Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz an einem Netzanschlusspunkt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Windpark mit einem gleichspannungsbasierten Windparknetz. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Wind- energieanlage, die dazu eingerichtet ist, in einem solchen gleichspannungsbasierten Windparknetz eingesetzt zu werden.

Es ist allgemein bekannt, dass konventionelle Windparknetze, die auch vereinfachend als Parknetze bezeichnet werden können, als Wechselspannungsnetze mit drei Phasen ausgeführt werden. Solche Windparks sind häufig so aufgebaut, dass ein elektrischer Wechselstrom in einer Windenergieanlage erzeugt und mittels eines elektrischen Umrichters in das Wechselspannungsparknetz übertragen wird. Es gibt auch die Variante, dass eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine verwendet wird, die allerdings auch einen Umrichter verwendet.

In dem elektrischen Umrichter werden aktive Leistungsschalter wie zum Beispiel Leis- tungshalbleiter verwendet, die eine Parknetzspannung mit einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Amplitude erzeugen. Die Parknetzspannung wird daraufhin zumeist über einen Transformator auf eine höhere Spannungsebene des Versorgungsnetzes transformiert und ermöglicht somit ein Einspeisen der Leistung aus dem Parknetz in das Versorgungsnetz. Grundsätzlich ist es wünschenswert, eine Windenergieanlage in einem Parknetz möglichst lange und zuverlässig betreiben zu können. Dafür ist ein häufiger Ansatz, möglichst viele Komponenten des Parknetzes als passive Bauelemente auszuführen. Da passive Bauelemente in der Praxis in den meisten Fällen eine größere Ausfallsicherheit gegenüber aktiven Bauelementen aufweisen, erhöht sich bei einer vermehrten Verwendung von passiven Bauelementen in einem Windpark auch folglich die Ausfallsicherheit des Windparks bzw. des Parknetzes. Ferner muss gewährleistet sein, dass die Windenergieanlagen innerhalb des Windparks bei einem auftretenden Fehler im Parknetz, wie beispielsweise einem Kurzschluss oder einem Überstrom, durch geeignete Schutzmaßnahmen vor einer eventuell auftretenden Beschädigung oder Zerstörung geschützt werden kann. Dabei ist es wünschenswert, wenigstens eine gleiche Gesamtzuverlässigkeit des Parknetzes im Vergleich zu wechsel- spannungsbasierten Parknetzen erreichen zu können.

DC-Parknetze für Gezeitenkraftwerke und Windenergieanlagen sind bereits in der Offenlegungsschrift US 201 1/0198847 A1 (Rolls Royce) beschrieben worden. Mittels eines sogenannten Sperrwandlers (engl, fly-back Converter oder buck-boost Converter) wird eine DC-Spannung über einen Transformator in ein DC-Parknetz transformiert. Das beschriebene Gleichspannungswandlungsprinzip eignet sich jedoch nicht, um eine sinnvolle Gleichspannungsübertragung durchführen zu können, da das gezeigte Sperrwandlerprinzip für eine hohe Leistungsübertragung ungeeignet ist.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden weiteren Stand der Technik recherchiert: DE 198 45 903 A1 , US 2013/0197704 A1 , DE 10 2004 001 478 A1 , DE 10 2009 028 973 A1 , DE 10 2012 002 292 A1 , DE 197 1 1 017 A1.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die auf eine einfache Art zu einer erhöhten Sicherheit beim Betreiben einer Windenergieanlage in einem Windparknetz führt, insbesondere um einem potentiellen Fehler in einem Parknetz zu begegnen und somit die Gesamtzuverlässigkeit des Parknetzes zu erhöhen. Zumindest soll gegenüber bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird somit ein Windpark zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz an einem Netzanschlusspunkt gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Demnach wird die im Windpark erzeugte elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz über ein DC-Parknetz eingespeist.

Der Windpark weist somit ein DC-Parknetz zum Übertragen elektrischer Leistung von den Windenergieanlagen zu dem Netzanschlusspunkt auf. Die Übertragung der elektrischen Leistung im Park erfolgt somit als Gleichspannung bzw. Gleichstrom. Um die Leistung von dem DC-Parknetz in ein elektrisches Versorgungsnetz einzuspeisen, das als Wechselstromnetz betrieben wird, ist ein Umrichter vorgesehen, der auch als Wechselrichter oder Zentralwechselrichter bezeichnet bzw, ausgeführt werden kann. Dieser Umrichter ist dazu am Netzanschlusspunkt angeschlossen, über den damit der Windpark in das elektrische Versorgungsnetz einspeist. Damit ist er zwischen dem Parknetz und dem Netzanschlusspunkt angeordnet.

Um die elektrische Leistung von der Windenergieanlage in das DC-Parknetz zu übertragen, ist ein DC-DC-Wandler vorgesehen. Besonders ist für jede Windenergieanlage wenigstens ein DC-DC-Wandler vorgesehen. Damit wird besonders eine Gleichspannung der Windenergieanlage in das DC-Parknetz übertragen. Der DC-DC-Wandler transformiert somit die Leistung mit einer ersten Gleichspannung an der Windenergieanlage in einer zweite Gleichspannung im DC-Parknetz. Die zweite DC-Spannung, nämlich die im DC-Parknetz, ist dabei vorzugsweise höher als die erste DC-Spannung, also die an der Windenergieanlage. Der DC-DC-Wandler weist dazu eine Schalteinrichtung und einen Transformator auf. Die Schalteinrichtung weist besonders mehrere Schalter auf. Diese Schalter werden so geschaltet, dass sich an der Primärseite des Transformators eine Spannung mit wechselnder Polarität einstellt. Dazu wird bspw. so geschaltet, dass eine positive Spannung der Gleichspannung der Windenergieanlage abwechselnd an einen ersten und einen zweiten Anschluss der Primärseite angelegt wird und die negative Spannung der Gleichspannung der Windenergieanlage wird dazu entgegengesetzt an den zweiten und ersten Anschluss der Primärseite des Transformators angelegt. Entsprechend fließt dann auch ein Strom mit ständig wechselnder Richtung durch die Primärseite und erzeugt entsprechend einen Strom an der Sekundärseite. Dadurch wird die Leistung von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen. Ein Gleichrichtmittel an der Sekundärseite, besonders entsprechend verschaltete Dioden, führt zu einer Gleichrichtung und damit zu einem Gleichstrom und damit zu einer Gleichspannung im DC-Parknetz.

Hierdurch wird vorteilhafter Weise eine galvanische Trennung zwischen der Windener- gieanlage und dem Parknetz erreicht. Es konnte auch erreicht werden, dass sich die aktiven Bauelemente des Schaltmittels nur anlagenseitig an der Primärseite des Transformators, also zur Windenergieanlage hin befinden. Die erfindungsgemäße Lösung ist dabei besonders effizient, weil sie gleichzeitig durch positive und negative Ströme im Transformator eine hohe Energieübertragung erreicht.

Besonders effizient ist auch, die wechselnde Polarität mit nahezu rechteckförmigen Spannungswechsel durchzuführen. Dazu wird besonders ein Hochfrequenztransformator vorgeschlagen. Es wurde erkannt, dass die Verwendung eines vergleichsweise hochwertigen Transformators dennoch im Ergebnis zu einer kostengünstigen Gesamtlösung führt, denn es können hier positive und negative Impulse übertragen werden, was die Verwendung eines hochwertigen Hochfrequenztransformators mehr als ausgleicht.

Es wird somit mit einem Transformator eine galvanische Trennung zwischen der Wind- energieanlage und dem Parknetz erreicht. Ferner werden im gleichspannungsbasierten Parknetz ausschließlich passive Bauelemente verwendet. Aktive Bauelemente werden erfindungsgemäß nur AC-seitig, d.h. anlagenseitig im Niederspannungskreis der Windenergieanlage sowie netzseitig hinter dem Zentralwechselrichter verwendet und sind daher durch die galvanische Trennung gegen hohe Spannungen im DC-Parknetz ge- schützt. Dadurch kann auch die Ausfallsicherheit des Parknetzes erhöht und vergleichsweise kostengünstige Halbleiterschalter anlagenseitig verwenden werden, die für einen kleinen Spannungsbereich ausgelegt sind.

Es wird hier in vorteilhafter Weise das Grundprinzip einer DC-DC-Wandlung ausgenutzt, das auf dem Prinzip einer Durchflusswandlung oder einer Resonanzwandlung basiert. Eine Resonanzwandlung basiert dabei auf dem Prinzip, zusätzliche Kapazitäten und Induktivitäten derartig zu verschalten, dass die leistungsübertragende Strecke inklusive des Transformators einen Schwingkreis ausbildet und somit im Bereich ihres sogenannten Resonanzpunktes betrieben wird. Eine beispielhafte Grundschaltung um eine Resonanzwandlung auszuführen wäre zum Beispiel, eine zusätzliche Induktivität und Kapazi- tät in Serie zur Primärwicklung des Transformators einzubringen.

Eine DC-DC-Wandlung mittels eines Resonanzwandlers auszuführen, bietet den Vorteil, dass Verlustleistungen bei Schaltvorgängen minimiert werden können. Dabei ermöglicht eine Resonanzwandlung die Möglichkeit, in einem Nulldurchgang der Spannung oder des Stromes zu schalten. Dieses Prinzip kann auch ganz generell als weiches Schalten bezeichnet werden. Ferner kann durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Windparks ein sehr kompakter und kostengünstiger Aufbau umgesetzt werden sowie eine einstufige in einem großen Bereich frei einstellbare Spannungsanhebung von der Windenergieanlage zum Parknetz. Die Parknetzspannung ist somit über ein Übertragungsverhältnis ü des Transformators gut einstellbar.

Zudem weist ein DC-Parknetz lediglich zwei Hauptanschlussleitungen zum Übertragen der Leistung auf, nämlich eine für die positive Spannung und eine die für negative Spannung. Durch die DC-Parknetzarchitektur kann somit wenigstens eine Anschlussleitung im Vergleich zu einer üblichen Wechselspannungsarchitektur eingespart werden. Damit kann bei einem Aufbau eines neuen Windparks der Verkabelungsaufwand des Windparks reduziert werden.

Ferner ist es beim Betreiben eines DC-Parknetzes wichtig einen selektiven Netzschutz mit DC-Kurzschlussunterbrechungen vorzunehmen. Bei einem im DC-Parknetz auftretenden Fehler muss eine Freischaltung der Windenergieanlage mittels schneller Trenn- Schalter in einer kurzfristigen Netzabschaltung ermöglicht werden. Dabei bedeutet selektiver Netzschutz, dass auf unterschiedliche Fehler, die an unterschiedlichen Orten im Parknetz oder auch in, bzw. direkt an der Anlage auftreten können, mittels einer Fehlerabschaltung oder einer anderen Schutzmaßnahme unabhängig reagiert werden kann. Der selektive Netzschutz wird dabei mehrstufig ausgeführt, sodass beispielsweise auf Fehler in Windenergieanlagen anders reagiert wird, als bei einem Fehler, der im Parknetz auftritt Fehler, die aus dem Versorgungsnetz in das Parknetz einkoppeln können, sind ebenfalls zu berücksichtigen. Besonders fallen auch örtlich begrenzte Abschaltungen bei örtlich auftretenden Fehlern unter einen selektiven Netzschutz.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es bei gleichspannungsbasierten Parknetzen vorteilhaft ist, dass ein spezieller DC-DC-Wandler zum Einsatz kommt, der eine geeignete Leistungsübertragung gewährleisten sowie einen aktiven Anlagenschutz ermöglichen kann. Durch die Verwendung eines DC-DC Wandlerprinzips, das beispielsweise auf einer Durchfluss- oder Resonanzwandlung basiert, kann nicht nur eine höhere Leistungsübertragung gewährleistet werden, sondern es ist auch möglich, eine vollständige Trennung des Transformators von der Windenergieanlage vorzunehmen. Werden alle Schaltmittel anlagenseitig auf der Primärseite des Transformators geöffnet, ist die Windenergieanlage galvanisch, oder zumindest elektrisch vom Parknetz entkoppelt. Ferner ist es beim Betreiben eines Windparksparks notwendig, eine geeignete Netzarchitektur zu verwenden. Eine geeignete Netzarchitektur zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem auftretenden Fehler im Windpark nicht das gesamte Parknetz abgeschaltet werden muss, sondern, dass es in Teilbereichen weiterbetrieben werden kann. Beispielsweise kann das Parknetz als Ringnetz oder Maschennetz oder eine Kombination daraus aufgebaut werden. Tritt ein Fehler in einem Teilbereich des Parknetzes auf, werden sogenannte Trennschalter verwendet die während einer kurzen Unterbrechung der Netzspannung den Fehler freischalten, um den Teilbereich in dem ein Fehler auftritt, von dem restlichen, fehlerlosen, Parknetz zu trennen. Der Teilbereich, in dem kein Fehler auftritt, kann da- raufhin weiter betrieben werden und die elektrische Leistung, die in diesem Teilbereich erzeugt wird, kann in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden.

Erfindungsgemäß, zumindest gemäß einer Ausführungsform, wird somit ein wesentlich höherer Wirkungsgrad bei der Leistungsübertragung durch die Verwendung einer geeigneten Schalteinrichtung mit Transformator erreicht sowie ein grundlegend neues Netz- schutz-Konzept für das DC-Parknetz vorgeschlagen.

Vorzugsweise stellt die Windenergieanlage der Schalteinrichtung eine Gleichspannung an einem Gleichspannungsausgang bereit, die mittels der Schalteinrichtung von der Primärseite auf die Sekundärseite transformiert werden kann.

Die bereitgestellte Gleichspannung kann dabei beispielsweise aus einem Zwischenkreis eines Umrichters der Windenergieanlage entstammen. Dafür kann bspw. bei einer Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator ein Gleichrichter vorgesehen sein, der die Gleichspannung für den DC-DC-Wandler durch Gleichrichten eines vom Generator erzeugten Wechselstroms bereitstellen kann.

Die am Gleichspannungsausgang bereitgestellte Gleichspannung kann dabei als Nieder- Spannung beschrieben werden und für einen Zwischenkreis typische Spannungswerte von < 1000V aufweisen.

Vorzugsweise umfasst die Schalteinrichtung wenigstens zwei Leistungsschalter und/oder wenigstens vier Leistungsschalter, die dazu eingerichtet sind, eine Gleichspannung in eine Spannung wechselnder Polarität an der Primärseite anzulegen. Somit kann eine Verschaltung der Leistungsschalter als eine Halb- oder Vollbrücken- schaltung, wie bspw. eine so genannte H-Brücke vorgenommen werden. Als Leistungsschalter können beispielsweise gängige Leistungsschalter bzw. Leistungstransistoren wie IGBTs, Thyristoren, MOSFETs oder Bipolartransistoren eingesetzt werden.

Die Leistungsschalter werden dabei so angesteuert, dass bei einer ersten Schalterstel- lung eine positive Spannung des DC-Zwischenkreises durch einen ersten Leistungsschalter an einen ersten Anschlusspunkt der Primärwicklung angelegt wird und eine negative Spannung des DC-Zwischenkreises durch einen zweiten Leistungsschalter an einen zweiten Anschlusspunkt der Primärwicklung angelegt wird, so dass Strom in einer ersten Richtung durch die Primärwicklung fließt. Bei einer zweiten Schalterstellung wird eine positive Spannung des DC-Zwischenkreises durch den ersten Leistungsschalter an den zweiten Anschlusspunkt der Primärwicklung angelegt und eine negative Spannung des DC-Zwischenkreises durch den zweiten Leistungsschalter an den ersten Anschlusspunkt der Primärwicklung angelegt, so dass Strom in einer zweiten Richtung durch die Primärwicklung fließt. Zwischen diesen beiden Schalterstellungen wird dann gewechselt, so dass die Stromrichtung entsprechend ständig wechselt.

Das kann auch durch vier Leistungsschalter erreicht werden. Somit ist es mit der Verwendung von wenigstens zwei bzw. vier Leistungsschaltern möglich, eine wechselnde Polarität an der Primärseite des Transformators zu generieren und einen wechselnden Strom in der Primärwicklung zu erzeugen, der zu einem wechselnden Strom in der Sekundärwicklung führt. Dadurch wird Leistung bzw. Energie von der Primärseite zur Sekundärseite des Transformators übertragen.

Vorzugsweise ist der Transformator des DC-DC-Wandlers als ein Hochfrequenztransformator ausgeführt. Durch das Schalten entstehen mitunter hohe Frequenzanteile, die somit übertragen werden können. Diese hohen Frequenzanteile können besonders durch große Schaltfrequenzen und/oder steile Schaltflanken entstehen. Durch die Verwendung eines Hochfrequenztransformators wird eine Übertragung mit wenigen Verlusten erreicht. Typische große Schaltfrequenzen, ab denen sich ein Einsatz eines Hochfrequenztransformators aufgrund der Kosteneffizienz erst lohnt, liegen im Bereich von 20kHz - 200kHz. Es wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass ein Hochfrequenztransformator mit Schaltfrequenzen aus diesem Bereich verwendet wird. Durch die Verwendung eines Hochfrequenztransformators ist es somit möglich, insbesondere die Spannung sehr verlustarm mit einem hohen Wirkungsgrad zu übertragen. Zudem ermöglicht die Verwendung eines Hochfrequenztransformators die Verwendung von Leistungsschaltern, die eine besonders hohe Schaltgeschwindigkeit bzw. steile Schaltflanken aufweisen. Beispielsweise weisen moderne Leistungstransistoren wie IGBTs oder SiC-MOSFETs große bzw. steile Schaltflanken von mehreren kV/με auf.

Ferner können mit einem Hochfrequenztransformator im Vergleich zu konventionellen Transformatoren wesentlich höhere Schaltfrequenzen der Leistungsschalter in der Schalteinrichtung realisiert werden. Insgesamt verbessert sich mit der Verwendung eines Hochfrequenztransformators der Wirkungsgrad beim Übertragen der Gleichspannung.

Vorzugsweise ist der Transformator des DC-DC-Wandlers als ein Aufwärtstransformator ausgeführt, um die niedrigere Spannung an der Primärseite in eine höhere Spannung an der Sekundärseite zu transformieren.

Erfindungsgemäß ist die Spannung auf der Primärseite niedriger als die Spannung auf der Sekundärseite bzw. der Parknetzspannung. Die Parknetzspannung entspricht dabei lediglich der gerichteten Spannung an der Sekundärseite des Transformators.

Somit ist es möglich, die durch die Windenergieanlage bereitgestellte Gleichspannung an einem Gleichspannungsausgang in einen größeren Spannungsbereich hoch zu transformieren. Ferner ist es möglich, die Spannung von der Primärseite zur Sekundärseite um ein vorgebbares Übersetzungsverhältnis ü zu transformieren.

Vorzugsweise ist der Transformator des DC-DC-Wandlers als eine galvanische Trennstufe ausgeführt, um eine galvanische Trennung zwischen der Windenergieanlage sowie dem DC-Parknetz vorzunehmen. Der Transformator ist also so ausgeführt, dass eine Verbindung von der Primärseite zur Sekundärseite und umgekehrt ausschließlich über eine elektromagnetische Kopplung besteht. Es besteht keine galvanische Verbindung.

Einen galvanisch getrennten Transformator als eine Schutztrennung zu verwenden erhöht die Sicherheit beim Betreiben einer Windenergieanlage in dem DC-Parknetz. Besonders kann eine Gefährdung der Windenergieanlage durch eine Überspannung im DC-Parknetz vermieden werden. Durch die galvanische Trennung können keine Kurzschlussströme in den Niederspannungskreis einkoppeln und somit verhindert werden, dass die gesamte im Parknetz vorhandene Energie nicht über den Transformator entladen werden kann. Ferner wird auch durch die passive Ausführung des Transformators die Zuverlässigkeit des Parknet- zes erhöht.

Vorzugsweise ist der Transformator des DC-DC-Wandlers als Hochspannungstransformator ausgeführt, um eine sichere galvanische Trennung zwischen der Windenergieanlage sowie dem DC-Parknetz auch für hohe Spannungen zu erreichen. Auch hier kann ein Übertragungsverhältnis ü zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Hoch- spannungstransformators im Wesentlichen frei wählbar sein.

Als Übertragungsverhältnis ü für den Transformator, das gilt grundsätzlich für jeden vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Transformator, wird ein Wert von wenigstens 5, vorzugsweise wenigstens 20, insbesondere wenigstens 50 vorgeschlagen. Die bevorzugte DC-Parknetzspannung in einem Normalbetrieb liegt dabei bei wenigstens 6kV, vorzugsweise wenigstens 14kV, insbesondere wenigstens 20kV.

Ganz generell wird das Übertragungsverhältnis ü eines Transformators über das Verhältnis Usekundar / n _S ekundar / n _P rimär beschrieben, wobei Uprimar und Usekundar die Spannungen sowie nsekundar und n _P rimär die jeweiligen Wicklungsanzahl der Primärseite und Sekundärseite beschreiben. Somit ist es möglich, den Transformator bei einem großen Spannungsunterschied zwischen der Primärseite und der Sekundärseite in einem Hochspannungs-DC-Netz betreiben zu können und das Spannungsverhältnis beliebig einstellen zu können.

Vorzugsweise weist das DC-Parknetz eine Spannung zum Übertragen großer Leistung auf, die größer als 6kV ist. Eine Parknetzspannung die größer als 6kV ist, ermöglicht somit einen ausreichend großen Leistungsfluss, um die von den Windenergieanlagen erzeugten Leistungen in das elektrische Versorgungsnetz einzuspeisen. Dabei ermöglicht eine Spannung, die größer als 14 kV ist, einen Betrieb des netzseitigen Wechselrichters ohne einen Transformator durchzuführen, da die Zwischenkreisspannung ausreichend groß ist. Vorzugsweise weist die Sekundärseite wenigstens zwei Gleichrichtmittel auf, wobei die Gleichrichtmittel dazu eingerichtet sind, die transformierte Spannung von der Primärseite zur Sekundärseite in die Gleichspannung des DC-Parknetzes mittels einer Zweiweg- Gleichrichtung zu richten. Als Zweiweg-Gleichrichtung wird dabei ganz generell eine Gleichrichtanordnung, besonders Diodenanordnung mit mindestens zwei Gleichrichtmitteln bzw. Dioden verstanden, die dazu verwendet werden sowohl positive als auch negative Spannungen zu richten. Dabei können sowohl negative wie auch positive Anteile einer elektrischen Spannung in eine unipolare Gleichspannung gerichtet werden. Andere Fachbegriffe für die Zweiwegg- leichung sind auch Doppelweggleichrichtung oder Vollwellengleichrichtung.

Erfindungsgemäß kann somit die Spannung mit wechselnder Polarität, die über den Transformator übertragen wird in eine DC-Parknetzspannung gerichtet werden.

Vorzugsweise ist die Zweiweg-Gleichrichtung als Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung und/oder als Brücken-Gleichrichterschaltung ausgeführt. Vorzugsweise ist das Gleichrichtmittel als Hochspannungsdiode ausgeführt.

Somit ist es erfindungsgemäß möglich, die gewandelte Spannung auf der Sekundärseite in hohen Spannungsklassen zu richten.

Vorzugsweise weist der Transformator eine Mittelanzapfung auf, um eine Mittelpunkt- Zweiweg-Gleichrichtung vorzunehmen. Der Vorteil an einer Mittelanzapfung ist, dass durch den konstruktiven Aufbau der Schaltung nur die halbe übertragene Spannung zum Mittelpunktanschlusspunkt abfällt und im Vergleich zu einem Vollbrückenumrichter mit vier Dioden lediglich zwei Dioden benötigt werden.

Es wurde auch erkannt, dass beim Betreiben eines Windparks Fehler an unterschiedli- chen Stellen auftreten können, wie beispielsweise in der Windenergieanlage, im Parknetz oder anderen Komponenten, die zum Gesamtsystem des Windparks zählen. Da die Fehler ganz generell nicht voraussehbar sind, wird hier vorgeschlagen, für einen sicheren Betrieb ein mehrstufiges Schutzkonzept im Aufbau eines Parknetzes vorzusehen, das ermöglicht, dass die Windenergieanlagen und das Parknetz voneinander getrennt und spannungsfrei geschaltet werden können. Ebenso sollte gewährleistet sein, dass das Parknetz vom Versorgungsnetz getrennt und spannungsfrei geschaltet werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Wechselrichter parknetzsei- tig eine Entladungs- oder Erdungsvorrichtung zum Erreichen eines spannungsfreien Zustands im gesamten DC-Parknetz und/oder in einem Teilbereich des DC-Parknetzes aufweist, wobei die Entladungs- oder Erdungsvorrichtung vorzugsweise einen Chopper und/oder einen Entladungswiderstand aufweist. Besonders bei einem DC-Parknetz kann nach einem Abschalten weiterhin elektrische Spannung im DC-Parknetz vorhanden sein, zumindest eine Restspannung, weil bspw. in dem DC-Parknetz vorhandene Kondensato- ren noch eine Restspannung führen. Um eine solche Spannung bzw. Restspannung abzubauen, wird die Entladungs- oder Erdungsvorrichtung vorgeschlagen. Bspw. kann die Restspannung mittels des Choppers gepulst in die Erde abgeführt werden. Es kommt auch ein elektrisches Verbinden der beiden Spannungspotentiale des DC-Parknetzes über einen Entladungswiderstand in Betracht. Der Entladungswiderstand kann auch zum Ableiten der Spannung in die Erde verwendet werden. Der Entladungswiderstand kann auch zusammen mit dem Chopper verwendet werden, indem der Chopper die Spannung gepulst über den Entladungswiderstand abführt.

Der Erfindung liegt auch der Gedanke zu Grunde, dass geeignete Schutzmaßnahmen ganz generell entweder Schutzschalter sind, die im DC-Parknetz eingebracht werden oder eine geeignete Netzarchitektur, die eine selektive Netzabschaltung gewährleisten kann. Nachteilig an Schutzschaltern für hohe Gleichspannungsklassen ist der große Kostenfaktor. Daher wird die Auswahl einer geeigneten DC-Parknetzarchitektur vorgeschlagen, um einen zuverlässigen Netzschutz realisieren zu können.

Besonders kann ein geeigneter Schutz mithilfe einer Entkopplung zwischen der Wind- energieanlage und dem Parknetz mittels einer galvanischen Trennung in Form eines Transformators und geeigneten DC-DC-Wandlung vorgenommen werden. Dieser Aufbau ermöglicht eine niederspannungsseitige Abkopplung der Windenergieanlage vom Parknetz.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltmittel und die Trennschalter im Parknetz derartig genutzt werden, dass sie eine automatische Wiedereinschaltung bzw. Kurzunterbrechung oder eine schnelle Freischaltung des Fehlers in Abhängigkeit des Fehlerorts ermöglichen. Somit sind Kurzunterbrechungen und schnelle Freischaltungen des Fehlers mittels der Trennschalter im Parknetz weitere mögliche Schutzmaßnahmen, um auf Fehler im Hochspannungskreis des Parknetzes reagieren zu können, ohne den gesamten Windpark abschalten zu müssen.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe Kurzunterbrechung - auch bekannt als Automatische Wiedereinschaltung - sowie Freischaltung bekannte Fachbegriffe aus dem Bereich Netzschutz und elektrischen Energietechnik sind.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens ein elektrischer Verbraucher und/oder ein Energiespeicher im Parknetz angeordnet ist, um bei einer Trennung des Versorgungsnetzes und dem Parknetz Leistung innerhalb des Parknetzes elektrisch verbrauchen zu können. Muss aufgrund eines Fehlers im Versorgungsnetz oder aufgrund einer Vorgabe durch den Netzbetreiber der Windpark vom elektrischen Versorgungsnetz getrennt werden, ist es somit weiterhin möglich, Leistung zu verbrauchen oder die Leistung in einen dafür vorgesehenen Energiespeicher einzuspeisen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn ein Fehler nur kurz vorliegt und die Windenergieanlagen nicht aufgrund fehlender Lasten sofort abgeschaltet werden müssen. Es kann auch von Nachteil sein, wenn kein mehrstufiges Schutzkonzept bzw. kein selektiver Netzschutz vorhanden ist. Eine aktive Trennung der Windenergieanlage mittels einer geeigneten Schalteinrichtung oder eine Kurzunterbrechung mittels Trennschalter im Parknetz wird besonders auch nicht in der Offenlegungsschrift US 201 1/0198847 A1 offenbart. Die darin gezeigte Technik dürfte außerdem eine besonders hohe Streuindukti- vität aufgrund des ungeeigneten Transformators haben, die einen schlechten Wirkungsgrad bei der Leistungsübertragung zur Folge hat. Entsprechend wird nun erfindungsgemäß eine geeignetere Lösung vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Steuern eines Windparks zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz an einem Netzanschluss- punkt vorgeschlagen, wobei der Windpark wenigstens zwei Windenergieanlagen zum Erzeugen elektrischer Leistung aufweist; ein DC-Parknetz zum Übertragen elektrischer Leistung von den Windenergieanlagen zu dem Netzanschlusspunkt aufweist; und - einen zwischen dem DC-Parknetz und dem Netzanschlusspunkt angeordneten Wechselrichter, wobei der Wechselrichter, elektrische Gleichspannung des DC-Parknetzes in eine Wechselspannung transformiert, um die elektrische Leistung der Windenergieanlagen in das elektrische Versorgungsnetz einzuspeisen; wenigstens ein DC-DC-Wandler vorgesehen ist und elektrische Leistung von wenigstens einer Windenergieanlage in das DC-Parknetz einspeist, wobei der DC-DC-Wandler eine Schalteinrichtung und einen Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärseite aufweist, die Primärseite über die Schalteinrichtung mit der wenigstens einen Windenergieanlage gekoppelt ist, die Sekundärseite über wenigstens ein Gleichrichtmittel, insbesondere ein Gleichrichtmittel, das mehrere Dioden aufweist, mit dem DC-Parknetz gekoppelt ist und der DC-DC-Wandler mittels der Schalteinrichtung an der Primärseite des Transformators eine Gleichspannung mit wechselnder Polarität anlegt, wobei dadurch eine Gleichspannung der wenigstens einen Windenergieanlage von der Primärseite auf die Sekundärseite transformiert wird.

Vorzugsweise arbeitet dieses Verfahren so, wie im Zusammenhang mit einem vorstehend oder nachfolgend beschriebenen Windpark erläutert wurde. Vorzugsweise verwendet das Verfahren einen solchen Windpark.

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Windenergieanlage gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Windparks gemäß einer Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Windparks mit DC- Parknetz gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Windparks mit DC- Parknetz gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei ein selektiver Netzschutz implementiert ist. 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 212 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 200, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 200 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 212. Die Windenergieanlagen 200 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches DC-Parknetz 214 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 200 aufaddiert und es ist hier ein Zentralwechselrichter 216 vorgesehen, der die DC-Spannung im Park in eine Wechselspannung umrichtet, um dann entsprechenden Strom an dem Einspeisepunkt 218, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 219 einzuspeisen. Fig. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 212, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist.

Figur 3 zeigt eine detaillierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windparks 312. Jede Windenergieanlage 300 wandelt mechanische Energie mit einem drehbaren Rotor 306 mittels eines Generators 320 in elektrische Leistung um. Der Generator 320 erzeugt dabei eine 6-phasige Wechselspannung die mit einem Gleichrichter 322 in eine Gleich- Spannung gleichgerichtet wird. Der Gleichrichter 322 kann dabei auch gleichspannungs- seitig einen Kondensator 323 als Energiespeicher aufweisen. Der Gleichrichter 322 ist dabei elektrisch mit der Schalteinrichtung 324 verbunden, sodass die gleichgerichtete Gleichspannung des Gleichrichters der Schalteinrichtung 324 bereitgestellt werden kann.

Die Schalteinrichtung 324 weist dabei insgesamt vier Leistungsschalter S1 , S2, S3 und S4 auf, wobei die vier Leistungsschalter in einer Vollbrückenschaltung angeordnet werden, die auch als Brückenschaltung oder H-Brücke bezeichnet werden kann. Die in Serie geschalteten Schalter S1 und S2 bilden dabei einen ersten und die ebenfalls in Serie geschalteten Schalter S3 und S4 bilden einen zweiten Brückenzweig aus. Ferner wird eine Primärseite 350 des Transformators 326 an die beiden Brückenzweige der Schalt- einrichtung 324 elektrisch angeschlossen, nämlich zwischen die Schalter S1 und S2 mit einem ersten Anschluss sowie zwischen die Schalter S3 und S4.

Durch ein diagonales Einschalten der Schalter S1 und S4, wobei die Schalter S2 und S3 geöffnet sind, kann eine positive Spannung an der Primärseite 350 des Transformators 326 erzeugt werden. Umgekehrt kann ebenfalls eine Spannung mit negativen Vorzeichen an der Primärseite 350 des Transformators 326 angelegt werden, wenn die Schalter S2 und S3 in einem leitenden und die Schalter S1 und S4 in einem nicht-leitenden Zustand sind. Entsprechend der Polarität der Spannung wechselt auch das Vorzeichen des Stromflusses durch die Primärseite 350 des Transformators 326. Somit generiert die Schalteinrichtung 324 eine Spannung mit wechselnder Polarität an der Primärseite 350 des Transformators 326.

Die Spannung mit wechselnder Polarität wird zur Sekundärseite 352 des Transformators 326 mit dem Übersetzungsverhältnis ü transformiert. Dabei weißt der Transformator 326 eine Zweiteilung mit Mittelanzapfung 354 auf. Die Mittelanzapfung 354 erlaubt eine Zwei- Weg-Gleichrichtung über die Gleichrichtmittel 328. Dabei ist die Mittelanzapfung 354 elektrisch mit einer ersten Hauptanschlussleitung des Parknetzes 314 und die Gleichrichtmittel 328 über einen gemeinsamen Anschlusspunkt mit der zweiten elektrischen Hauptanschlussleitung verbunden.

Demnach wird die transformierte Gleichspannung an der Sekundärseite 352 des Transformators 326 durch die Gleichrichtmittel 328 erfindungsgemäß in die Parknetzspannung gerichtet. An die zwei Hauptanschlussleitungen des Parknetzes 314 ist ein Zentralwechselrichter 316 elektrisch angeschlossen. Der Zentralwechselrichter 316 - der ebenfalls einen Kondensator 323 als Speicher aufweisen kann - speist daraufhin die erzeugte Leistung aus dem Parknetz an dem Netzanschlusspunkt 318 in das elektrische dreiphasige Versorgungsnetz 319 ein.

Figur 4 zeigt eine weitere detaillierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windparks 312 und verdeutlicht ein mehrstufiges und selektives Netzschutzkonzept gemäß einer Ausführungsform. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind ähnliche, aber nicht unbedingt identische Elemente in den Figuren 3 und 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Schalter S1 1 , S21 , S31 und S41 der Schalteinrichtung 324 geöffnet. Mit geöffneter Schalterstellung ist die Primärseite 350 des Transformators 326 elektrisch von der Windenergieanlage entkoppelt und somit freigeschaltet.

Ebenso kann die Sekundärseite 352 für jede Windenergieanlage über die Trennschalter 356, 357 vom Parknetz 314 elektrisch, insbesondere galvanisch getrennt werden. In der gezeigten Ausführungsform in Figur 4 ist als Beispiel gezeigt, wie die Windenergieanlage 300 elektrisch vom Parknetz 314 getrennt ist und die Trennschalter 356 geöffnet sind, wobei die Windenergieanlage 301 noch mit dem Parknetz über die Trennschalter 357 verbunden ist. Somit können beispielsweise Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage 300 durchgeführt werden und gleichzeitig die Windenergieanlage 301 noch aktiv in das Versorgungsnetz 319 einspeisen.

Ferner können die Trennschalter 356, 357, 358, 359 beliebig im Parknetz 314 angeordnet sein. Tritt beispielsweise ein Fehler in einem anderen Teilbereich - in der Figur 4 nicht mehr gezeigt - des Windparks 312 auf, kann über die gezeigten Trennschalter 358 ein anderer Teilbereich des Parknetzes abgetrennt werden.

Ebenso ist in der Figur 4 eine Erdungsvorrichtung 360 gezeigt, die auch als Entladungsvorrichtung bezeichnet werden kann, die einen Lastwiderstand 362 und ein weiteres Schaltmittel 364 aufweist. Das Schaltmittel 364 kann als Chopper arbeiten und über ein Pulsen Strom über den Lastwiderstand 362 leiten, der damit als Entladungswiderstand arbeitet, weil der exemplarisch gezeigte Zwischenkreiskondensator 323 dadurch entladen werden kann. Diese Erdungsvorrichtung 360 kann somit also beispielsweise einen Chopper aufweisen und außerdem oder alternativ einen Entladungswiderstand bzw. eine Entladungsimpedanz. Die Erdungsvorrichtung hat also die Aufgabe, das Parknetz 314 entladen zu können und kann ebenfalls genutzt werden, um den Zwischenkreiskondensator 323 des Wechselrichters 316 zu entladen. Damit ist es möglich, das Parknetz 314 spannungsfrei zu schalten, was besonders für Wartungszwecke wichtig sein kann, um Servicepersonal zu schützen.