang keine Spannung angelegt wird. Einer der drei Phaseneingänge ist somit in diesem Beispiel nicht angeschlossen. Dabei kann auch die Spannungsrichtung der Gleichspannung geändert werden. Eine zweite Variante ergibt sich demnach bei gleicher Verschaltung am Transformator allein durch eine umgedrehte Polarisierung der Gleichspannung.

Zudem können zwei der drei Phaseneingänge untereinander verbunden werden, sodass beispielsweise eine Gleichspannung an zwei Phaseneingängen gleichzeitig anliegt. In dieser Variante bilden zwei Phaseneingänge somit einen Knoten bzw. Knotenpunkt.

Zudem kann bei einem Transformator mit Sternpunkt auch der Sternpunkt als Anschlusspunkt zum Vormagnetisieren verwendet werden und weist somit dann vier anstatt drei Phaseneingänge auf.

Insgesamt können mit den drei Anschlusspunkten sowie der Spannungsrichtung von Plus nach Minus bzw. von Minus nach Plus insgesamt 12 unterschiedliche Varianten der Verschaltung an dem Transformator realisiert werden. Jede dieser Verschaltungen führt dabei zu einem anderen magnetischen Zustand, da die Schenkel des Transformators durch die jeweils unterschiedliche Verschaltung unterschiedlich vom Magnetisierungsstrom durchflössen werden. Es wurde erkannt, dass jede Möglichkeit der Verschaltung des Transformators zu einem anderen magnetischen Zustand des Transformators führt, wenn dieser mit dem Magnetisierungsstrom vormagnetisiert wird. In jedem Fall ist der jeweils erreichte magnetische Zustand aber hinreichend bekannt und es kann der Einschaltwinkeldazu passend bestimmt werden. Dadurch kann auch durch die Verschaltung und die Vormagnetisierung des Transformators ein geeigneter Einschaltzeitpunkt festgelegt werden, ohne eine Messung durchzuführen, oder es kann ein Einschaltpunkt bzw. ein Einschaltwinkel gewählt werden und dazu passen eine der möglichen Magnetsierungen vorgenommen werden. Vorzugsweise wird ein solcher Gleichstrom an der Primärseite angelegt. Dies wird besonders aus isolationstechnischen Gründen vorgeschlagen. Da die Primär- und die Sekundärwicklungen dieselben Magnetkerne verwenden, kann die Magnetisierung an der Primärseite erfolgen und dadurch, bei entsprechender Lage der Spannung beim Ein- schalten, trotzdem der Inrush-Strom sekundärseitig reduziert bzw. begrenzt werden. Erfolgt die Zuschaltung des vormagnetisierten Transformators dann auf der Sekundärseite, ist eine Phasenverschiebung der Schaltgruppe des Transformators bei der Bestimmung des Einschaltzeitpunktes als Winkeloffset zu beachten. Beispielsweise ist bei einer sogenannten Dyn5 Schaltgruppe eines Dreiphasenwechselstrom-Transformators ein Winkeloffset von 150° zu beachten.

Genauso ist es möglich, die Phaseneingänge an der netzseitigen Sekundärseite des Transformators zum Vormagnetisieren zu verwenden. Da der Transformator dann ebenfalls auf der Sekundärseite zugeschaltet wird, muss hier kein Winkeloffset beachtet werden. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Vormagnetisieren des Transformators über wenigstens eine Zeitdauer von 0.5, 2 bzw. 10 Sekunden durchgeführt wird. Diese Zeitdauer ist notwendig, um sicher zu gehen, dass der Transformator selbst mit einer ungünstigen Anfang sremanenz den gewollten und bekannten vorbestimmten magnetischen Zustand erreicht. Zusätzlich oder alternativ wird die Dauer so gewählt, dass wenigstens 50%, der Magnetisierung erreicht werden. Mit der Zeitdauer von 0.5, 2 bzw. 10 Sekunden ist bei üblichen Transformatoren gewährleistet, dass wenigstens 50% der vorbestimmten Magnetisierung im Transformator erreicht werden.

Es wurde erkannt, dass bei Erreichen von wenigstens 50% der vorbestimmten Magnet- sierung bereits der Inrush-Strom signifikant reduziert werden kann, im Vergleich zu einem Transformator der bei einer ungünstigen Lage der Netzspannung mit dem Netz verbunden wird. Zudem ist eine Magnetisierung von wenigstens 50% vorteilhaft, da nach einem Abschalten der Gleichstromquelle die Magnetisierung in Abhängigkeit des Kernmaterials abfallen kann bzw. abfällt. Dabei liegt ganz generell der Zusammenhang vor, dass je höher die Remanenz des Transformators zum Einschaltzeitpunkt ist, desto geringer prägt sich der Einschaltstrom aus, wenn im günstigen Einschaltzeitpunkt zugeschaltet wird. Demnach ist es besonders vorteilhaft bei einer hohen Remanenz des Transformators im günstigen Einschaltzeitpunkt einzuschalten.

Somit ermöglicht das Verfahren zum Verbinden des Transformators mit dem elektrischen Netz eine technisch einfache und robuste Umsetzung um den Inrush-Strom zu reduzie- ren. Es müssen keine komplizierten Berechnungen und Ermittlungsverfahren zum Bestimmen der Remanenz bspw. basierend auf zeitkritischen Messungen einer zuvor erfolgten Trennung des Transformators vom elektrischen Netz durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird zudem vorgeschlagen, dass das Schließen zum Einschaltzeitpunkt so gesteuert wird, dass

- ein Schließen zu einem Auslösezeitpunkt ausgelöst wird und zu einem Einschaltzeitpunkt wirksam wird, wobei

der Auslösezeitpunkt um eine Verzögerungszeit vor dem Einschaltzeitpunkt liegt, wobei

in einem ersten Schritt der Einschaltzeitpunkt festgelegt wird und

- in einem zweiten Schritt der Auslösezeitpunkt in Abhängigkeit des Einschaltzeitpunktes und der Verzögerungszeit festgelegt wird, wobei vorzugsweise

das Schalten zu einem Triggerereignis, besonders einer vorbestimmten Phasenlage vor dem Auslösezeitpunkt vorbereitet wird, wobei der Auslösezeitpunkt um eine Vorlaufzeit nach dem Triggerereignis liegt, so dass das Schließen um die Vorlauf- zeit nach dem Triggerereignis ausgelöst wird.

Es wurde erkannt, dass für eine erfolgreiche Reduzierung der Einschaltströme des Transformators ein zeitlich genaues Einschalten zum Einschaltzeitpunkt zu einer Phasenlage bzw. zu einem Phasenwinkel der Netzspannung notwendig ist. Um dies realisieren zu können, wird vorgeschlagen, eine Verzögerungszeit der Leistungsschalter bzw. der Leistungsschalteinrichtung zu beachten.

Dazu werden drei Zeitpunkte definiert, nämlich ein Triggerzeitpunkt, ein Auslösezeitpunkt und der Einschaltzeitpunkt. Dabei wird zum Triggerzeitpunkt das Ansteuern der Leistungsschalteinrichtung vorbereitet. Dieser Zeitpunkt ist somit als grundsätzliches Startsignal für den gesamten Schaltvorgang zu verstehen. Der Auslösezeitpunkt ist der Zeit- punkt zu dem die Leistungsschalteinrichtung konkret ausgelöst wird, also der Schalter angesteuert wird. Der Einschaltzeitpunkt beschreibt einen Zeitpunkt zu dem der Schalter elektrisch leitend ist, also geschlossen ist.

Zum Einschaltzeitpunkt wird das Schließen dann wirksam, also eine leitfähige Verbindung hergestellt. Dabei liegt der Einschaltzeitpunkt zu dem eine leitende Verbindung herstellt wird, um eine physikalisch bedingte Verzögerungszeit des Schalters nach dem Auslösezeitpunkt. Der Triggerzeitpunkt wird entsprechend noch früher gelegt. Dabei kann der Triggerzeitpunkt so gelegt werden, dass er um eine variierbare bzw. frei wählbare Vorlaufzeit vor dem Auslösezeitpunkt liegt. Vorzugsweise erfolgt die Wahl eines leicht erkennbaren oder leicht detektierbaren Triggerereignisses, wie ein Phasennulldurchgang. Bspw. wird vorgeschlagen, die folgenden zwei Schritte ausführen, um den Triggerzeitpunkt festzulegen: In einem ersten Schritt wird der Einschaltzeitpunkt festgelegt zu dem die Leistungsschalteinrichtung die elektrische Verbindung herstellen soll. In einem zweiten Schritt wird der Auslösezeitpunkt dann in Abhängigkeit des Einschaltzeitpunktes und der Verzögerungszeit festgelegt. Dabei wird das Schalten zu einem Triggerereignis vorbereitet, besonders einer vorbestimmten Phasenlage vor dem Auslösezeitpunkt. Dabei liegt der Auslösezeitpunkt um eine Vorlaufzeit nach dem Triggerereignis, so dass das Schließen um die Vorlaufzeit nach dem Triggerereignis ausgelöst wird. Es wird dafür ein geeignetes Triggerereignis vor dem Auslösezeitpunkt ausgewählt. Das Triggerereignis legt den Triggerzeitpunkt fest und dann kann die Vorlaufzeit, also die Zeit vom Trig- gerzeitpunkt zum Auslösezeitpunkt bestimmt und in der Steuerung berücksichtigt werden. Die Steuerung wartet dann nämlich auf das Triggerereignis, lässt dann die Vorlaufzeit verstreichen und löst dann unmittelbar aus. Der Schalter braucht dann die Verzögerungszeit, um tatsächlich zu schließen und schließt dadurch genau zum Einschaltzeitpunkt.

Dabei kann die vorbestimmte Verzögerungszeit auch mehrere Verzögerungszeiten umfassen. Eine erste Verzögerungszeit ist zum Beispiel die feste physikalisch bedingte Mindestzeit die ein physikalischer Schalter aufweist, nachdem dieser angesteuert bzw. initiiert wurde. Diese Verzögerungszeit ist auch als Ein- bzw. Ausschaltverzögerung bekannt. Damit es zudem möglich ist den Triggerzeitpunkt beliebig festzulegen, können ebenso programmierbare Verzögerungszeiten als Vorlaufzeit implementiert, nämlich ergänzt werden, wie Timer oder Warteschleifen in einem Programmcode. Somit kann der Triggerzeitpunkt einem leicht erfassbaren Phasenwinkel zugeordnet werden, z.B. dem Phasenwinkel null, also einem Nulldurchgang der Phase. Die gesamte Zeitdauer des Schaltvorgangs bestehend aus der Vorlaufzeit und der Verzögerungszeit des Schalters kann dann als Abstand zwischen dem Triggerzeitpunkt und dem Einschalt- Zeitpunkt beliebig eingestellt bzw. gewählt werden. Die Verzögerungszeit setzt sich dann also aus einem systembedingten Anteil und einer künstlichen Vorlaufzeit zusammen.

Somit wird insbesondere vorgeschlagen, den Triggerzeitpunkt als Startpunkt so zu legen, dass dieser Triggerzeitpunkt einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Phasenwinkel den Wert 0 aufweist. Somit ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren, dass der Transformator präzise zu dem vorgegebenen Einschaltzeitpunkt mit dem elektrischen Netz verbunden wird und somit zu diesem Zeitpunkt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Transformator und dem Netz herstellt.

Somit beachtet das Verfahren auch die Schaltverzögerung der Leistungsschalteinheit, die als systembedingte Verzögerungszeit angesehen werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Transformator in Abhängigkeit seines magnetisierten Zustands eine phasen- winkelabhängige Einschaltstromcharakteristik aufweist, und

in Abhängigkeit der phasenwinkelabhängigen Einschaltstromcharakteristik der Einschaltwinkel bzw. der Einschaltzeitpunkt bestimmt wird, wobei

die phasenwinkelabhängige Einschaltstromcharakteristik wenigstens einen Verlauf eines Einschaltstromes einer Phase in Abhängigkeit des Phasenwinkels aufweist, und

der Verlauf des Einschaltstroms den maximalen Einschaltstrom in Abhängigkeit des Phasenwinkels zum Einschaltzeitpunkt beschreibt, und

abhängig dieser Einschaltstromcharakteristik der Einschaltwinkel bzw. der Einschaltzeitpunkt ausgewählt wird, insbesondere so, dass

bei einem dreiphasigen Transformator ein Summeneinschaltstrom als Summe der maximalen Einschaltströme jeder Phase gebildet wird und als Einschaltwinkel bzw. Einschaltzeitpunkt in Bezug auf den Phasenwinkel der Einschaltwinkel bzw. der Einschaltzeitpunkt ausgewählt wird, bei dem der Summeneinschaltstrom ein Minimum annimmt.

Es wird somit eine Einschaltstromcharakteristik des Transformators zu Grunde gelegt, die durch Messungen bestimmt werden kann. Eine solche Messung kann auch einmalig durchgeführt werden und dann für baugleiche Transformatoren übernommen werden. Somit weist der Transformator eine Einschaltstromcharakteristik auf, die die ihn charakterisiert und von seinem magnetischen Zustand abhängt. Sie gibt einen Einschaltstrom in Abhängigkeit eines Einschaltwinkels wieder. Bspw. kann zur Darstellung eine Darstellung in Polarkoordinaten gewählt werden, in der die jeweilige Amplitude des Einschaltstromes in Abhängigkeit des Phasenwinkels in einer umlaufenden Kurve aufgetragen ist. Der Einschaltstrom wird dabei als umlaufender Zeiger mit variierender Länge dargestellt.

Der Einschaltstrom hat ein stark transientes Verhalten und für die Einschaltstromcharakteristik wird davon jeweils der maximale Wert dieses transienten Verlaufs verwendet.

Je nach Zuschaltwinkel und Restmagnetisierung ergibt sich nämlich für jede Phase eines dreiphasigen Transformators ein unterschiedlich hoher Einschaltstrom, was sich auch gut in dem jeweiligen Maximalewert widerspiegelt. Werden die drei Verläufe der maximalen Einschaltströme pro Zuschaltwinkel (0-360°) in einem zweidimensionalen Diagramm aufgezeichnet, ergeben sich drei um den Koordinatenursprung umlaufende Kurvenverläufe für den maximalen Einschaltstrom jeder Phase. Jeder der drei Kurvenverläufe weist dabei einen variierenden Abstand zu dem Koordinatenursprung auf. Werden die Abstände der drei Kurvenverläufe zum Koordinatenursprung als Betrag jeweils für jeden Phasenwinkel aufsummiert, ergibt sich ein umlaufender Summeneinschaltstrom. Der Phasenwinkel, bei dem dieser umlaufende Summeneinschaltstrom ein Minimum aufweist, als der Phasenwinkel, bei dem der Abstand zum Koordinatenursprung am kleinsten ist, kann als Einschaltwinkel gewählt werden, bzw. dazu kann der Einschaltzeitpunkt bestimmt werden.

Alternativ kann statt des Summenstromes von den drei Phasen nur eine Phase berücksichtigt werden, insbesondere kann die Phase mit dem größten Einschaltstrom verwendet werden. Das Minimum dieses Einschaltstroms kann eine gute Näherung für einen guten Einschaltwinkel für alle drei Phasen bilden. Zusammengefasst wird in dieser Ausführungsform also vorgeschlagen, dass anhand der Einstromcharakteristik der beste Einschaltzeitpunkt ausgewählt wird, an dem wenigstens ein Einschaltstrom, insbesondere die Summe der maximalen Einschaltströme der drei Phasen möglichst klein ist. Die Bestimmung des Einschaltzeitpunkts wird demnach anhand der Einschaltstromcharakteristik durchgeführt, oder es direkt der Einschaltwinkel bestimmt.

Vorzugsweise wird in Abhängigkeit der phasenwinkelabhängigen Einschaltstromcharakteristik der Einschaltzeitpunkt und/oder der Einschaltwinkel vor der Inbetriebnahme des Transformators bestimmt und als Parameter in einer Steuereinheit hinterlegt. Es wurde erkannt, dass je nach Verschaltung des Transformators mit der Stromquelle und dessen Spannungsrichtung der geeignete Einschaltzeitpunkt nur einmal anhand der phasenwinkelabhängigen Einschaltstromcharakteristik bestimmt werden muss und anschließend beibehalten werden kann. Der Transformator verhält sich dabei bei gleichen Anfangsbedingungen, die durch eine gleiche Magnetisierung geschaffen werden, auch gleich. Das ist meist auch auf baugleiche Transformatoren mit hinreichender Genauigkeit übertragbar.

Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, dass ein geeigneter Einschaltwinkel, bzw. Einschaltzeitpunkt nur einmal bestimmt werden muss, wenn die Vormagnetisierung sowie die Verschaltung des Transformators mit der Gleichstromquelle zum Vormagneti- sieren bekannt sind und zu Grunde gelegt werden. Demnach muss, wenn der Transformator betrieben wird, lediglich der Triggerzeitpunkt bzw. der Phasenwinkelverlauf der Phasenspannung des elektrischen Netzes messtechnisch bestimmt werden.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Verbinden der Leistungsschalteinrichtung zu einem ausgewählten Ein- schaltzeitpunkt mit einer drei-phasigen Leistungsschalteinheit durchgeführt wird, die gleichzeitig alle drei Phasen schließt.

Es braucht dann nicht jede Phase einzeln angesteuert zu werden und für jede Phase ein geeigneter Einschaltzeitpunkt bestimmt zu werden, sondern alle Phasen können gleichzeitig durchschalten. Dabei wird auch berücksichtigt, dass die drei Phasen in dem Trans- formator nicht unabhängig voneinander sind. Dabei wird zudem vorgeschlagen, dass die Leistungsschalteinheit steuerbar ist und kontrolliert eingeschaltet werden kann. Kontrolliertes Einschalten bedeutet dabei, dass die Verzögerungszeiten des Schalters berücksichtigt werden, um gezielt zu dem gewünschten Einschaltzeitpunkt einschalten zu können. Dabei beschreibt die Verzöge- rungszeit eine Zeitdauer, die der Leistungsschalter nach einer Ansteuerung bzw. Betätigung benötigt, um eine leitfähige Verbindung herzustellen.

Dabei müssen ggf. abhängig vom Typ des verwendeten Leistungsschalters mehrere Verzögerungszeiten beachtet werden. In den meisten Fällen stellt der Leistungsschalter bereits eine leitfähige Verbindung zwischen dem Transformator und dem elektrischen Netz her, obwohl der Leistungsschalter noch nicht mechanisch geschlossen ist. Dies kann bei einem gasgefüllten Leistungsschalter oder Vakuumleistungsschalter der Fall sein, bei dem über einen Lichtbogen bereits eine leitfähige Verbindung hergestellt wird, ohne dass der Leistungsschalter mechanisch geschlossen ist. Das kann Auswirkungen auf die Verzögerungszeit haben, was hiermit berücksichtigt werden kann. Werden die Verzögerungszeiten der Leistungsschalteinheit bei einem Einschaltvorgang berücksichtigt, wird dies auch als kontrolliertes Einschalten bezeichnet.

In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das elektrische Netz eine Netzspannung aufweist, die größer als ein 1 kV ist, wobei das elektrische Netz dabei vorzugsweise ein elektrisches Versorgungsnetz mit einer Spannung von etwa 110kV sein kann und/oder ein Parknetz eines Windparks oder einer anderen Parknetzanordnung mit einer Spannung von etwa 20kV.

Demnach wird vorgeschlagen, das Verfahren vorzugsweise in Netzen anzuwenden, an denen die dezentralen Energieerzeuger, besonders Windenergieanlagen oder Windparks, direkt angeschlossen werden. Erfindungsgemäß wird auch eine Kopplungsanordnung vorgeschlagen. Diese ist vorbereitet zum elektrischen Verbinden eines Transformators mit einem eine Netzspannung aufweisenden elektrischen Netz. Der Transformator weist generell mehrere Schenkel und eine Primärseite sowie eine netzseitige Sekundärseite auf.

Die Kopplungsanordnung umfasst, eine elektrisch an den Transformator angeschlossene Vormagnetisierungsvorrichtung zum Vormagnetisieren des Transformators, bevor das elektrische Verbinden durchgeführt wird, um einen vorbestimmten magnetisierten Zustand des Transformators zu erreichen. Dabei kann die Vormagnetisierungsvorrichtung einen Magnetisierungsstrom erzeugen und an Phaseneingängen des Transformators einleiten, um dadurch einen bekannten magnetischen Zustand im Transformator zu erreichen. Der magnetische Zustand nach dem Vormagnetisieren ist dabei von der Ver- schaltung der Vormagnetisierungsvorrichtung mit den Phaseneingängen des Transformators abhängig.

Zudem umfasst die Vorrichtung eine zwischen dem Transformator und dem elektrischen Netz angeschlossene Leistungsschalteinrichtung zum elektrischen Verbinden des Trans- formators mit dem elektrischen Netz. Dabei erfolgt das Verbinden der Leistungsschalteinrichtung über ein Schließen zu einem ausgewählten Einschaltzeitpunkt. Der ausgewählte Einschaltzeitpunkt beschreibt dabei den Zeitpunkt, zu dem eine elektrisch leitende Verbindung in der Leistungsschalteinrichtung hergestellt und somit der Transformator und das elektrische Netz gekoppelt wird. Die Kopplungsanordnung umfasst weiter eine mit der Leistungsschalteinrichtung gekoppelte Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Phasenwinkelverlaufs der Netzspannung, der zum Beispiel über die Zeit aufgenommen werden kann. Dabei erfasst die Erfassungsvorrichtung den Phasenwinkelverlauf einer sinusförmigen Netzspannung von wenigstens einer Phase im elektrischen Netz, indem sie bspw. die Netzspannung mit hoher Abtastrate misst und damit ein Spannungssignal aufnimmt und zur Bestimmung der Lage des Phasenwinkels auswertet, indem bspw. ein Nulldurchgang des Spannungssignals bestimmt wird. Unter einer Lage der des Phasenwinkels ist hier besonders die zeitlich absolute Lage des Phasenwinkels des sinusförmigen Spannungssignals zu verstehen. Die Leistungsschalteinrichtung weist einen Steueranschluss auf, um darüber die Leistungsschalteinrichtung zu einem auswählbaren Einschaltzeitpunkt zu schließen. Somit ist die Leistungsschalteinrichtung dazu eingerichtet, dass diese von einer Steuereinheit angesteuert werden kann. Die Leistungsschalteinrichtung kann dadurch zum Durchführen dieser Schritte, besonders des Schließens der Schalteinrichtung vorbereitet sein, dass sie eine Steuereinrichtung, bspw. einen Prozessrechner aufweist, in dem das Schließen bzw. Schalten zum Einschaltwinkel bzw. Einschaltzeitpunkt als Programmablauf hinterlegt ist. Vorzugsweise wird dort auch die Erfassung des Phasenwinkelverlaufs durchgeführt, ausgewertet oder das Ergebnis der Erfassung dort hinterlegt, um nur ein Beispiel zu nennen. Ansteuern der Leistungsschalteinrichtung kann dabei bedeuten, dass es einen Zeitpunkt gibt, an dem das Verbinden der Leistungsschalteinrichtung initiiert bzw. ausgelöst wird, was auch als getriggert bezeichnet werden kann, wobei der tatsäch- liehe Schaltvorgang etwas später erfolgt.

Das elektrische Verbinden erfolgt zu einem ausgewählten Einschaltzeitpunkt, nachdem die Leistungsschalteinrichtung von der Steuereinheit angesteuert wurde. Dabei beschreibt der Einschaltzeitpunkt den Zeitpunkt, zu dem eine elektrische Verbindung zwischen dem Transformator und dem Netz hergestellt wird. Dabei wird der Einschaltzeit- punkt in Abhängigkeit des vorbestimmten magnetisierten Zustands des Transformators und in Abhängigkeit des erfassten Phasenwinkelverlaufs ausgewählt.

Demnach kann der Steueranschluss der Leistungsschalteinrichtung mit der Steuereinheit so angesteuert werden, dass darüber die Leistungsschalteinrichtung zu einem auswählbaren Einschaltzeitpunkt schließt, um den Transformator in Abhängigkeit des vorbe- stimmten magnetisierten Zustands des Transformators und des erfassten Phasenwinkelverlaufs mit dem elektrischen Netz zu verbinden.

Vorzugsweise ist die Kopplungsanordnung dazu eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ausführungsformen durchzuführen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in der Kopplungsan- Ordnung wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, zum Steuern der Leistungsschalteinrichtung und/oder zum Steuern der Vormagnetisierungseinrichtung zum Vor- magnetisieren des Transformators. Diese Steuereinrichtung ist somit mit der Leistungsschalteinrichtung und/oder der Vormagnetisierungsvorrichtung so gekoppelt, dass sie bspw. Steuerbefehle an die Leistungsschalteinrichtung bzw. der Vormagnetisierungsvor- richtung abgegeben kann und ggf. auch Informationen über deren Zustände empfangen kann. Besonders über eine Zeitsteuerung, die in der Steuereinrichtung hinterlegt sein kann, kann die Dauer der Vormagnetisierung und/oder der Zeitschaltpunkt festgelegt werden. Bspw. kann die Steuereinheit die Leistungsschalteinrichtung und/oder die Gleichstromquelle ansteuern. Dabei kann die Steuereinheit bspw. über wenigstens eine Steuer- oder Signalleitung die Gleichstromquelle und/oder die Leistungsschalteinrichtung angesteuert bzw. zu gewünschten Einschaltzeitpunkten ein- und ausschalten, in dem die Steuereinheit Steuersignale erzeugt bzw. generiert. Vorzugsweise sind zwei Steuereinrichtungen vorgesehen, nämlich eine für das Steuern des Vormagnetisierens und eine zum Steuern der Leistungsschalteinrichtung.

Vorzugsweise bilden die Steuereinheit und die Erfassungsvorrichtung eine gemeinsame Schalteinheit aus, insbesondere um eine schnelle Erfassung des Phasenwinkelverlaufs der Netzspannung und ein schnelles Zuschalten der Leistungsschalteinrichtung ohne hohe Schaltverzögerung durchführen zu können, insbesondere um Signalwege möglichst kurz zu halten.

Somit wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit und die Erfassungsvorrichtung als eine integrierte Schaltung ausgebildet sein können oder wenigstens räumlich sehr nah zueinander angeordnet sind, beispielsweise in einem Schaltschrank. Die gemeinsame Schalteinheit ist somit eine Vereinigung aus Erfassungs- und Steuermitteln, die beispielsweise auf einer einzigen Platine angeordnet sein können.

Vorzugsweise wird auch vorgeschlagen, dass die Steuereinheit wenigstens eine Schaltverzögerung einer bzw. der Leistungsschalteinheit berücksichtigt, um das Verbinden des Transformators mit dem elektrischen Netz in einem gewünschten Einschaltzeitpunkt zielgenau einschalten zu können, wobei die Schaltverzögerung in einem Parametersatz in der Steuereinheit hinterlegt ist.

Es wurde erkannt, dass die Leistungsschalteinrichtung konstruktive Verzögerungszeiten aufweisen kann. Beispielsweise kann die Leistungsschalteinrichtung zu einem ersten Zeitpunkt durch die Steuereinheit getriggert werden, aber die Herstellung der elektrischen Verbindung mit dem Netz erst zu einem zweiten Zeitpunkt signifikant verzögert erfolgen. Für eine ausreichend gute Reduzierung der Inrush-Ströme ist es von Vorteil, zielgenau zu dem ausgewählten Einschaltzeitpunkt bei einem bestimmten Phasenwinkel einzuschalten. Durch das Berücksichtigen der Schaltverzögerung ist es somit möglich, die Leistungsschalteinrichtung kontrolliert einzuschalten. In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit einen externen Signaleingang aufweist, um externe Steuersignale empfangen zu können.

Somit kann die Steuereinheit ferngesteuert bzw. fernbedient werden, beispielsweise durch einen Netzbetreiber, durch einen Instandhaltungsservice, der eine Fernwartung durchführen kann, oder von einem Windenergieanlagenhersteller.

Zudem wird erfindungsgemäß eine Windenergieanlage mit einer Kopplungsanordnung nach einem der vorstehenden Ausführungsformen vorgeschlagen und/oder dazu vorbereitet, ein Verfahren gemäß den ferner vorstehenden Ausführungsformen auszuführen.

Somit wird vorgeschlagen, den Transformator und die Kopplungsanordnung insbesondere innerhalb einer Windenergieanlage anzuordnen und somit den Einschaltstrom des Transformtors zu reduzieren, der die Windenergieanlage und den Windpark verbindet. Die Kopplungsanordnung wird somit in die Windenergieanlage integriert.

Ferner wird zudem erfindungsgemäß ein Windpark mit mehreren Windenergieanlagen und mit wenigstens einer Kopplungsanordnung nach einem der vorstehenden Ausführungsformen vorgeschlagen und/oder dazu vorbereitet, ein Verfahren gemäß den ferner vorstehenden Ausführungsformen auszuführen.

Demnach wird vorgeschlagen, den Transformator und die Kopplungsanordnung insbesondere innerhalb eines Windparks anzuordnen und somit den Einschaltstrom des Transformtors zu reduzieren, der das Windparknetz und das elektrische Versorgungsnetz verbindet. Somit wird vorgeschlagen, die Kopplungsanordnung in den Windpark zu integrieren.

Das Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Transformators und/oder die Kopplungsanordnung kann auch zum Verbinden eines Transformators innerhalb eines elektrischen Versorgungsnetzes mit einem Netzabschnitt eingesetzt werden, um bspw. zwei Netzabschnitte miteinander zu koppeln.

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Windenergieanlage.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Windparks.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kopplungsanordnung mit einer

Windenergieanlage und einem elektrischen Versorgungsnetz.

Figur 4A zeigt eine Verschaltungsvariante der Ladevorrichtung mit einer Primärseite eines Transformators.

Figur 4B zeigt zu der Verschaltungsvariante der Figur 4A eine Tabelle mehrerer Ver- schaltungsvarianten, von denen die der Figur 4A eine ist.

Figur 4C zeigt einen schematischen Ablauf eines kontrollierten Schaltvorganges zum zeitgenauen Einschalten im Einschaltzeitpunkt.

Figur 4D zeigt eine schematische Darstellung einer phasenwinkelabhängigen Einschaltstromcharakteristik zum Bestimmen eines Einschaltwinkels, um den ausgewählten Einschaltzeitpunkt festzulegen.

Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten.

Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.

Figur 2 zeigt einen Windpark 1 12 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 1 12. Die Windenergieanlagen 100 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches Parknetz 1 14 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 100 aufaddiert und meist ist ein Transformator 1 16 vorgesehen, der die Spannung im Park hochtransformiert, um dann an dem Einspeisepunkt 1 18, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 120 einzuspeisen. Fig. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 1 12, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist. Auch kann beispielsweise das Parknetz 1 14 anders gestaltet sein, in dem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windener- gieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen.

Zu jedem Transformator 1 16 ist zudem eine Leistungsschalteinrichtung 122 in Serie geschaltet, sodass jeder Transformator mit der Leistungsschalteinrichtung vom elektrischen Netz 1 14 oder 120 getrennt bzw. verbunden werden kann.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kopplungsanordnung 301. Demnach ist eine Windenergieanlage 300 mit einem dreiphasigen Transformator 316 an einer Primärseite 324 elektrisch verbunden. Zudem ist eine Sekundärseite 326 des Transformators 316 über eine Leistungsschalteinrichtung 322 mit einem elektrischen Versorgungsnetz 320 verbunden. Die Leistungsschalteinrichtung 322 ist somit ebenfalls dreiphasig ausgeführt und dazu eingerichtet, für alle drei Phasen zwischen dem elektrischen Versorgungsnetz und der Sekundärseite des Transformators gleichzeitig schließen und öffnen zu können.

Im in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Ladevorrichtung 312, die ein Beispiel für eine Vormagnetisierungsvorrichtung ist bzw. Teil einer Vormagnetisierungsvorrichtung sein kann, über einen Ladeschalter 318 und eine Ladeleitung 314 mit einer Primärseite 324 des Transformators verbunden. Dabei kann der Ladeschalter 318 auch ein Teil der Ladevorrichtung 312 sein. Die Ladevorrichtung ist somit dazu vorbereitet, einen Magnetisierungsstrom an den Transformator bereitzustellen, um einen vorbestimmten magnetisierten Zustand des Transformators zu erreichen. Die Ladevorrichtung kann als eine Gleichstromquelle ausgeführt sein, die einen Gleichstrom als Magnetisierungs- ström von 20A bei einer Spannung von 5V bereitstellen kann. Die Ladevorrichtung 314 braucht dabei nicht unbedingt an die Primärseite des Transformators angeschlossen zu werden. Ein Anschließen an die Sekundärseite ist ebenfalls möglich.

Um das Vormagnetisieren des Transformators zu steuern, bevor das elektrische Verbinden durchgeführt wird, ist eine Steuereinheit 304 vorgesehen, die einen Ladeschalter 318 über eine Steuerleitung 308 steuern kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel startet und stoppt die Steuereinheit 304 das Vormagnetisieren des Transformators mit der Gleich- Stromquelle, indem der Ladeschalter 318 angesteuert wird. Die Vormagnetisierung ist dann abgeschlossen, wenn der Transformator über eine ausreichend lange Zeit mit dem Magnetisierungsstrom bestromt wurde. Als ausreichend lange Zeit zum Vormagnetisieren werden 2 Sekunden, vorzugsweise 10 Sekunden, insbesondere 15 Sekunden vorge- schlagen. Wird der Transformator über diese Zeit aufgestromt, befindet er sich, je nach Verschaltung der Gleichstromquelle, in einem hinreichend bekannten und damit vorbestimmten magnetisierten Zustand.

Neben der Steuereinheit 304 ist in der Figur 3 auch eine Erfassungsvorrichtung 306 dargestellt. Hierbei ist die Erfassungsvorrichtung 306 zum Erfassen eines Phasenwinkel- Verlaufs der Netzspannung vorbereitet. Dazu kann die Erfassungsvorrichtung mit einem geeigneten Messmittel die Amplitude und Netzfrequenz einer Phase im elektrischen Versorgungsnetz 320 über die Messleitung 310 erfassen. Demnach wird der Wechselspannungsverlauf der Netzspannung UL durch die Erfassungsvorrichtung ermittelt. Zudem ermöglicht die Erfassung, dass signifikante Messpunkte wie die Nulldurchgänge der Netzspannung UL zur Festlegung eines Einschaltzeitpunkts der Leistungsschalteinrichtung genutzt werden können,

Die Steuereinheit 304 und die Erfassungsvorrichtung 306 können dabei auch eine gemeinsame Schalteinheit 302 ausbilden, also beispielsweise als eine integrierte Schaltung ausgeführt sein. Der gezeigte Pfeil zwischen der Steuereinheit und der Erfassungsvor- richtung veranschaulicht, dass die beiden Komponenten 304 und 306 in Beziehung stehen bzw. miteinander kommunizieren. Dabei kann beispielsweise die Erfassung des Phasenwinkelverlaufs von der Steuereinheit 304 ausgelöst werden, sowie der daraufhin erfasste Phasenwinkelverlauf als an die Steuereinheit 304 in Form von Messdaten zur Verfügung gestellt wird. Ebenfalls ist innerhalb der Schalteinheit 302 jeweils ein CPU-Block 305, ein MEMORY- Block 303 und ein TIMER-Block 307 dargestellt. Der CPU-Block 305 beschreibt ganz generell, dass sowohl die Steuereinheit als auch die Erfassungsvorrichtung auch mit einer Verarbeitungseinheit ausgestattet sein können. Diese kann beispielsweise dazu verwendet werden, aus dem bekannten vormagnetisierten Zustand und den erfassten Messdaten einen geeigneten Einschaltzeitpunkt zum Einschalten der Leistungsschalteinrichtung zu berechnen. Der MEMORY-Block 303 veranschaulicht dabei einen Datenspeicher, auf dem zum Beispiel Parametersätze gespeichert werden können. Dort können Verzögerungszeiten je nach Typ der Leistungsschalteinrichtung hinterlegt werden, um ein kontrolliertes Einschalten zu ermöglichen. Der TIMER-Block 307 veranschaulicht, dass die Schalteinheit 302 bzw. die Steuereinheit 304 dazu vorbereitet sind, einen Timer verwenden zu können. Diese können genutzt werden, um ein Einschalten der Leistungs- schalteinrichtung 322 zu einem ausgewählten Einschaltzeitpunkt zu steuern und damit zu realisieren.

Ist das Vormagnetisieren des Transformators abgeschlossen und eine Netzspannung UL erfasst worden, kann die Steuereinheit 304 die Leistungsschalteinrichtung 322 über die Steuerleitung 318 ansteuern. Dafür bestimmt die Steuereinheit 304 einen ausgewählten Einschaltzeitpunkt, zu dem die Leistungsschalteinrichtung 322 eine elektrische Verbindung zwischen der Sekundärseite 326 des Transformators 316 und dem elektrischen Netz 320 herstellen soll. Dieser Einschaltzeitpunkt wird dabei in Abhängigkeit des vorbestimmten magnetisierten Zustands des Transformators 316 und des erfassten Phasenwinkel Verlaufs von der Steuereinheit 304 ausgewählt. Dabei kann die Steuereinheit 304 im Speicher, besonders im Memory-Block 303 hinterlegte Parametersätze berücksichtigen, die beispielsweise die Verzögerungszeit der Leistungsschalteinrichtung 322 umfassen können.

Zudem umfasst die Steuereinheit 304 insbesondere auch interne Timer. Dabei wird der einstellbare Timer insbesondere dazu verwendet, die Leistungsschalteinrichtung 322 zu dem ausgewählten Einschaltzeitpunkt einzuschalten. Soll beispielsweise eine elektrische Verbindung zu einem Schaltzeitpunkt ton bei 15ms nach einem erfassten Nulldurchgang erfolgen, wobei die Leistungsschalteinrichtung eine feste Schaltverzögerung tdeiay von 10ms aufweist, kann der Timer auf einen Wert von 5ms eingestellt werden. Somit erfolgt das Verbinden des Transformators 316 mit dem elektrischen Netz 320 über die Leis- tungsschalteinrichtung zeitlich genau zu dem ausgewählten Einschaltzeitpunkt.

Die Figuren 4A, 4B, 4C und 4D sind aufeinander bezogen und werden in einer Gesamtbetrachtung im Folgenden erläutert:

Figur 4A zeigt eine Verschaltungsmöglichkeit der Ladevorrichtung 412 mit einer Primärseite eines Transformators 424. Dabei ist die Ladevorrichtung über den Ladeschalter 418 mit den drei Phaseneingängen 1 , 2 bzw. 3 gekoppelt. Je nach Verschaltung der Ladevorrichtung 412 mit den drei Phaseneingängen 1 , 2 bzw. 3 stellt sich ein unterschiedlicher magnetischer bzw. magnetisierter Zustand im Transformator 424 ein, weil die Schenkel des Transformators unterschiedlich vom Magnetisierungsstrom durchflössen werden.

Diese unterschiedlichen Verschaltungsvananten sind in der Tabelle in der Fig. 4B dargestellt. Die in der Figur 4A gezeigte Verschaltungsvariante entspricht dabei der grau hinterlegten Variante 9 der Tabelle der Figur 4B. Dabei wird zum Vormagnetisieren eine erste Gleichspannung zwischen einem zweiten und dritten Phaseneingang 2, 3 angelegt und an einem ersten Phaseneingang 1 wird keine Spannung angelegt.

Bei der Variante 4 werden der dritte und zweite und erste Phaseneingang 3, 1 miteinander verbunden, sodass diese einen gemeinsamen Knoten bilden, und es wird die Gleichspannung zwischen dem zweiten Phaseneingang 2) und diesem Knoten angelegt.

Jede der insgesamt 12 Varianten führt zu einem anderen magnetischen bzw. magneti- sierten Zustand und resultiert somit jeweils in einen anderen Einschaltzeitpunkt. In der Tabelle ist in der fünften Spalte der Zuschaltwinkel φ eingezeichnet. Dieser Zuschaltwinkel und ein zugehöriger Einschaltzeitpunkt ton sind in der Figur 4C veranschaulicht.

Dabei zeigt die Figur 4C einen zeitlichen Ablauf eines kontrollierten Schaltvorganges zum zeitgenauen Einschalten im ausgewählten Einschaltzeitpunkt. Wird demnach die Primärseite des Transformators mit der Ladevorrichtung 412 in der Verschaltungsvananten 9 magnetisiert, beträgt der ausgewählte Einschaltzeitpunkt ton 15ms nach einem positiven Nulldurchgang. Von diesem Nulldurchgang aus erreicht der Phasenwinkel nach dem Zeitraum von 15ms den Wert 270°. Im Nulldurchgang liegt dabei ein Triggerzeitpunkt ttrig , zu dem der gesamte Schaltvorgang in Lauf gesetzt wird.

Nachdem der Transformator in der Schaltvariante 9 vormagnetisiert wurde und eine Netzspannung UL erfasst wurde, steuert die Steuereinheit die Leistungsschalteinrichtung derart an, dass zum Einschaltzeitpunkt t _on ((|)= 270°) eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Transformator und dem Netz tatsächlich hergestellt wird. Dazu wird als Triggerereignis eine Phasenlage von 0° verwendet. Der Triggerzeitpunkt ttrig liegt somit bei dem Phasenwinkel von 0° einer Phase der Netzspannung.

In der Figur 4C liegt dieser Triggerzeitpunkt ttrig also in dem positiven Nulldurchgang bei t=10ms. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ansteuern der Leistungsschalteinrichtung vorbe- reitet. Das ist somit das grundsätzliche Startsignal für den gesamten Schaltvorgang. Der Schalter wird aber zum Triggerzeitpunkt noch nicht angesteuert, sondern es wird für die Dauer der berechneten Vorlaufzeit, die auch als Timer-Zeit bezeichnet werden kann und die hier 5ms beträgt, zunächst gewartet, nämlich für die Dauer der Vorlaufzeit. Dann, also um die Vorlaufzeit, nämlich 5ms später, nämlich zur Auslösezeit eh, die hier bei t=15ms liegt, wird der Schalter angesteuert und dadurch ausgelöst. Dieser benötigt eine Verzögerungszeit von 10ms bis er tatsächlich geschlossen ist, so dass weitere 10ms später, nämlich nach Ablauf der Verzögerungszeit, die auch als Delay-Zeit bezeichnet werden kann, der Schalter bei t=25ms und damit genau bei 270°, geschlossen ist. Die Delay-Zeit von 10ms ist durch die Architektur des Schalters vorgegeben und ist die feste Schaltverzögerung der Leistungsschalteinrichtung. Sie beträgt hier tdeiay = 10ms. . Der Abstand vom Triggerzeitpunkt bis zum gewünschten Einschaltzeitpunkt beträgt aber 15ms, so dass die Timer-Zeit zu 5ms berechnet wird. Damit gemäß der Variante 9 der Fig. 4B zu dem Einschaltzeitpunkt t _on ^* = 15ms (vgl. Tabelle in Fig. 4B) nach dem Trigger- Zeitpunkt twg gekoppelt wird, ist die Zeitdauer des Timers somit auf 5ms festgelegt worden.

Demnach erfolgt ein kontrolliertes Einschalten des Transformators zu dem gewünschten Einschaltzeitpunkt bei t _on ((|)=270 ^o ) = 25ms. Zu diesem Einschaltzeitpunkt erfolgt somit das Verbinden des Transformators mit dem Netz mittels der dreiphasigen Leistungsschaltein- heit für alle drei Phasen gleichzeitig, sodass eine leitfähige Verbindung zeitgenau zum Einschaltzeitpunkt erfolgt.

Figur 4D zeigt eine schematische Darstellung einer phasenwinkelabhängigen Einschaltstromcharakteristik zum Bestimmen eines Einschaltwinkels, um den ausgewählten Einschaltzeitpunkt festzulegen. Um die Einschaltstromcharakteristik aufzunehmen, ist der Transformator im gezeigten Beispiel in der Schaltvariante 9 aus der Tabelle der Figur 4B verschaltet. Dabei werden die maximalen Einschaltströme h , h und h aller drei Phasen des Transformators in 15°-Schritten von 0° bis 360° aufgezeichnet, die beim Verbinden bzw. Zuschalten des Transformators entstehen. Dazu wird die Einschaltstromcharakteristik erfasst, indem der Transformator in der Schaltvariante 9 verschaltet wird und dann 24- mal vormagnetisiert und die Leistungsschalteinrichtung kontrolliert in 15°-Schritten angesteuert bzw. eingeschaltet wird. Die so bestimmten Messwerte der maximalen Einschaltströme pro Phase werden in dem Kreisdiagramm eingezeichnet, nämlich als Abstand zum Koordinatenursprung. Dabei beschreibt der Abstand eines Messwertes zum Koordinatenursprung ein normiertes Vielfaches des dabei jeweils maximal aufgetretenen Einschaltstromes (ΐ in pu) bezogen auf einen Nennstrom des Transformators.

Wie an dem Verlauf der maximalen Einschaltströme zu erkennen ist, liegt eine Abhängig- keit vom jeweiligen Phasenwinkels vor, dem ein Einschaltzeitpunkt zugeordnet werden kann. Der am besten geeignetste Phasenwinkel zum Einschalten ist in der gezeigten Magnetisierungsvariante 9 der Wert von 270°, denn bei 270° ergibt sich für alle drei Phasen der geringste Einschaltstrom. An diesem Punkt weist auch der Summenein- schaltstrom Isum der drei Einschaltströme ein Minimum auf. Demnach wurde der Ein- schaltwinkel bzw. der Einschaltzeitpunkt so ausgewählt, dass bei einem dreiphasigen Transformator ein Summeneinschaltstrom als Summe der drei maximalen Einschaltströme h , I2 und I3 jeder Phase gebildet wurde und als Einschaltwinkel der Phasenwinkel ausgewählt wird, bei dem der Summeneinschaltstrom um = I1+I2+I3 ein Minimum annimmt. Dieser so bestimmte Phasenwinkel entspricht gemäß der Tabelle in 4B einem Einschaltzeitpunkt von 15ms nach dem Nulldurchgang.

Figur 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm mit drei Verfahrensschritten. Der erste Verfahrensschritt S1 ist: Vormagnetisieren des Transformators, bevor das elektrische Verbinden durchgeführt wird, um einen vorbestimmten magnetisierten Zustand des Transformators zu erreichen. Dabei kann das Vormagnetisieren des Transformators mittels eines Magnetisierungsstroms durchgeführt und der Magnetisierungsstrom von einer Gleichstromquelle bereitgestellt werden. Das Vormagnetisieren umfasst dabei auch die Schritte Einschalten der Gleichstromquelle, Bestromen des Transformators für eine vorgegebene Zeitdauer sowie anschließend, Abschalten der Gleichstromquelle.

Der zweite Verfahrensschritt S2 ist: Erfassen eines Phasenwinkelverlaufs der Netzspan- nung.

Der dritte Schritt S3 ist: Verbinden des Transformators mit dem elektrischen Netz durch Schließen der Leistungsschalteinrichtung, wobei das Schließen in Abhängigkeit des vorbestimmten magnetisierten Zustands des Transformators und in Abhängigkeit des erfassten Phasenwinkelverlaufs erfolgt.