Eine solche Windparkanlage kommt bei der Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft zur Anwendung.

Die bis jetzt bekannten Windparkanlagen dieser Art weisen eine oder mehrere Wind- turbinen auf, die sich mit variabler Geschwindigkeit drehen. Jede Windturbine ist mit einem Turbinengenerator bestückt, der einen oder mehrere Flügel aufweist, die an ei- ner drehbaren Antriebswelle befestigt sind. Mit dieser Antriebswelle steht der Rotor o- der der Stator eines elektrischen Generators direkt oder über ein Getriebe in mecha- nischer Verbindung. Der Aufbau dieser Einrichtungen ist wegen der Vielzahl der erfor- derlichen Bauelemente sehr aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windparkanlage aufzuzeigen, die eine vereinfachte und kostengünstige Verschaltung von Windturbinen ermöglicht, und zu- dem einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er- läutert.

Es zeigen : Fig. 1 eine Baueinheit für eine Windparkanlage, Fig. 2 bis 5 weitere Baueinheiten für eine Windpark-anlage, Fig. 6 eine Ringschaltung von Baueinheiten gemäß Fig. 2, Fig. 7 eine Sternschaltung von Baueinheiten gemäß Fig. 2, Fig. 8 eine Ringschaltung von Baueinheiten gemäß Fig. 4, Fig. 9 einen mehrstufigen Aufbau einer Windparkanlage, Fig. 10 einen weiteren Aufbau einer Windparkanlage, Fig. 11 eine weitere Variante einer Windparkanlage, Fig. 12 und 13 die in Fig. 11 verwendeten Schalter, Fig. 14 und 15 eine Windparkanlage mit zusätzlichen Energiespeichern.

Die in Fig. 1 dargestellte Windparkanlage 1 besteht im wesentlichen aus einer Bauein- heit 2, die eine Windturbine 3, eine drehbare Antriebswelle 4, einen Generator 5 und einen Gleichrichter 6 umfasst. Die Windturbine 3 kann mit mehreren Flügeln bestückt werden, die an der drehbaren Antriebswelle 4 befestigt sind. Die Antriebswelle 4 ist mechanisch mit einem Stator oder einem Rotor (hier nicht dargestellt) des Generators 5 verbunden. Die Ausgänge des Generators 5 sind an den Gleichrichter 6 angeschlos- sen. Mit seiner Hilfe wird die vom Generator 5 gelieferte Wechselspannung in eine Gleichspannung umgesetzt.

Fig. 2 zeigt eine Baueinheit 10. Sie wird durch die Parallelschaltung von zwei oder mehreren Grundbaueinheiten 2 gebildet. Der Gleichrichter 6 der Baueinheiten 2 sind über eine gemeinsame Gleichspannungsleitung 11 an einen Wechselrichter 12 ange- schlossen, dem ein Aufwärtstransformator 13 nachgeschaltet ist. Der Wechselrichter 12 wandelt die Gleichspannung, die an den Ausgängen der Gleichrichter 6 anliegt in eine Wechselspannung um, die dem Aufwärtstransformator 13 zugeführt wird. Der Ausgang des Transformators 13 ist an eine dreiphasige Leitung für Wechselspannung 14 angeschlossen.

Die in Fig. 3 dargestellte Baueinheit 20 ist aus zwei oder mehreren Baueinheiten 10 zusammengefügt, die über eine gemeinsame dreiphasige Wechselspannungsleitung 14 parallel geschaltet und über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wechsel- spannung 15 an ein Verbundnetz 100 angeschlossen sind.

Fig. 4 zeigt eine Baueinheit 30, die aus mehreren über eine gemeinsame Gleichspan- nungsleitung 11 parallel geschalteten Baueinheiten 2 besteht. Die Gleichspannungs- leitung 11 ist an den Eingang eines Gleichspannungsumwandlers 19 mit integriertem Transformator (hier nicht dargestellt) angeschlossen.

Die in Fig. 5 dargestellte Baueinheit 40 wird durch die Parallelschaltung von zwei oder mehreren Baueinheiten 30 gebildet, die über eine gemeinsame Gleichspannungslei- tung 14 zur Übertragung der elektrischen Energie an ein Verbundnetz 100 angeschlos- sen sind. Die Gleichspannungsleitung 14 ist an den Eingang eines Wechselrichters 16 angeschlossen, dessen Wechselspannungsausgang an einen Leistungstransformator 17 angeschlossen ist. Die Oberspannungsseite des Transformators 17 ist an ein Ver- bundnetz 100 angeschlossen.

Fig. 6 zeigt mehrere Baueinheiten 10, die über eine gemeinsame, dreiphasige Ring- schaltung 50 für Wechselspannung miteinander verbunden. Die Ringschaltung 50 ist über eine dreiphasige Leitung für Wechselspannung 51 zur elektrischen Energieüber- trag an ein Verbundnetz 100 angeschlossen.

Fig. 7 zeigt mehrere Baueinheiten 10, die über eine gemeinsame, dreiphasige Stern- schaltung 52 für Wechselspannung miteinander verbunden sind. Die Sternschaltung 52 ist über eine dreiphasige Leitung für Wechselspannung 51 zur elektrischen Energie- übertragung an ein Verbundnetz 100 angeschlossen.

Fig. 8 zeigt mehrere Baueinheiten 2,30, die über eine gemeinsame Gleichspannungs- Ringschaltung 53 miteinander verbunden sind. Die Gleichspannungs-Ringschaltung 53 ist an einen Eingang eines Wechselrichters 54 angeschlossen. Der Wechsel- spannungsausgang des Wechselrichters 54 steht mit einem Transformator 55 in Ver- bindung, der über eine dreiphasige Übertragungsleitung 56 für Wechselspannung an ein Verbundnetz 100 anschließbar ist.

Fig. 9 zeigt eine Windparkanlage 1, die mehrstufig aufgebaut ist. Die erste Stufe um- fasst zwei oder mehrere Baueinheit 60. Diese sind selbst aus Baueinheiten 10 zusam- mengesetzt, von denen eine Baueinheit 10 in Fig. 2 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung erläutert ist. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 10 sind dabei zu einer Baueinheit 60 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 10 an einen gemeinsamen Trans- formator 61 angeschlossen, der die von den Baueinheiten 10 gelieferten Wechsel- spannungen aufwärts transformiert.

Eine zweite Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheiten 62. Diese sind aus Bauein- heiten 60 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 60 sind dabei zu einer Baueinheit 62 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 60 an einen gemeinsamen Trans- formator 63 angeschlossen, der die von den Baueinheiten 60 gelieferten Wechsel- spannungen aufwärts transformiert Eine dritte Stufe umfasst wenigstens eine Baueinheit 64. Diese ist aus Baueinheiten 62 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 62 sind hierfür zu einer Baueinheit 64 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der pa- rallel miteinander verschalteten Baueinheiten 62 an einen gemeinsamen Transformator 65 angeschlossen, der die von den parallel geschalteten Baueinheiten 62 gelieferten Wechselspannungen aufwärts transformiert. Diese Bildung von Stufen kann beliebig oft wiederholt werden. Zur Optimierung der Kosten des elektrischen Systems und zur Mini- mierung von Verlusten bei der Energieübertragung innerhalb der Windparkanlage ist es sinnvoll die Wechselspannung der letzten Stufe sehr hoch umzuspannen. Dadurch können die Transformatoren 61 und 63 in den darunter liegenden Stufen 60 bzw. 62 mit einer kleineren Leistung ausgebildet werden können.

Fig. 10 zeigt eine Windparkanlage 1, die ebenfalls mehrstufig aufgebaut ist. Die erste Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheit 70. Diese sind selbst aus Baueinheiten 2, 30 zusammengesetzt von denen jeweils eine Baueinheit 2,30 in den Figuren 2 und 4 dargestellt und in den zugehörigen Beschreibungen erläutert ist. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 2,30 sind zu einer Baueinheit 70 parallel miteinander verschal- tet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 2,30 an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler 71 angeschlossen sind, der die von den Baueinheiten 2,30 gelieferten Gleichspannungen aufwärts transformiert.

Eine zweite Stufe umfasst zwei oder mehrere Baueinheiten 72. Diese sind aus Bauein- heiten 70 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 70 sind dabei zu einer Baueinheit 72 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der parallel miteinander verschalteten Baueinheiten 70 an einen gemeinsamen Gleich- spannungsumwandler 73 angeschlossen, der die von den Baueinheiten 70 gelieferten Gleichspannungen aufwärts transformiert Eine dritte Stufe umfasst wenigstens eine Baueinheit 74. Diese ist aus Baueinheiten 72 zusammengesetzt. Jeweils zwei oder mehrere Baueinheiten 72 sind hierfür zu einer Baueinheit 74 parallel miteinander verschaltet, wobei die Spannungsausgänge der pa- rallel miteinander verschalteten Baueinheiten 72 auch hier an einen gemeinsamen Gleichspannungsumwandler 75 angeschlossen, der die von den parallel geschalteten Baueinheiten 72 gelieferten Gleichspannungen aufwärts transformiert. Die Bildung sol- cher Stufen kann beliebig oft wiederholt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es sinnvoll den Windturbinen 3, die den Baueinheit 2,30 zugeordnet sind, Generatoren 5 nach zu schalten, die eine Ausgangsspannung zwischen 1 kV und 25kV liefern.

Erfindungsgemäß können wie in Fig. 11 dargestellt, zwei jeweils parallel geschaltete und unmittelbar benachbarte Baueinheiten 2,10 über jeweils einen Schalter 25,26- elektrisch miteinander verbunden oder von einander getrennt werden. In entsprechen- der Weise können auch zwei parallel geschaltete und unmittelbar benachbarte Bauein- heiten 60,70 über einen Schalter 25,26 elektrisch miteinander verschaltet verbunden oder voneinander getrennt werden. In den Figuren 12 und 13 ist jeweils einer dieser Schalter 25,26 dargestellt. Fig. 12 zeigt einen Schalter 25, der wie alle übrigen Schal- ter 25 in Fig. 11 als Thyristor ausgebildet ist, während es sich bei den Schaltern 26 um insulated Gate Bipolar Thyristoren handelt, wie Fig. 13 zu entnehmen ist. Diese Mög- lichkeit der elektrischen Verbindungen zwischen den Baueinheiten 2,10, 60,62, 64, 70,72 und 74 ist beim Auftreten von Kurzschlüssen in den Baueinheiten 2,10, 60,62, 64,70, 72 und 74 von Vorteil.

Fig. 14 zeigt eine Windparkanlage 1, bei der die Antriebswelle 4 einer Windturbine 3 über ein Getriebe 92 mit einem Generator 91 in Verbindung steht. Zu der Windturbine 3 sind zwei Baueinheiten 10,20 parallel geschaltet. Der Aufbau der Baueinheiten 10, 20 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt und in den zugehörigen Beschreibungen erläutert.

Der Wechselspannungsausgang des Generators 91 ist an einen Transformator 93 an- geschlossen ist. Dieser ist zusammen mit den Leistungstransformatoren (hier nicht dar- gestellt) der Baueinheiten 10,20 über eine dreiphasige Übertragungsleitung für Wech- selspannung 94 an ein Verbundnetz 100 angeschlossen. Zusätzlich sind Energie- speicher 95 bzw. 96 in der Windparkanlage 89 vorgesehen, die zu den Windturbinen parallel geschaltet sind. Der Energiespeicher 95 ist als Schwungrad ausgebildet, wäh- rend es sich beim Energiespeicher 96 um eine oder mehrere Batterien handelt. Der Energiespeicher 95 ist über eine Serienschaltung bestehend aus einem Wechselrichter 97 und einem Gleichrichter 98 sowie einem Aufwärtstransformator 99 mit der dreiphasi- gen Übertragungsleitung 94 für Wechselspannung verbunden. Der Energiespeicher 96 ist an die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter 97 und dem Gleich- richter 98 angeschlossen. Die Energiespeicher 95 und 96 können entweder auf der Seite des Verbundnetzes 100 angeordnet werden, wie in Fig. 14 dargestellt, oder aber auf der Seite der Windparkanlage 1 (hier nicht dargestellt).

In Fig. 15 sind zu einer Baueinheit 30,40 zwei Windturbinen 3 parallel geschaltet, de- ren Antriebswellen 4 über jeweils ein Getriebe 92 mit jeweils einem Generator 91 in Verbindung stehen. Einer der Generatoren 91 ist an einen Transformator 93 ange- schlossen, dessen Oberspannungsseite an einen Gleichrichter 101 angeschlossen ist.

Dem zweiten Generator 91 ist ein Gleichrichter 103 und ein Gleichspannungsum- wandler 104 nachgeschaltet. Die Spannungsausgänge des Gleichrichters 101, des Gleichspannungsumwandlers 104 und die der Baueinheiten 30,40 sind parallel ver- schaltet und über eine Gleichspannungsleitung 106 an einen Wechselrichter 107 an- geschlossen, der mit einem Verbundnetz 100 in Verbindung steht. Ein Energiespeicher 96, der eine oder mehrere Batterien umfasst (hier nicht dargestellt) ist über einen Gleichspannungsumwandler 105 an die Gleichspannungsleitung 106 angeschlossen.