Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines mehrphasigen fremderregten Synchrongenerators einer Windenergieanlage und die vorliegende Erfindung betrifft auch eine entsprechende Windenergieanlage.

Windenergieanlagen sind bekannt und sie wandeln Windenergie mittels eines aerodyna- mischen Rotors und einem damit gekoppelten elektrischen Generator in elektrische Energie um. Dabei gibt es unterschiedliche Generatorkonzepte. Heutzutage sind besonders doppeltgespeiste Asynchronmaschinen, Synchrongeneratoren mit konstanter Erregung, also mit Konstantmagneten, und fremderregte Synchrongeneratoren gebräuchlich. Die vorliegende Erfindung betrifft hierbei weder die genannten doppeltgespeisten Asynchronge- neratoren, noch die genannten permanenterregten Synchrongeneratoren, sondern die vorliegende Erfindung betrifft fremderregte Synchrongeneratoren.

Die Unterscheidung zu doppelt gespeisten Asynchronmaschinen ist vielfältig, so dass in Bezug auf den Generator und der Generatorsteuerung eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine als gattungsfremd angesehen werden kann. Der Unterschied zu permanenterregten Synchrongeneratoren besteht besonders darin, dass die gemäß vorliegender Erfindung betrachteten fremderregten Synchrongeneratoren auch über die Erregung gesteuert werden können. Insoweit ist auch unter fremderregten Synchrongeneratoren zu verstehen, dass der Läufer des Synchrongenerators über einen Erregerstrom bzw. eine Erregerspannung erregt wird. Entsprechend kann über die Einstel- lung des Erregerstroms bzw. der Erregerspannung auf den Betriebspunkt Einfluss genommen werden. Der Begriff Läufer wird hier besonders verwendet, um eine Verwechslung zum aerodynamischen Rotor der Windenergieanlage, also der Rotor, der Rotorblätter aufweist, die vom Wind bewegt werden, zu vermeiden.

Im Übrigen wird auch grundsätzlich noch zwischen getriebe losen und getriebebehafteten Windenergieanlagen unterschieden. Bei getriebe losen Windenergieanlagen, auf die sich die vorliegende Erfindung insbesondere bezieht, ist der Läufer des Generators direkt mit dem aerodynamischen Rotor mechanisch gekoppelt, so dass Läufer und aerodynamischer Rotor im Betrieb dieselbe Drehzahl aufweisen.

Einen fremderregten Synchrongenerator kann man besonders dadurch Steuern, dass zum einen der Erregerstrom bzw. die Erregerspannung eingestellt wird, und zum anderen durch das Steuern der Leistungsentnahme, bei der - vereinfacht ausgedrückt - die elektrische Belastung des Stators des Synchrongenerators gesteuert wird.

Solche Steuerungen erfolgen im Wesentlichen abhängig des Betriebspunktes der Windenergieanlage, was häufig auch bedeutet, dass dies abhängig der vorherrschenden Windgeschwindigkeit erfolgt. Es können aber auch andere Gründe vorliegen, um den Betriebs- punkt zu ändern, wie bspw. eine entsprechende direkte oder indirekte Anforderung des Netzbetreibers des elektrischen Versorgungsnetzes, in das die Windenergieanlage einspeist. Auch sicherheits-oder umweltschutzrelevante Situationen oder Vorgaben können eine Veränderung des Betriebspunktes erforderlich machen.

Im Wesentlichen wird auch unterschieden zwischen einem Teillastbetrieb und einem Voll- lastbetrieb. Beim Teillastbetrieb wird, zumindest gemäß einigen Regelungskonzepten, eine Drehzahl und eine Leistung der Windenergieanlage in Abhängigkeit der vorherrschenden Windgeschwindigkeit eingestellt. Im Volllastbetrieb wird die Windenergieanlage hingegen auf Nennleistung und Nenndrehzahl begrenzt und damit jedenfalls insoweit in einem festen Betriebspunkt betrieben. Das Begrenzen auf Nenndrehzahl und Nennleistung wird dabei insbesondere durch Verstellen der Rotorblätter erreicht, nämlich dadurch, dass diese mit zunehmendem Wind aus dem Wind gedreht werden, so dass trotz steigendem Wind nicht mehr Leistung aus dem Wind entnommen wird.

Die Einstellung des Betriebspunktes im Teillastbetrieb erfolgt dabei üblicherweise so, dass für die Rotorblätter ein konstanter, als aerodynamisch optimal angenommener Blattwinkel eingestellt wird. Die Rotorblätter werden dann vom Wind angetrieben und es stellt sich eine Drehzahl ein. Abhängig von dieser Drehzahl wird eine Abgabeleistung der Windenergieanlage und damit im Ergebnis des Generators eingestellt. Wenn diese Generatorleistung der dem Wind entnommenen Leistung entspricht, stellt sich ein entsprechender stabiler Arbeitspunkt hinsichtlich Drehzahl und Leistung ein. Ansonsten verändert sich die Drehzahl und es wird entsprechend der neuen Drehzahl ein neuer Leistungswert eingestellt, bis ein stabiler Betriebspunkt gefunden ist. Die Einstellung der Leistung am Generator kann ebenfalls anhand einer Kennlinie oder einer Tabelle, also einer sog. Lookup-Tabelle, erfolgen. Darin kann auch die einzustellende Erregerleistung, also der einzustellende Regelstrom bzw. die Erregerspannung, hinterlegt sein. Insoweit kann die Windenergieanlage auch grundsätzlich zuverlässig und effizient gesteuert werden. Allerdings können sich die Kennlinien bzw. hinterlegten Tabellen als ungenau oder zumindest verbesserungsfähig erweisen, weil sie bspw. dynamische Vorgänge schlecht abbilden können. Auch temporäre Veränderungen, wie bspw. thermische Einflüsse, lassen sich in einer Tabelle schlecht abbilden bzw. bedürften einer weiteren Tabel- lenebene bzw. Tabellendimension. Ähnliches gilt auch für dauerhafte Abweichungen, die bzw. durch Alterungsvorgänge bedingt sein können. Auch Nichtlinearitäten können, zusammen mit anderen Einflussgrößen, wie bspw. die bereits genannte Temperatur, in der Tabelle schlecht abbildbar sein.

Durch die Verwendung von nicht optimalen Tabellen, auch wenn diese nur zeitweise nicht optimal sind, können Leistungseinbußen die Folge sein. Zumindest kann es dazu führen, dass die Windenergieanlage nicht leistungsoptimal arbeitet.

Abhilfe könnte eine ständige Neuberechnung der Tabelleneinträge schaffen, die aber recht aufwändig sind und auch besonders dann schwierig oder gar unmöglich sein können, wenn notwendige Eingangsgrößen für eine solche Berechnung nicht bekannt sind, oder schwer zu ermitteln sind.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: C. D. Nguyen and W. Hofmann: "Seiftuning adaptive copper-losses minimization control of externally excited synchronous mo- tors", 2014 International Conference on Electrical Machines (ICEM), Berlin, 2014, pp. 897- 902 (Anmelderin), DE 10 2010 043 492 A1 , DE 1 1 2016 000 455 T5, EP 2 672 624 A1 , DE 10 201 1 006 670 A1 und DE 10 2016 106 590 A1.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der o.g. Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die das Steuern eines mehrphasigen fremderregten Synchrongenerators verbessert, insbeson- dere so, dass eine Leistung sausbeute wenigstens erhöht, möglichst optimiert wird. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine Alternative vorgeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

Demnach wird ein Synchrongenerator einer Windenergieanlage gesteuert. Dieser ist mehrphasig und weist vorzugsweise nicht nur ein dreiphasiges System auf, sondern mehrere dreiphasigen Systeme. Entsprechend ist der Synchrongenerator auch ein vielpoliger Syn- chrongenerator, insbesondere ein langsamlaufender Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage.

Ferner ist der Synchrongenerator fremderregt, er erhält seine Erregung also durch Eingabe einer entsprechenden Erregerleistung von außen, nämlich durch einen Erregersteller. Der Synchrongenerator, der einen Stator und einen Läufer aufweist, hat somit am Läufer einen Erregereingang, um die Erregerleistung über einen Erregerstrom bzw. eine Erregerspannung einzugeben. Dazu ist an dem Erregereingang ein Erregersteller angeschlossen, der bspw. als Stromsteller ausgebildet sein kann und zur Erregung des Läufers einen entsprechenden Gleichstrom als Erregerstrom eingeben kann. Über den Erregersteller, also bspw. dem genannten Gleichstromsteiler, kann auch die Amplitude der Erregerleistung eingestellt werden, indem der Erregerstrom durch den Gleichstromsteller entsprechend eingestellt wird, um bei diesem Beispiel zu bleiben.

Zum Abgeben der erzeugten Leistung weist der Stator einen Statorausgang auf, an dem Statorströme abgegeben werden. Die Mehrphasigkeit des Synchrongenerators bezieht sich dabei besonders auf die Statorströme. Ein Synchrongenerator mit zwei dreiphasigen Systemen, was hier als bevorzugte Variante vorgeschlagen wird, gibt somit sechs Statorströme unterschiedlicher Phasen ab bzw. gibt einen sechsphasigen Statorstrom ab.

An den Statorausgang ist ein Gleichrichter angeschlossen, um die Statorströme gleichzurichten und auf einen mit dem Gleichrichter verbundenen Gleichspannungszwischenkreis zu geben. Es werden also alle Phasen des Statorstroms, also bspw. sechs Phasen, um bei dem obigen Beispiel zu bleiben, gleichgerichtet und in dem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt. Damit wird in dem Gleichspannungszwischenkreis die abzugebende Generatorleistung bereitgestellt. Von dem Gleichspannungszwischenkreis kann die so bereitgestellte Leistung bspw. durch einen Wechselrichter zum Einspeisen in ein elektrisches Versorgungsnetz wechselgerichtet werden und an die Bedürfnisse des elektrischen Versor- gungsnetzes angepasst werden.

Außerdem ist der Gleichrichter steuerbar, um die Statorströme zu steuern. Die Aufgabe des Gleichrichters ist also nicht nur, die vom Generator abgegebene Leistung in dem Gleichspannungszwischenkreis bereitzustellen, sondern der Gleichrichter übernimmt durch die Steuerung der Statorströme auch eine Steuerung des Generators. Durch die Steuerung der Statorströme kann damit auch ein Betriebspunkt des Generators eingestellt bzw. beeinflusst werden. Das hier vorgeschlagene und auch den weiteren Schritten zugrundegelegte System des Synchrongenerators ermöglicht somit zumindest über die Steuerung der Erregerleistung eine Steuerung des Generators, insbesondere seines Betriebspunktes, und die Steuerung der Statorströme ermöglicht eine weitere Steuerung des Generators, insbesondere seines Betriebspunktes. Der Betriebspunkt des Generators kann also wenigstens über diese bei- den Eingriffsmöglichkeiten gesteuert werden.

Für dieses System werden nachfolgende Schritte zur Steuerung bzw. zur Vorbereitung der Steuerung vorgeschlagen.

Zunächst wird eine Drehzahl des Läufers erfasst. Diese kann gemessen werden oder es kann ein in der Steuerung ohnehin häufig vorhandener Wert der Drehzahl verwendet wer- den. Das Erfassen der Drehzahl und auch die weiteren noch beschriebenen Schritte werden im Grunde dauerhaft in einer wiederkehrenden Routine durchgeführt. Besonders Verfahrensschritte des Erfassens können auch gleichzeitig durchgeführt werden.

Weiterhin wird eine von dem Synchrongenerator bzw. der Windenergieanlage abzugebende Leistung bestimmt, die somit eine Sollleistung bildet. Dies erfolgt in Abhängigkeit der Drehzahl. Besonders kann hier eine Drehzahl-Leistungskennlinie zugrundeliegen, die einen Zusammenhang zwischen Drehzahl und Leistung vorgibt und entsprechend abhängig der Drehzahl ein zugehöriger Leistungswert aus der Drehzahl-Leistungskennlinie entnommen und als Sollleistung verwendet wird. Es kommt aber auch in Betracht, dass weitere Bedingungen berücksichtigt werden, wie bspw. externe Vorgaben, die bspw. eine Drehzahlreduzierung zur Geräuschminderung vorschreiben, oder aus anderen Naturschutzgründen, um nur zwei Beispiele zu nennen.

Vereinfacht ausgedrückt, wird der Erregerstrom, der nachfolgend auch immer stellvertretend für die Erregerspannung steht, so gewählt, dass die Sollleistung abgegeben werden kann. Vereinfacht ausgedrückt, wird bei einer Erhöhung der Sollleistung auch der Erreg er- ström erhöht, so dass der Generator diese höhere Leistung abgeben kann. Das ist aber nur ein Beispiel zur Veranschaulichung. denn grundsätzlich kann bereits eine Drehzahlerhöhung bei gleicher Erregerleistung bzw. gleichem Erregerstrom auch zu einer erhöhten Abgabeleistung des Synchrongenerators führen.

Jedenfalls wird der so bestimmte Erregerstrom dann auch in der Steuerung des Generators verwendet, er wird also an dem Erregereingang des Läufers eingegeben. Die Umsetzung kann, wie bereits beschrieben, durch einen Stromsteller erfolgen.

Außerdem werden auch abzugebende Statorströme in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl und der bestimmten Sollleistung bestimmt. Diese so bestimmten Statorströme bilden dann entsprechend Statorsollströme. Die abgegebene Leistung des Generators ergibt sich im Wesentlichen durch die Statorströme und die zugehörige Statorspannung am Statorausgang. Für die Gesamtbilanz des Generators ist dabei allerdings noch die Erregerleistung abzuziehen, die bspw. durch den genannten Stromsteller aufgebracht wird.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Gleichrichter so gesteuert wird, dass die bestimmten an dem Statorausgang abzugebenden Statorströme auf die Statorsollströme eingestellt werden. Die Größe der Statorströme ergibt sich einerseits durch den Synchrongenerator, nämlich insbesondere durch die eingestellte Erregerleistung und die Drehzahl des Läufers. Andererseits hängen die Statorströme auch von der Beschaltung ab, die hier im Wesentlichen durch den gesteuerten Gleichrichter gebildet wird. Grundsätzlich kann hier auch noch ein Filter in Betracht kommen, der am Statorausgang angeschlossen ist. Ein solcher Filter könnte allerdings auch durch den gesteuerten Gleichrichter realisiert werden.

Die Steuerung arbeitet also nun wie folgt. Es wird eine Drehzahl des Läufers erfasst und davon abhängig eine Sollleistung vorgegeben und dazu wird ein Erregerstrom eingestellt und es werden über den Gleichrichter die Statorströme gesteuert.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Bestimmen des Erregerstroms bzw. der Erre- gerspannung und außerdem oder alternativ das Bestimmen der abzugebenden Statorströme, also das Bestimmen der Statorsollströme, mittels einer adaptiven Steuerungseinrichtung erfolgt. Der Erregerstrom bzw. die Erregerspannung und die abzugebenden Statorströme, also die Statorsollströme, bilden hierbei Steuergrößen der Steuerungseinrichtung. Es wird also zumindest eine adaptive Steuerung des Erregerstroms bzw. der Er- regerspannung vorgeschlagen und außerdem oder alternativ eine adaptive Steuerung der Statorströme. Dabei ist eine adaptive Steuerung, also eine Steuerung, die sich an etwas anpasst. eine solche, die sich an Parameter anpasst, nicht aber an Zustandsgrößen im regelungstechnischen Sinne.

Die erfasste Drehzahl des Läufers ist insoweit eine Zustandsgröße und auch die abzuge- bende Leistung, also die Sollleistung, ist ebenfalls eine Zustandsgröße.

Parameter, nämlich Systemparameter, sind Eigenschaften des Systems, also bspw. ein Innenwiderstand oder eine Induktivität des Generators.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass Parameter des Synchrongenerators mittels einer Schätzeinrichtung als Schätzgröße des Synchrongenerators geschätzt werden und die adaptive Steuerungseinrichtung zum Bestimmen ihrer Steuergrößen die Schätzgrößen berücksichtigt. Die adaptive Steuerungseinrichtung ist somit diejenige, die den Erregerstrom bzw. die Erregerspannung und außerdem oder alternativ die abzugebenden Statorströme als Steuergrößen steuert. Diese Steuerungseinrichtung berücksichtigt dann zum Bestimmen dieser Steuergrößen die Schätzgrößen. Insbesondere weist die Steuerungseinrichtung dazu wenigstens ein Steuergesetz auf, das im einfachsten Fall einen Verstärkungsfaktor und/oder wenigstens eine Zeitkonstante aufweisen kann. Ein solches Steuergesetzt kann unter Berücksichtigung der Schätzgrößen eingestellt bzw. verändert werden.

Unter einer Schätzung von Parametern wird hier somit insbesondere eine Parameteriden- tifikation verstanden, keine Zustandsschätzung.

Veranschaulicht ausgedrückt kann bspw. ein Zusammenhang über ein Kennfeld zwischen der erfassten Drehzahl und der bestimmten Sollleistung einerseits und dem Erregerstrom bzw. der Erregerspannung andererseits bestehen. Durch die Adaption kann dieses Kennfeld bspw. in Abhängigkeit einer Schätzgröße verändert werden, bspw. verschoben wer- den, um ein einfaches Beispiel zu nennen. Das ist dann ein Beispiel für eine Adaption der Steuerungseinrichtung.

Vorzugsweise werden eine oder mehrere Magnetisierungsinduktivitäten, ein Statorwiderstand und/oder ein Erregerwiderstand als Schätzgrößen des Synchrongenerators geschätzt und dann für die Adaption der adaptiven Steuerungseinrichtung verwendet. Die adaptive Steuerungseinrichtung ist dann also von der einen oder den mehreren geschätzten Magnetisierungsinduktivitäten und/oder dem geschätzten Statorwiderstand und/oder dem geschätzten Erregerwiderstand abhängig.

Hierbei wurde erkannt, dass besonders die drei genannten Größen, nämlich Magnetisie- rungsinduktivität, Statorwiderstand und Erregerwiderstand veränderlich sein können oder ungenau bekannt sein können und einen spürbaren Einfluss, jedenfalls in manchen Betriebspunkten, auf den Betriebspunkt bzw. die Auswahl oder das Einstellen des Betriebspunktes haben können. Zusätzlich wurde erkannt, dass eine unmittelbare oder direkte Messung eines oder mehrerer dieser Parameter des Synchrongenerators kaum möglich ist, zumindest mit Schwierigkeiten behaftet ist. Entsprechend wird ein Schätzverfahren vorgeschlagen. Vorzugsweise arbeitet das Schätzverfahren so, dass die Schätzung im normalen Betrieb erfolgen kann, also online erfolgen kann.

Grundsätzlich kann eine Parameterschätzung aufwendig sein und Rechenkapazität und/oder Rechenzeit beanspruchen. Es wurde aber erkannt, dass die Parameterschätzung mit einer signifikant niedrigeren Wiederholungsrate durchgeführt werden kann, als das tatsächliche Einstellen des Erregerstroms bzw. der Erregerspannung und der Statorströme. Für das Schätzen dieser Parameter kann also ein vergleichsweise langsamer Algorithmus vorgesehen sein und das hat zudem den Vorteil, dass auch eine entsprechend seltenere Übertragung der geschätzten Parameter durchgeführt werden kann, also eine Übertragung mit geringer Übertragungsrate. Dadurch können auch Übertragungskanäle entlastet werden, bzw. durch Einführung einer solchen Parameterschätzung braucht keine erhebliche Zusatzbelastung für diese Übertragungssysteme zu entstehen.

Ferner wurde erkannt, dass besonders die Magnetisierungsinduktivität Einfluss auf den Erregerstrom hat bzw. besonders auf Änderungen des Erregerstroms, bzw. dass ein Erre- gerstrom abhängig von der Magnetisierungsinduktivität eine unterschiedliche Erregerleistung im Läufer zur Folge hat. Dies kann nun berücksichtigt werden, indem sich die Steuerungseinrichtung adaptiv daran anpasst.

Auch ein Erregerwiderstand kann den Erregerstrom beeinflussen bzw. die Wirkung des Erregerstroms im Läufer verändern und diesem Problem kann durch die adaptive Steue- rungseinrichtung begegnet werden.

Ein Statorwiderstand beeinflusst besonders die Statorströme bzw. den mehrphasigen Statorstrom. Dabei kann der Statorwiderstand besonders auch einen Blindleistungsanteil im Generator beeinflussen. Durch den Statorwiderstand ergibt sich ein Unterschied zwischen der Phasenlage zwischen Statorstrom und Statorspannung in den Statorwicklungen im Vergleich zu der Phasenlage zwischen Statorstrom und Ausgangsspannung am Statorausgang. Auch das kann nun durch die vorgeschlagene adaptive Steuerungseinrichtung be- rücksichtigt werden, wenn der Statorwiderstand geschätzt wird.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die adaptive Steuerungseinrichtung zum Bestimmen ihrer Steuergrößen ein Model des Synchrongenerators berücksichtigt und das Model oder davon abgeleitete Zusammenhänge in Abhängigkeit geschätzter Größen des Synchrongenerators bzw. der Schätzgrößen des Synchrongenerators adaptiert. Insbesondere wird ein solches Model in der Steuerungseinrichtung oder zugehörigen Berechnungsvorschriften zugrundegelegt oder hinterlegt. Anhand dieses Models können dann besonders die genannten Größen des Erregerstroms und der Statorströme so eingestellt werden, dass sich das gewünschte Verhalten des Generators einstellt, insbesondere dass sich die in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl bestimmte Sollleistung einstellt. Dabei kann die Berücksichtigung des Models des Synchrongenerators auch helfen, einen optimalen Betriebspunkt einzustellen. Wird das Model des Synchrongenerators zugrundegelegt, kann auch die gewünschte Sollleistung bei möglichst geringen Verlusten gefunden werden. Mit anderen Worten können die involvierten Ströme, besonders die Statorströme, leistungsoptimal ausgewählt und eingestellt werden. Durch die vorgeschlagene Adaption und dabei die in dieser Ausführungsform vorgeschlagene Adaption des Models basierend auf geschätzten Größen des Synchrongenerators, kann erreicht werden, dass dieses Model auch tatsächlichen Änderungen in dem Model berücksichtigter Größen des Synchrongenerators nachgeführt wird. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass die Steuereinrichtung den Erregerstrom und/oder die Sta- torströme basierend auf einem falschen Model bestimmt bzw. vorgibt. Besonders kann die Verwendung eines Models problematisch sein, wenn sich dieses zu stark von dem tatsächlichen System unterscheidet, das es abbilden soll. Durch die vorgeschlagene Adaption basierend auf Schätzgrößen des Synchrongenerators wird dieses Problem vermieden, zumindest verringert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage als getriebelose Windenergieanlage ausgebildet ist und außerdem oder alternativ der Synchrongenerator als Ringgenerator ausgebildet ist. Das Verfahren wird also auf eine solche spezielle Windenergieanlage angewendet. Bei der getriebelosen Windenergieanlage ist der Läufer des Generators unmittelbar mechanisch mit dem aerodynamischen Rotor der Windenergieanlage gekoppelt. Das bedeutet besonders, dass der Läufer sich nur sehr langsam dreht, nämlich mit der Drehzahl des aerodynamischen Rotors. Die Nenndrehzahl des aerodynamischen Rotors liegt etwa im Bereich von 5 bis 10 U/min. Zumindest wird hier vorzugsweise von solchen Windenergieanlagen ausgegangen. Das ist dann entsprechend bei Nennbetrieb auch die Drehzahl des Generators bzw. seines Läufers und im Teillastbetrieb liegt die Drehzahl darunter.

Das vorgeschlagene Verfahren betrifft somit gemäß dieser Ausführungsform einen langsam laufenden Generator. Besonders einen solchen Generator zu steuern kann sich sig- nifikant davon unterscheiden, einen Standardgenerator zu steuern, der eine Nenndrehzahl von 1500 oder 3000 U/min aufweist. Häufig sind solche Generatoren einer getriebe losen Windenergieanlage auch bis zu einem gewissen Grade Unikate, weil sie jeweils konkret für eine Windenergieanlage gefertigt werden und diese Fertigung regelmäßig einen hohen manuellen Anteil aufweist. Ähnliches gilt für einen vorgeschlagenen Ringgenerator, der sich insbesondere durch eine sehr hohe Polpaarzahl auszeichnet, die insbesondere wenigstens 48, insbesondere wenigstens 96 und insbesondere 192 beträgt. Ein Ringgenerator weist seine magnetisch wirksamen Bereiche nur in einem Ring im Bereich des Luftspalts auf. Insbesondere ist ein Ringgenerator dadurch gekennzeichnet, dass er in einem inneren Bereich um seine Dreh- achse von einem Durchmesser von 0 bis wenigstens 50 % seines Luftspaltdurchmessers kein magnetisch wirksames Material bzw. keine magnetisch wirksamen Bereiche aufweist. Mit anderen Worten sind in diesem inneren Bereich, falls überhaupt, Tragstrukturen oder ggf. Lüftungsunterstützungsstrukturen oder ähnliches vorhanden. Auch ein solcher Ringgenerator verhält sich ganz anders, als ein herkömmlicher Generator, der für eine Drehzahl von 1500 oder 3000 U/min ausgelegt ist.

Außerdem oder alternativ sind wenigstens zwei dreiphasige Systeme im Stator vorhanden. Es kommen aber auch bspw. vier dreiphasige Systeme in Betracht. Hierbei bildet jedes dreiphasige System im Wesentlichen ein eigenständiges Statorsystem, wobei ein gemeinsamer Rotor benutzt wird. Bei zwei dreiphasigen Systemen im Stator sind diese vorzugs- weise um 30 Grad zueinander phasenverschoben. Damit kann eine gute Ausnutzung des Generators erreicht werden und insbesondere auch ein hoher Glättungsgrad bei der Gleichrichtung dieser sechs Phasen. Gleichwohl kann dies einen höheren Aufwand bei der modelabhängigen Berücksichtigung erforderlich machen. Gleichwohl wurde erkannt, dass durch die vorgeschlagene adaptive Steuerungseinrichtung und besonders die Schätzung von Parametern eine hohe Qualität erreicht werden kann. Gleichzeitig kann durch ein solches wenigstens zweimal dreiphasiges Statorsystem auch erreicht werden, dass die einzelnen Statorströme, also die Phasen des gesamten Stator- Stroms, besonders kleine Stromwerte aufweisen können. Außerdem ist auch eine zumindest partielle Ausfallsicherheit gegeben. Zumindest kann bei Ausfall eines von zwei dreiphasigen Statorsystemen das verbleibende noch betrieben werden, wenn auch der Generator dann möglicherweise keine Nennleistung mehr liefern kann.

Besonders wird vorgeschlagen, dass das zugrundegelegte Model des Synchrongenerators wenigstens diese zwei dreiphasigen Systeme im Stator abbildet, also wenigstens zwei dreiphasige Statorsysteme abbildet.

Vorzugsweise wird wenigstens eine Induktivität des Synchrongenerators in einem Bereich einer Sättigung betrieben und wenigstens ein bedingt durch diese Sättigung geänderter Parameter von der Schätzeinrichtung erfasst. Eine Sättigung einer Induktivität bedeutet, dass sich die magnetische Flussdichte trotz weiterer Erhöhung der magnetischen Feldstärke nicht weiter erhöht oder zumindest nicht signifikant weiter erhöht. Das kann regelmäßig dazu führen, dass sich das betreffende Bauteil in seinem Verhalten einem ohm- schen Widerstand annähert. Damit kann, auch wenn die Sättigung vergleichsweise schwierig geschätzt werden kann, eine solche Parameterveränderung durch die Schätzeinrich- tung erfasst werden. Entsprechend kann als bevorzugte Umsetzung das verwendete Model entsprechend angepasst werden.

Vorzugsweise wird bewusst ein Betriebspunkt gewählt, bei dem die wenigstens eine Induktivität in einem Sättigungsbereich betrieben wird, um dadurch das Verhalten des Synchrongenerators entsprechend anzupassen. Besonders betrifft das Kopplungsinduktivitäten und kann dabei auch transformierte Induktivitäten betreffen. Die Sättigung kann sich physikalisch sowohl im Stator als auch im Rotor des Synchrongenerators einstellen. Dabei wird der Betriebspunkt besonders so gewählt, dass die Magnetisierungsinduktivitäten in einem Sättigungsbetrieb betrieben werden.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Schätzeinrichtung zum Schätzen von Parametern des Synchrongenerators wenigstens eine Statorspannung und außerdem oder alternativ wenigstens einen Statorstrom als Eingangsgröße zum Schätzen der Parameter berücksichtigt. Besonders aus der Statorspannung und/oder dem Stator- ström sind relevante Parameter des Synchrongenerators schätzbar. Insoweit wurde erkannt, dass über die Statorspannung und/oder den Statorstrom die relevanten Parameter geschätzt werden können.

Vorzugsweise werden alle drei Spannungen eines von mehreren dreiphasigen Statorsys- temen zur Parameterschätzung verwendet. Außerdem oder alternativ werden alle drei Ströme eines bzw. desselben dreiphasigen Statorsystems zur Schätzung verwendet.

Hier wurde erkannt, dass ein dreiphasiges System des Stators, insbesondere unter Verwendung der entsprechende Statorspannungen bzw. Statorströme, zur Schätzung der relevanten Parameter des Synchrongenerators verwendet werden können, insbesondere ausreichend sind. Es wurde nämlich erkannt, dass dies auch dann ausreichend ist, wenn mehrere dreiphasige Statorsysteme vorhanden sind. Selbst wenn diese mehreren dreiphasigen Statorsysteme grundsätzlich voneinander unabhängig arbeiten, so sind sich ihre Parameter durch die bauliche Nähe doch ausreichend ähnlich. Ebenfalls wurde erkannt, dass auch die Verwendung eines von mehreren dreiphasigen Statorsystemen für die Schätzung ausreichen kann, wenn ein Parameter oder mehrere Parameter des Läufers geschätzt werden.

Unabhängig von dieser Erkenntnis kann vorzugsweise, besonders zu Redundanzwecken, aber nicht nur dafür, vorgeschlagen werden, mehrere der dreiphasigen Statorsysteme zur Schätzung zu verwenden, insbesondere alle dreiphasigen Statorsysteme, falls es mehr als zwei gibt. Auch hierfür werden dann jeweils die Statorspannungen und/oder Statorströme erfasst und zur Schätzung ausgewertet.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Schätzeinrichtung d/q-Kom- ponenten von Magnetisierungsinduktivitäten des Synchrongenerators als Schätzgrößen schätzt. Ein dreiphasiges System kann in bekannter Weise mit einer sog. d/q-Transforma- tion in d/q-Komponenten transformiert werden. Diese Komponenten geben dann das zugrundeliegende dreiphasige System mit zwei Komponenten, der d- und der q-Komponente, wieder, die auf ein drehendes System bezogen sind, das sich nämlich mit dem Läufer bzw. Rotor mitdreht. Solche Komponenten werden entsprechend auch von dem induktiven Verhalten des Synchrongenerators, besonders des Stators beeinflusst. Bei Betrachtung von d/q-Komponenten kann auch ein zugehöriges induktives Verhalten des Synchrongenerators in einen d-Anteil und einen q-Anteil aufgeteilt werden also auf die Drehung des Läufers bezogen werden. Diese Anteile werden auch als Magnetisierungsinduktivitäten des Gene- rators Lmd und L _mq bezeichnet. Dazu wird vorgeschlagen, dass diese beiden Magnetisie- rungsinduktivitäten, die somit d/q-Komponenten der Magnetisierungsinduktivität bilden, geschätzt werden. Vorzugsweise werden dann auch die so geschätzten d-q-Komponenten der Magnetisierungsinduktivität als Teil eines Models des Synchrongenerators verwendet. Details einer beispielhaften Berechnung werden unten noch anhand von Gleichungen erläutert und darin ist auch zu erkennen, dass zusätzlich ein Zusammenhang zwischen der Magnetisierungsinduktivität, nämlich ihrer d-Komponente und dem Erregerstrom besteht, weil die d/q-Transformation so aufgebaut ist, dass die d-Komponente des transformierten dreiphasigen Systems die magnetische Flussdichte der magnetischen Erregung abbildet. Der Erregerstrom kann insoweit auch als eine d-Komponente betrachtet werden, wobei diese Komponente im Grunde dem Erregerstrom entspricht, der ohnehin als Gleichstrom eingegeben wird. Ggf. ist noch eine Umrechnung von dem tatsächlich eingegebenen Erregerstrom zu dieser d-Komponente des Erregerstroms notwendig.

Es wird darauf hingewiesen, dass für die Bezeichnung des Rotors des Generators zur Vermeidung einer Verwechslung mit dem aerodynamischen Rotor der Windenergieanlage der Begriff Läufer verwendet wird. Die elektrotechnisch gebräuchliche Bezeichnung ist allerdings Rotor und daher wird auch hier gelegentlich im Zusammenhang mit dem Generator von Rotor gesprochen, was dann synonym zu dem Begriff Läufer zu verstehen ist. Insbesondere werden auf den Rotor bzw. Läufer bezogene Größen daher auch als Rotorgrößen bezeichnet, wie bspw. ein Rotorfeld, das ein auf den Rotor bezogenes Feld bezeichnet bzw. das Feld des Rotors bezeichnet. Auch einige Variablen verwenden daher den Begriff Rotor oder eine Abkürzung davon als Index.

Es wurde besonders erkannt, dass das Drehmoment des Synchrongenerators unmittelbar abhängt von den d-q-Komponenten des Statorstroms, den d-q-Komponenten der Magne- tisierungsinduktivität und dem Erregerstrom bzw. dem auf den Stator transformierten Erregerstrom i d. In Kenntnis dieses Zusammenhangs, der weiter unten auch noch in der Gleichung (1 ) spezifiziert wird, kann der Statorstrom bzw. können die Statorströme und der Erregerstrom so bestimmt werden, dass besonders Verluste minimiert werden. Es ist zu beachten, dass hier, was die noch folgende Gleichung (1 ) für zwei dreiphasige Statorsys- teme spezifizieren wird, mehrere dreiphasige Statorströme berücksichtigt werden können, in dem jeder dreiphasige Statorstrom eine eigene d-Komponente und eine eigene q-Kom- ponente aufweist. Entsprechend hängt das Drehmoment von allen d-Komponenten und q- Komponenten aller dreiphasigen Statorströme des Generators ab. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die adaptive Steuereinrichtung die Statorsollströme in d/q-Koordinaten bestimmt und die Statorsollströme zum Steuern des Gleichrichters in eine dreiphasige Darstellung mit einem Stromwert pro Phase zurücktransformiert werden, um damit besser die bestimmten abzugebenden Statorströme auf die Statorsollströme einstellen zu können. Die Berechnung erfolgt also in d/q-Koordi- naten, wohingegen dann zum Einstellen dieser Statorströme jeweils einzelne Phasenströme als Sollströme, also Phasensollströme, vorgegeben werden.

Vorzugsweise ist der Gleichspannungszwischenkreis mit einem Wechselrichter verbunden und der Wechselrichter wandelt Energie bzw. Leistung des Gleichspannungszwischenkrei- ses in einen dreiphasigen Strom zum Einspeisen in ein elektrisches Versorgungsnetz um. Dadurch kann besonders erreicht werden, dass durch den gesteuerten Gleichrichter und die Steuerung des Erregerstroms der Synchrongenerator möglichst optimal betrieben wird, gleichzeitig kann eine davon unabhängige Einspeisung elektrischer Leistung bzw. elektrischer Energie in das elektrische Versorgungsnetz vorgenommen werden. Besonders kann der Wechselrichter auch Frequenz und Phase des dreiphasigen einzuspeisenden Stroms frei vorgeben, unabhängig davon, in was für einem Betriebspunkt der Generator jeweils betrieben wird. Letztlich gibt dann der Generator im Wesentlichen nur noch die einzuspeisende Leistung vor, denn es kann dauerhaft nur so viel Leistung eingespeist werden, wie der Generator erzeugt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Sollleistung in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl und in Abhängigkeit einer erfassten Abgabeleistung des Generators bzw. der Windenergieanlage insgesamt bestimmt wird. Es wird also nicht nur die Drehzahl berücksichtigt, sondern auch die aktuelle Leistung.

Insbesondere erfolgt das so, dass aus der erfassten Drehzahl eine Zwischenleistung be- stimmt wird. Diese Zwischenleistung könnte auch als theoretische Sollleistung bezeichnet werden. Aus dieser Zwischenleistung, die insoweit als Sollwert angesetzt wird, und der erfassten Abgabeleistung, die insoweit ein Ist-Wert bildet, wird über einen Soll-Ist-Wertver- gleich eine Regelabweichung bestimmt. Diese Regelabweichung wird dann auf einen Regler gegeben, insbesondere auf einen Pl-Regler, um dadurch die Sollleistung zu bestimmen. Insoweit ist diese zu bestimmende Sollleistung die einzustellende Leistung.

Hebt sich also bspw. die Drehzahl, was zu einer Erhöhung der Zwischenleistung führt, stellt sich zunächst eine Regelabweichung ein, die dann ausgeregelt wird, um es anschaulich zu erläutern. Durch diese Ausregelung, insbesondere unter Verwendung eines Pl-Reglers, können Unterschiede zwischen der Leistung, die eingestellt sein sollte, und der tatsächlichen Leistung ausgeglichen werden. Außerdem kann über einen solchen Regler auch das dynamische Verhalten der Leistungsnachführung besser beeinflusst werden. Vorzugsweise wird ein solcher Regler, besonders der genannten Pl-Regler, auf das dynamische Verhalten des Synchrongenerators abgestimmt, insbesondere auf eine Hochlaufzeitkonstante des Generators abgestimmt, also in Abhängigkeit dieser Hochlaufzeitkonstanten ausgewählt bzw. parametriert.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die adaptive Steuerungseinrichtung so gesteuert wird, dass ein Wirkungsgrad des Generators maximiert wird. Bei Verwendung eines ge- steuerten Gleichrichters, der zusammen mit einer adaptiven Steuerungseinrichtung verwendet wird, eröffnet sich die Möglichkeit, den Generator besser zu steuern, insbesondere auch Variationen des Generators zu berücksichtigen. Besonders die Statorströme können dann gezielt und möglichst genau gesteuert werden und es ist auch möglich, Erregerstrom und Statorströme insgesamt zu betrachten und eine optimale Gesamtkombination zu fin- den. Hierdurch kann besonders erreicht werden, dass die gewünschte Leistung, also die gewünschte Abgabeleistung des Generators bzw. der Windenergieanlage so eingestellt wird, dass die genannten Ströme dabei insgesamt, also kumuliert, die geringsten Verluste aufweisen. Das entspricht dann dem maximalen Wirkungsgrad des Generators für die in dem Moment gewünschte abzugebende Leistung. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zum Schätzen oder Bestimmen wenigstens einer Magnetisierungsinduktivität jeweils eine Induktivitätskennlinie verwendet wird. Dabei gibt die Induktivitätskennlinie Werte der jeweiligen Magnetisierungsinduktivität in Abhängigkeit eines Magnetisierungsstroms vor, wobei Werte der Induktivitätskennlinie ausgehend von einer Anfangskennlinie nach und nach im laufenden Verfah- ren mittels einer bzw. der Schätzung adaptiert werden.

Die Induktivitätskennlinie kann dabei auch als eine Lookup-Tabelle umgesetzt werden, in der die Werte der Magnetisierungsinduktivitäten gespeichert sind, wobei die Werte der Lookup-Tabelle ausgehend von Anfangswerten nach und nach im laufenden Verfahren mittels einer bzw. der Schätzung adaptiert; also verbessert werden. In anderen Worten wird demnach vorgeschlagen, dass Anfangswerte für die Magnetisierungsinduktivität in der adaptiven Steuerung hinterlegt werden, zum Beispiel in Form der Induktivitätskennlinie und/oder der Lookup-Tabelle, und dass diese Anfangswerte mit geschätzten Werten laufend aktualisiert werden. Die geschätzten Werte können dabei mit einem Beobachter, mit einem Schätzalgorithmus oder über eine Berechnung bestimmt werden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Magnetisierungsinduktivitäten im laufenden Betrieb ändern können. Besonders kann eine solche Änderung thermisch bedingt sein. Eine Anpassung der Magnetisierungsinduktivitäten ermöglicht es, dass ge- nauere Werte für Magnetisierungsinduktivitäten zur Erzeugung der Statorströme berücksichtigt werden.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass zum Bestimmen der Statorsollströme ( , l _qs i , Iqs2, Idsi , Ias2) jeweils eine Statorsollstromkennlinie für jeweils einen der Statorsollströme ver- wendet wird. Die Statorsollstromkennlinie gibt dabei jeweils einen Zusammenhang zwischen der abzugebenden Sollleistung und dem jeweiligen zu bestimmenden Statorsollstrom an. Dabei wird jeweils einer der Statorsollströme in Abhängigkeit der abzugebenden Sollleistung gemäß der jeweiligen Statorsollstromkennlinie bestimmt.

Neben der Induktivitätskennlinie kann demnach eine weitere Kennlinie in der adaptiven Steuerung hinterlegt sein, nämlich die Statorsollstromkennlinie. Die Statorsollstromkennlinie dient der Funktion, die Statorsollströme (l _e , lqsi , Iqs2, Idsi , Ids2) in Abhängigkeit der abzugebenden Sollleistung (Pvset) zu erzeugen. Dazu können mehrere Statorsollstromkennlinien jeweils für einen Statorsollstrom in der adaptiven Steuerung hinterlegt sein, die dann jeweils einen der Statorsollströme in Abhängigkeit der abzugebenden Sollleistung gemäß der jeweiligen Statorsollstromkennlinie erzeugt.

Zudem wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Statorstromkennlinien, insbesondere jede der Statorstromkennlinien, in einer wiederkehrenden Routine an geänderte Bedingungen adaptiert wird. Dabei wird die wenigstens eine Statorstromkennlinie in Abhängigkeit einer, mehrerer oder aller Größen adaptiert, wie geschätzte Magnetisierungsinduk- tivitäten (Lmd, Lmq), einen geschätzten Statorwiderstand (Rstator) oder einen geschätzten Erregerwiderstand ( ). Die geänderten Bedingungen beziehen sich somit besonders auf die drei zuvor genannten Größen, die sich im laufenden Betrieb ändern können. Es wird also eine Änderung bzw. Adaption der hinterlegten Statorstromkennlinien vorgeschlagen, die an die geänderten Größen angepasst werden. Die genannten geschätzten Größen werden dabei von einer Schätzeinrichtung oder einem Beobachter empfangen, die diese bereitstellt. In Bezug auf die Induktivitätskennlinie können die geschätzte Magnetisierungsinduktivitäten (Lmd, Lmq) demnach auch die nach und nach im laufenden Verfahren adaptierten Werte der Induktivitätskennlinie sein. Dabei wird die wiederkehrende Routine zur Adaption der Statorstromkennlinien seltener durchlaufen als jeweils einer der Statorsollströme in Abhängigkeit der abzugebenden Sollleistung gemäß der jeweiligen Statorsollstromkennlinie bestimmt wird. Beispielsweise wird die wiederkehrende Routine mit einer Frequenz in einem Bereich von 0,01 Hz bis 10Hz wiederholt, wohingegen die Statorsollströme mit einer Berechnungsfrequenz von 1 kHz bis 16kHz berechnet werden können. Die wiederkehrende Routine bezieht sich somit auf den Vorgang der Aktualisierung der Statorsollstromkennlinien. Diese Routine wird langsamer ausgeführt, zum Beispiel im Minutenrhythmus, als das Bestimmen der Statorsollströme. Die Statorsollströme werden im Vergleich dazu mit einer für die Ansteuerung eines Umrichters notwendigen hohen Frequenz erzeugt, die beispielsweise im kHz-Bereich liegen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Statorsollströme (l _e , Iqsi , Iqs2, Idsi , Ids2) online in Abhängigkeit der Sollleistung (Pset) bestimmt werden, und zwar wenigstens in Abhängigkeit einer, mehrerer oder aller der folgenden Größen, nämlich der geschätzten Magnetisierungsinduktivitäten (Lmd, L _m q), einem geschätzten Statorwiderstand (Rstator) oder einem geschätzten Erregerwiderstand (Ren). Statt die Statorsollströme über Kennlinien zu bestimmen, ist demnach eine weitere Alternative zu deren Bestimmung eine online Berechnung durchzuführen. Hierzu kann ein Berechnungsalgorithmus in der adaptiven Steuerung hinterlegt sein, der aus den zuvor ermittelten Schätzgrößen (Lmd, L _mq , Rstator, Rerr) die Statorsollströme (l _e , Iqsi , l _qS 2, Idsi , Idsa) online berechnet. In einer besonderen Ausführungsform wird diese online Berechnung mit einer Frequenz von etwa 5Hz bis 100Hz durchgeführt.

Erfindungsgemäß wird auch eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die einen mehrphasigen fremderregten Synchrongenerator aufweist, wobei

der Synchrongenerator einen Stator und einen Läufer aufweist,

der Läufer einen Erregereingang aufweist um einen Erregerstrom oder eine Erregerspannung einzugeben,

an dem Erregereingang ein Erregersteller angeschlossen ist zum Eingeben des Erregerstroms bzw. der Erregerspannung,

der Stator einen Statorausgang aufweist um Statorströme abzugeben,

an den Ausgang des Stators ein Gleichrichter angeschlossen ist, um die Statorströme gleichzurichten und auf einen mit dem Gleichrichter verbundenen Gleichspannungszwischenkreis zu geben, und

der Gleichrichter steuerbarer ist, um die Statorströme zu steuern, wobei zum Steuern des Synchrongenerators eine Drehzahlerfassung zum Erfassen einer Drehzahl des Läufers oder aerodynamischen Rotors vorgesehen ist. und

eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist und vorbereitet ist,

zum Bestimmen einer von dem Synchrongenerator oder der Windenergie abzugeben Sollleistung in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl, und zum Bestimmen eines Erregerstroms oder einer Erregerspannung in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl und der bestimmten Sollleistung, der Erregersteller vorbereitet ist zum Eingeben des so bestimmten Erregerstroms bzw. der so bestimmten Erregerspannung an dem Erregereingang,

die Steuerungseinrichtung vorbereitet ist

zum Bestimmen der abzugebenden Statorströme als Statorsollströme in Abhängigkeit der erfassten Drehzahl und der bestimmten Sollleistung und zum Steuern des Gleichrichters, um die bestimmten an dem Statorausgang abzugebenden Statorströme auf die Statorsollströme einzustellen, wobei für wenigstens einen der Schritte

Bestimmen des Erregerstroms bzw. der Erregerspannung und Bestimmen der abzugebenden Statorströme als Statorsollströme die Steuerungseinrichtung als adaptive Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung so ausgestaltet ist, dass der Erreg er- strom bzw. die Erregerspannung bzw. die abzugebenden Statorströme Steuergrößen der Steuerungseinrichtung bilden.

Somit wird eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die insbesondere so arbeitet, wie vorstehend zum Verfahren zum Steuern eines mehrphasigen fremderregten Synchrongenerators ausgeführt wurde. Es liegt auch ein wie dazu erläuterter Synchrongenerator zugrunde.

Besonders ist eine Drehzahlerfassung vorgesehen, die allerdings nicht als zusätzliche Messeinheit ausgebildet sein muss, sondern die auch eine bereits anderweitig von der Windenergieanlage erfasste Drehzahl bspw. in einem Prozessrechner weiterverarbeiten und weitergeben kann.

Auch die Steuerungseinrichtung kann besonders hinsichtlich ihrer Stellglieder vorhandene Stellglieder verwenden. Sie kann als eigene körperliche Einheit vorgesehen sein, sie kann aber auch in einer vorhandenen Steuerungseinrichtung implementiert und/oder integriert sein. Besonders kann die Steuerungseinrichtung auf einem ohnehin vorhandenen Steuerungsrechner als entsprechender Programmcode hinterlegt und besonders in die übliche Steuerung der Windenergieanlage eingebettet sein.

Dass die Steuerungseinrichtung so ausgestaltet ist, dass der Erregerstrom bzw. die Erregerspannung und/oder die abzugebenden Statorströme Steuergrößen der Steuerungseinrichtung bilden, kann besonders bedeuten, dass die Steuerungseinrichtung entsprechende Steuerungsausgänge für diese einzelnen Steuergrößen aufweist. Sofern die Steuerungseinrichtung als körperlich eigener Gegenstand vorgesehen ist. können solche Ausgänge für die Steuergrößen bspw. als Anschlussklemmen vorgesehen sein, oder als Datenausgang für einen Datenbus oder andere Datenübertragungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung kann hierfür aber auch, wenn sie nicht körperlich eigenständig vorgesehen ist, die Steuergrößen in einem Steuerprogramm als entsprechende Programmvariablen ausgeben.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Windenergieanlage ein Verfahren zum Steuern des mehrphasigen fremderregten Synchrongenerators gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines solchen Verfahrens verwendet. Die entsprechend beschriebenen Vorteile können somit dieser Windenergieanlage zugutekommen und sie kann entsprechend verbessert, möglichst optimiert arbeiten.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Darstellung.

Figur 2 zeigt Werte von d/q-Komponenten der Magnetisierungsinduktivität.

Figur 3a zeigt schematisch einen Generator mit Anschlussstruktur.

Figur 3 zeigt eine vorgeschlagene Reglerstruktur in einer schematischen Darstellung.

Figur 4 zeigt Details zur Reglerstruktur der Figur 3.

Figur 4a zeigt in einer Ausführungsform Details zur Reglerstruktur der Figur 4.

Figur 4b zeigt in einer alternativen Ausführungsform Details zur Reglerstruktur der Figur 4. 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. Die Erfindung bezieht sich auf ein adaptives Regelverfahren eines aktiven Gleichrichters für einen fremderregten sechs-phasigen Synchrongenerator. Ein solches System wird als Teil einer Windenergieanlage gemäß Figur 1 vorgeschlagen. Die Erfindung ist jedoch auch für Synchrongeneratoren mit mehr Phasen, insbesondere solche mit durch Systemteilung vervielfachter Phasenzahl, anwendbar. Das vorgeschlagene Regelverfahren bietet die Möglichkeit einer online Parameteridentifikation und eine entsprechende Anpassung der Stromsollwerte des Generators. Dabei werden die Stromsollwerte so gewählt, dass der Wirkungsgrad des Generators an jedem Arbeitspunkt innerhalb der Betriebsbegrenzungen optimiert wird.

Im Folgenden wird das Verfahren weiter erläutert. Dafür werden Strom- und Spannungs- variablen überwiegend in einem rotorfeldorientierten d/q-Koordinatensystem angegeben. Die Umrechnung von statororientierten, vereinfachend sinusförmigen Zeitverläufen in das mit dem Rotorfeld rotierende dq-Koordinatensystem ist weithin bekannt und in der Literatur erläutert. Diese Umrechnung wird im Weiteren vorausgesetzt.

Das Drehmoment T _e einer sechsphasigen Synchronmaschine ohne Dämpferwicklungen kann wie folgt beschrieben werden:

Te— ~ P (Lmd{ ^~ !-dls ^~ ^d2s + ifd) (j-qls + iq2s) ^~ L _mq (—i _qls — i _q 2s ) (j-dls + tes)) 0 ) worin P die Pol paarzahl der Maschine, i _dls und i _qls die d und q- Komponenten der Statorströme des ersten Generatorsystems, und i _d2s und i _q2s die d und q- Komponenten der Statorströme des zweiten Generatorsystems bezeichnen. Unter dem ersten und zweiten Generatorsystem ist hier besonders das erste und zweite Statorsystem zu verstehen. Weiterhin bezeichnet i _fd den Erregerstrom auf den Stator bezogen und ist wie folgt definiert:

3 N (2) In Gleichung (2) bezeichnet N die Windungszahl der Maschine und / ^' « den untransformier- ten Erreg erstrom, der auch als i _e oder i _err bezeichnet werden kann. L _md und L _mq der Gleichung (1 ) sind die Magnetisierungsinduktivitäten des Generators, die geschätzt werden müssen. Diese Induktivitäten sind sättigungsabhängig und können im Betrieb in Abhängigkeit des Magnetisierungsstroms i _m stark von ihren Nennwerten abweichen. Eine erste Abschätzung von L _md kann durch einen Leerlaufversuch durchgeführt werden, laut der folgenden Gleichung:

m _e i _fd (3) wobei V _oc die RMS Leiter- Leiter Leerlaufspannung und ω _θ die elektrische Nennfrequenz der Maschine in rad s ^~1 bezeichnet. Der Magnetisierungsstrom i _m wird wie folgt definiert: mit m = ,'— . Während des Leerlaufversuches fließt kein Strom im Stator, deshalb ist i _m = i _fd . Durch analytische Berechnungen auf Basis der Generatorgeometrie oder durch Finite-Elemente-Simulationen kann man den Trend der Veränderung der d- und q-Kompo- nente der Magnetisierungsinduktivität in Abhängigkeit von i _m abschätzen. Das ist in Fig. 2 dargestellt.

Für einen bestimmten Generatorarbeitspunkt, definiert durch eine Drehzahl und einen Leistungssollwert, ist es dann möglich, eine optimale Kombination von Statorströmen /di , / _q i , d2 und i _q z und Erregerstrom ha zu finden, die die Statorverluste P _Vstat und Erregerverluste Pv rot minimieren kann. Unter der Annahme, dass jede Phase den gleichen Widerstand R _s hat und jedes der beiden Statorsysteme die gleichen q- und d-Stromsollwerte I _q und I _ds bekommt, können die vorgenannten Verluste wie folgt berechnet werden:

Pvjtat = 6 i? _s Isrms (5)

Darin ist I _srms der RMS Phasenstrom und der ist wie folgt definiert: r _mS = (6) Die Erregerverluste werden durch die folgende Gleichung berechnet:

Pv rot ^~ ^err ^err (^) wobei V _err den Erregerspannung und / _err den Erregerstrom darstellen. Allerdings sind aufgrund der begrenzten DC-Zwischenkreisspannung, die auch vereinfachend nur als Zwi- schenkreisspannung bezeichnet werden kann, nicht alle verlustoptimalen Arbeitspunkte erreichbar. Das gilt besonders dann, wenn der Gleichrichter als hochsetzender Gleichrichter arbeitet und daher die DC-Zwischenkreisspannung immer um einen bestimmten Faktor über der effektiven Statorspannung liegen muss.

Ein weiterer begrenzender Faktor ist die maximale Stromtragfähigkeit der leistungselektronischen Elemente im Gleichrichter, insbesondere der Halbleiterschalter. Es wird daher vorgeschlagen, die folgenden Randbedingungen zu berücksichtigen:

(8) jlqs ² + Ids ² — fAX (9) Darin sind

Vqs = «> _r Ä _ds - R _s I _qs (1 1 )

V' _(i , = -ω,. _(/ , - R _s l _äs (12) und Ä _ds und Ä _qs sind wie folgt definiert: ^ds ⁼ Lmd {~2 Ids + ifd) ~ ^ls^ds (13)

^qs ⁼ L _mq (--2 I _qs )— L _ls I _qs (14) Darin ist wiederum ω,. die elektrische Drehzahl des Arbeitspunkts und L| _S die Streuinduktivität des Stators. Durch einen iterativen Algorithmus werden alle mögliche Stator- und Erregerstromsollwerte berechnet, die die dargestellten Randbedingungen erfüllen. Es wird die Kombinationen gewählt, die die Summe der Verluste minimiert. Es können auch bekannte Gradientenverfahren, oder andere Verfahren zum Finden eines Maximums verwendet werden.

Es wurde erkannt, dass sich Generatorparameter so stark ändern können, dass eine Berücksichtigung solcher Veränderungen die Steuerung bzw. Regelung verbessern kann. Um daran möglichst gut angepasste Sollwerte zu berechnen, ist die Kenntnis der Generatorparameter R _s , L _ls , L _md und L _mq hilfreich. Der Statorwiderstand ist temperaturabhängig und kann empirisch mithilfe der folgenden Gleichung berechnet werden:

R _S (T) = R _sT0 (l + a(T ~ T ₀ )) (15) wobei R _sT0 der ohmsche Statorwiderstand für eine bestimmte Temperatur To ist, die bspw. 20°C betragen kann, und sich in Abhängigkeit der Temperaturvariation mit dem Faktor a ändert. Die Streuinduktivität L _ls kann durch einen Kurzschlussversuch oder durch FEM Simulationen bestimmt werden.

Der Rotorwiderstand R _e kann einfach aus den gemessenen Variablen V _err und I _err wie folgt berechnet werden: Wenn der Generator sich im eingeschwungenen Zustand befindet, können die q- und d- Komponenten der Statorspannung durch Gleichungen (1 1 ) und (12) berechnet werden. Es wird daher die Berechnung im eingeschwungenen Zustand vorgeschlagen, weil im tran- sienten Zustand die Ableitung der jeweiligen Flüsse in beiden Gleichungen zu berücksichtigen wären, was die Berechnung komplizierter macht. Unter der Annahme, dass R _s und L _ls bekannt sind, können L _md und L _mq durch die folgenden Gleichungen berechnet werden:

^V ds+ ^R s ids ^{~~ M} r ^l lsiqs

L 'mq 2 u> _r i _qs (17)

(18) worin v _qs , v _ds , i _qs , i _ds die Augenblickswerte der entsprechenden Statorspannungen und -ströme sind. Hierbei braucht nur eines der zwei Statorsysteme betrachtet zu werden, weil erkannt wurde, dass diese beiden Statorsysteme als identisch angenommen werden können. Die Ströme und Spannungen in Gleichungen (17) und (18) enthalten viele Ober- Schwingungen und deshalb wird vorgeschlagen, sie zu filtern. Die Schaltfrequenz des Umrichters ist vom Arbeitspunkt abhängig. Daher wird vorgeschlagen, einen zur Filterung möglichst ungünstigen Arbeitspunkt zugrunde zu legen, insbesondere ist ein ungünstiger Arbeitspunkt einer, bei dem eine niedrige Schaltfrequenz vorliegt und/oder eine hohe Oberschwingungsbelastung, die besonders bei einer hohen Sättigung angenommen wird, und darauf basierend die nötigen Filterzeitkonstanten abzustimmen.

Fig. 2 zeigt dabei die Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und L _mq in Abhängigkeit des Magnetisierung sstroms Im. Die Werte der Magnetisierungsinduktivität Lmd liegen etwa 50% bis 100% über denen von L _mq . Besonders ist darauf hinzuweisen, dass die Werte der Magnetisierungsinduktivitäten mit steigendem Magnetisierungsstrom bereits früh absinken und auf Werte von etwa 30% ihrer Anfangswerte absinken. Das wird im Wesentlichen durch Sättigungseffekte hervorgerufen. Die gezeigten Verläufe können sich aber auch verändern, besonders durch Temperaturschwankungen.

Figur 3a zeigt schematisch einen Generator 320 mit Anschlussstruktur. Der Generator 320 weist einen Rotor bzw. Läufer 324 auf, der mit der Drehzahl n in dem Stator 322 rotiert. Der Stator 322 hat einen Statorausgang 328, über den Statorströme, hier nämlich zwei dreiphasige Statorströme, an einen aktiven Gleichrichter 340 gegeben werden. Der aktive Gleichrichter 340 steuert die Statorströme und erzeugt eine Gleichspannung am Gleichspannungszwischenkreis 360, an den ein Wechselrichter 332 angeschlossen ist, um einen dreiphasigen Strom in ein elektrisches Versorgungsnetz 334 einzuspeisen, was hier nur veranschaulichend angedeutet ist. An den Gleichspannungszwischenkreis 360 ist auch ein Erregersteller 330 angeschlossen, der eine Erregerspannung V _err bzw. einen Erregerstrom erzeugt, zum Eingeben in den Läufer 324 an einem Erregereingang 326. Dieser Aufbau liegt auch der Figur 3 zugrunde und der Generator 320 entspricht im Grunde dem Generator 302 der Figur 3. Auch der aktive Gleichrichter 340 der Figur 3a entspricht im Grunde dem aktiven Gleichrichter 304 der Figur 3.

In Figur 3 ist ein Überblick einer vorgeschlagenen Regelungsstruktur 300 dargestellt. Die Eingangssignale für den Algorithmus sind die Drehzahl n und der Leistungssollwert Psoii, der über die Leistungskennlinie des Generators von der Drehzahl abhängt. Ein Beobach- ter. der auch als Observer bezeichnet werden kann, bekommt als Eingangswerte die Statorspannungen und -ströme und berechnet nach Gleichungen (17) und (18) die d- und q- Komponenten der Magnetisierungsinduktivität.

Die Regelungsstruktur 300 der Figur 3 geht von einem Generator 302 und einem aktiven Gleichrichter 304 aus, der auf einen Gleichspannungszwischenkreis 306 gleichrichtet. Der Generator 302 weist zwei dreiphasige Statorsysteme auf und gibt daher über zwei dreiphasige Ausgangsleitungen 308 bzw. 310 seinen Statorstrom als zweimal dreiphasigen Statorstrom an den aktiven Gleichrichter 304 ab.

Einen Bestandteil der Regelung bildet die Schätzeinrichtung 312, die auch als Beobachter oder Observer bezeichnet werden kann, hier aber Parameter schätzt, nämlich die beiden Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und L _mq . Die Eingangsgrößen für die Schätzeinrichtung 312 sind dazu die Statorspannung Vs und der Statorstrom ls. Die Werte erhält die Schätzeinrichtung 312 vom Generator 302. Dazu kommt auch in Betracht, dass diese Größen bereits anderweitig erfasst wurden und beispielsweise in einem Steuerrechner vorhanden sind und die Schätzeinrichtung 312 dort auf diese Größen zurückgreifen kann. Die Schätzeinrichtung 312 muss also nicht unbedingt eigene Messmittel am Generator 302 vorsehen.

Das Ergebnis der Schätzeinrichtung 312 sind die beiden Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und Lmq bzw. das kann auch bezeichnet werden als die d- und q-Komponenten der Mag- netisierungsinduktivität. Diese beiden Größen werden in den adaptiven Regler 314 eingegeben.

Der adaptive Regler 314 erhält außerdem als Eingangsgrößen die aktuelle Drehzahl n und den aktuellen Leistungssollwert PSOÜ. Der aktuelle Leistungssollwert PSOÜ ergibt sich aus einer Drehzahlleistungskennlinie, die in dem Drehzahlleistungskennlinienblock, der verein- fachend als n-P-Block 316 bezeichnet wird, hinterlegt ist. Die Drehzahl n beschreibt die Drehzahl des aerodynamischen Rotors, denn auf die Aerodynamik ist die im n-P-Block 316 hinterlegte Drehzahlleistungskennlinie abgestimmt. Diese Drehzahl n wirkt somit auch maßgeblich auf den Generator 302 und ist somit als Eingangsvariable für den Generator 302 eingezeichnet. Bei einer getriebelosen Windenergieanlage, die hier vorgeschlagen wird, entspricht die Drehzahl n des aerodynamischen Rotors der Drehzahl des Generators, also der Läuferdrehzahl. Der adaptive Regler 314 berechnet nun aus der aktuellen Drehzahl n und der aktuell vorgegebenen Sollleistung Psou eine Erregerspannung V _e , die ein Erregersteller bereitstellen soll, um für eine Erregerleistung in dem Generator 302 zu sorgen, der als fremderregter Generator ausgeführt ist. Außerdem berechnet der adaptive Regler 314 Sollwerte für den Statorstrom bzw. Sollwerte für die einzelnen Phasenströme des zweimal dreiphasigen Statorstroms. Es werden nämlich die Sollwerte für die drei Phasenströme i _a , it. und i _c für den ersten dreiphasigen Statorstrom und die Werte i _x , i _y und i _z des zweiten dreiphasigen Statorstroms berechnet bzw. vorgegeben. Die Umsetzung dieser Sollwerte für den Statorstrom bzw. seiner Komponenten erfolgt dann durch den aktiven Gleichrichter 304. Bei dieser Berechnung bzw. Vorgabe berücksichtigt der adaptive Regler 314 Veränderungen der Magnetisierungsinduktivität, indem er die entsprechenden d- und q-Komponenten berücksichtigt, die er von der Schätzeinrichtung 312 erhält.

Somit können die Werte für den Statorstrom bzw. seine Komponenten und die Erregerleistung bzw. dafür die Erregerspannung durch den adaptiven Regler 314 optimal aufeinander abgestimmt werden. Zusätzlich können dabei Veränderungen der Eigenschaften des Generators 302 berücksichtigt werden.

Figur 4 zeigt zum adaptiven Regler der Figur 3 weitere Details bzw. Variationen. Dabei ist ein Beobachterblock 412 dargestellt, der zusammen mit einem Adaptionsblock 413 etwa der Schätzeinrichtung 312 der Figur 3 gleichgesetzt werden kann. Der Beobachterblock 412 erhält die Statorspannung V _s , den Statorstrom l _s und den Erregerstrom l _e als Eingangsgrößen und beobachtet daraus die beiden Komponenten Lmd und Lmq der Magnetisierungsinduktivität und den Magnetisierungsstrom L, die er an den Adaptionsblock 413 weitergibt. Der Adaptionsblock 413, der aber auch Teil eines adaptiven Reglers im Sinne des adaptiven Reglers 314 der Figur 3 sein könnte, adaptiert dann, zumindest u.a., die Werte der Magnetisierungsinduktivität. Der Adaptionsblock 413 veranschaulicht symbolhaft eine Veränderung der Verläufe der beiden Komponenten Lmd und L _mq der Magnetisierungsinduktivität. Der obere symbolische Block entspricht dem Diagramm der Figur 2, allerdings nur bis zu einem Magnetisierungsstrom von 4000A. Von diesem oberen Zusammenhang geht dieser Adaptionsblock 413 somit zunächst aus und schätzt dann dazu zu dem aktuellen Betriebspunkt, der durch den aktuellen Magnetisierungsstrom l _m gekennzeichnet ist, jeweils einen neuen Wert für die beiden Komponenten Lmd und Lmq. Das ist in dem Adaptionsblock 413 in der oberen Darstellung durch die beiden Pfeile e angedeutet, die auf die beiden neu geschätzten Werte für Lmd und Lmq zeigen. Entsprechend wird, was das untere Diagramm in dem Adaptionsblock 413 andeutet, die Kennlinie der beiden Komponenten Lmd und L _mq der Magnetisierungsinduktivität verändert. Entsprechend enthalten diese beiden Kennlinien einen Knick, optimalerweise können aber nach und nach auch weitere Werte der Kennlinien angepasst werden und zu einer gesam- ten Veränderung der Kennlinien führen.

Das Ergebnis wird dann in den Optimierungsblock 414 gegeben, der dann davon abhängig Sollwerte erzeugen kann. Die von dem Adaptionsblock 413 in den Optimierungsblock 414 ü bergebenen Parameter sind nicht im Detail in Figur 4 gezeigt, es werden aber jedenfalls die aktuellen Werte der Komponenten Lmd und L _mq der Magnetisierungsinduktivität überge- ben. Es können dort aber auch vollständig veränderte Kennlinien der Verläufe der Komponenten Lmd und Lmq der Magnetisierungsinduktivität übergeben werden. Andererseits ist auch hier die Blockdarstellung der Figur 4 symbolhaft zu verstehen und sämtliche Blöcke können in einem einzigen Prozessrechner realisiert sein und dann greift beispielsweise der Optimierungsblock 414 bzw. der dadurch symbolisierte Optimierungsalgorithmus auf die Werte zu, die er benötigt. Als Zykluszeit wurden 0,01 s gewählt (Ts=1 e-2).

Der Optimierungsblock 414 erhält weiterhin einen Leistungssollwert P _se t, der den aktuell einzustellenden Leistungswert bezeichnet, nämlich für die vom Generator oder der Windenergieanlage abzugebende Abgabeleistung.

Dieser konkret einzustellende Leistungssollwert P _se t ist das Ergebnis einer Leistung ssoll- wertregelung 416. die hier als Pl-Regler ausgebildet ist. Dieser Pl-Regler 416 erhält eine gewünschte Abgabeleistung Psoii und einen Ist-Wert der aktuellen Abgabeleistung P _m , der insoweit auch eine gemessene Leistung bezeichnet. Wird nun der Leistungssollwert verändert, wird also Psoii verändert, ist nicht gewünscht, dass eine entsprechend möglicherweise sprungartige Veränderung auch so in den Optimierungsblock gegeben wird. Ent- sprechend ist diese P-Sollwertregelung 416 vorgesehen, die den tatsächlich aktuell einzustellenden Leistungswert Pset mit einer Dynamik dem vorgegebenen Leistungssollwert Psoii nachführt.

Der Optimierungsblock 414 berechnet dann basierend auf den genannten Eingaben Statorströme und eine Erregerspannung. Die Erregerspannung kann direkt als einzustellende Erregerspannung V _e ausgegeben werden. Die einzustellenden Statorströme werden zunächst für jedes Statorteilsystem in d/q-Komponenten ausgegeben. Entsprechend werden die Werte l _qs i , Ids-i , l _qS 2, 2 ausgegeben. Sie werden allerdings zunächst auf den Transfer- mationsblock 415 gegeben, der diese d/q-Komponenten in a, b, c -Komponenten transformiert. Es ergeben sich dann bei den betrachteten zweimal dreiphasigen Statorsystemen sechs einzelne Augenblickswerte, nämlich ia. ib. ic, ix, iy und iz. Diese sechs Stromwerte können dann, wie in Figur 3 angedeutet, als Augenblickssollwerte an den aktiven Gleich- richter (304 in Figur 3) gegeben werden. Im Übrigen benötigt der Transformationsblock 415 zur Durchführung der Transformation den aktuellen Rotorwinkel Θ, nämlich des Rotors des Generators, also des Läufers.

In Figur 4 ist somit der adaptive Regler 314 der Figur 3, mit weiteren Details dargestellt. Ein Optimierungsalgorithmus 414 berechnet den Erregerstromsollwert / _err bzw. die ent- sprechende Erregerspannung V _err , was in der Figur 4 als V _e bezeichnet ist, und die Statorstromsollwerte I _qs und I _ds . Unter der Annahme von Symmetrie zwischen den beiden Statorsystemen sind die Stromsollwerte für beide Systeme identisch.

Die sechs Statorströme des sechsphasigen Generators werden in Abhängigkeit der gewünschten Leistung P _se t und damit der Erregerspannung V _e eingestellt. Dazu ist es hilf- reich, die Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und L _mq zu kennen. Die Zusammenhänge in d/q-Komponenten sind besonders in der Gleichung (1 ) und den ergänzenden Erläuterungen und Gleichungen gegeben. Basierend auf der Gleichung (1 ) kann bspw. eine rekursive Lösung gefunden werden.

Es wurde aber erkannt, dass die Magnetisierungsinduktivitäten nicht konstant sind, son- dem von dem aktuellen Betriebspunkt des Generators abhängen können. Besonders hängen sie vom Magnetisierungsstrom ab, wie in Figur 2 und in der oberen Hälfte des Blocks 413 in Figur 4 gezeigt ist. Darüber hinaus wurde aber auch erkannt, dass die Magnetisierungsinduktivitäten zusätzlich von weiteren Größen abhängen können, insbesondere können sie temperaturabhängig sein. Das bedeutet besonders, dass die in Figur 2 gezeigten Kennlinien veränderlich sind. Es wird vorgeschlagen, das zu berücksichtigen.

Der Optimierungsblock 414 berücksichtigt, dass die Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und Lmq veränderlich sind, indem er die jeweils aktuellen Werte verwendet. Dazu kann er bspw. jeweils zum aktuellen Arbeitspunkt eine rekursive Lösung basierend auf der Gleichung (1 ) finden und davon abhängig die Statorströme l _qs i , Idsi , l _qS 2 und Ids2 in d/q-Koordinaten be- stimmen. Es kommt natürlich auch in Betracht, solche rekursiven Lösungen oder andere Lösungen vorab zu bestimmen und in einer Tabelle zu hinterlegen, aus der sie dann im Betrieb abgerufen werden. Zwischenwerte können interpoliert werden. Der Optimierungsblock 414 gibt somit die Statorströme vor. die eingestellt werden, und adaptiert dafür wenigstens die verwendeten Magnetisierungsinduktivitäten. Die Magnetisierungsinduktivitäten sind dabei Parameter und insoweit ist der Optimierungsblock 414 eine adaptive Steuerung bzw. ein Teil einer adaptiven Steuerung . Dazu erhält der Optimierungsblock 414 diese Magnetisierungsinduktivitäten vom Adaptionsblock 413. Dabei soll der Adaptionsblock 413 besonders veranschaulichen, dass die Magnetisierungsinduktivitäten einer Veränderung unterworfen sind und diese Veränderung wird auch berücksichtigt. Insoweit können auch der Adaptionsblock 413 zusammen mit dem Optimierungsblock 414 als adaptive Steuerung verstanden werden. Tatsächlich dient der Adaptionsblock 413 besonders der Veranschaulichung der angenommenen Veränderung . Dabei wird zunächst, nämlich gemäß dem oberen Diagramm des Adaptionsblocks 413, von einem ursprünglich als Originalverlauf hinterlegten Zusammenhang zwischen dem Magnetisierungsstrom l _m und den Magnetisierungsinduktivitäten ausgegangen. Es wurde aber erkannt, dass es dazu Abweichungen geben kann. Um das besser zu berücksichtigen, können dann zum jeweiligen Magnetisierungsstrom l _m , Magnetisierungsinduktivitäten durch einen Beobachter beobachtet werden, was auch als Schätzung bezeichnet werden kann. Der Beobachter ist als Beobachterblock 412 dargestellt. Er kann den Erregerstrom , die Statorspannung Vs und den Statorstrom ls als Eingangsgrößen erhal- ten und die Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und L _mq sowie den Magnetisierungsstrom l _m beobachten bzw. abschätzen und ausgeben.

Dem Grund nach hat der Beobachterblock 412 also die Funktion, die Magnetisierungsinduktivitäten Lmd und Lmq sowie den Magnetisierungsstrom l _m aus den genannten Eingangsgrößen zu bestimmen. Dies kann mit einem klassischen Beobachter erfolgen dem eine Systembeschreibung zu Grunde liegt, wie sie besonders durch die Gleichungen (4), (17) und (18) gegeben ist. Alternativ kann der Beobachterlock 412 durch einen Schätzalgorithmus oder durch eine Berechnung die Magnetisierungsinduktivitäten Lmd, L _mq sowie den Magnetisierungsstrom l _m bestimmen. Auch das kann basierend auf den Gleichungen (4), (17) und ( 18) erfolgen. Die Gleichungen (4), ( 17) und ( 18) betreffen auch aktuelle Messwerte, sodass darüber tatsächliche Einflüsse, besonders thermisch bedingte Einflüsse, in die Bestimmung eingehen. Durch die Anwendung der Gleichungen können somit temperaturbedingte Änderungen erkannt und berücksichtigt werden. Die Kennlinie gemäß Figur 2 kann somit entsprechend verbessert werden.

Die so beobachteten Werte für Lmd, L _mq und l _m werden anschließend in den Adaptionsblock 413 eingegeben, nachdem sie von dem Beobachterblock 413 für einen Arbeitspunkt bestimmt wurden.

Das ist in dem Adaptionsblock 413, im oberen Diagramm durch die beiden Pfeile„e" angedeutet. Der Pfeil „e" veranschaulicht somit zwei durch den Beobachterblock bestimmte Werte für Lmd und L _mq in einem bestimmten Arbeitspunkt im oberen Diagramm des Adapti- onsblocks 413. Diese arbeitspunktabhängigen Werte für Lmd und L _mq werden in das untere Diagramm des Adaptionsblocks 413 übertragen und führen zu den beiden gezeigten Knicken. Es werden also in dem Adaptionsblock 413 für die Magnetisierungsinduktivitäten Anfangswerte hinterlegt, zum Beispiel in Form einer Kennlinie oder einer Lookup-Tabelle, die dann mit den aktuellen Werten aus dem Beobachterlock 413 laufend aktualisiert werden. Die aktualisierten bzw. adaptierten Werte für Lmd, L _mq und l _m werden anschließend an den Optimierungsblock 414 übergeben, der die aktualisierten Werte zur Bestimmung der Statorströme berücksichtigt.

Insoweit veranschaulicht der Adaptionsblock 413, besonders im Vergleich zu Figur 2, wie die Bestimmung der Magnetisierungsinduktivitäten durch den eingesetzten Beobachter- block 412 erfolgt und wie die sich im Betrieb ändernden Magnetisierungsinduktivitäten bestimmt werden, um diese anschließend in dem Optimierungsblock 414 zur Berechnung der Statorströme berücksichtigen zu können.

Die Figuren 4a und 4b zeigen jeweils Ausführungsformen bzw. Details zur Reglerstruktur der Figur 4, nämlich besonders, wie eine Bestimmung der Statorsollströme in dem Block 414 umgesetzt wird.

Hierzu zeigt Figur 4a die Bestimmung der Statorsollströme mittels Kennlinienberechnung. Dazu sind in dem Block 414 drei Statorsollstromkennlinien 418 hinterlegt. Jede dieser drei Statorsollstromkennlinie gibt einen Sollstromwert in Abhängigkeit der abzugebenden Sollleistung Pset aus, nämlich l _e bzw. V _e , l _qs i , l _q si , i _qS 2, Idsi , Ids2. Diese werden anschließend, wie in der Figur 4 gezeigt, aber nicht in der Figur 4a und 4b gezeigt, in i _a , it>, i _c und ix, i _y , i _z umgeformt und dem Umrichter 304 als Sollströme vorgegeben. Somit gibt die Statorsollstromkennlinie jeweils einen Zusammenhang zwischen der abzugebenden Sollleistung und dem jeweiligen zu bestimmenden Statorsollstrom an.

In einer weiteren Ausführungsform der Figur 4a, die mit drei gestrichelten Update-Pfeilen 419 und dem Block 420 veranschaulicht ist, werden die Statorsollstromkennlinien 418 in einer wiederkehrenden Routine an geänderte Bedingungen adaptiert. Hierzu kann eine wiederkehrende Routine in der adaptiven Steuerung 414, nämlich in Block 420, ausgeführt werden, mit der die Statorsollstromkennlinien 418 angepasst werden. Die Anpassung ist dabei über die drei Update-Pfeile 419 veranschaulicht. Dabei berücksichtigt die wiederkeh- rende Routine 420 geänderte Bedingungen in Form der geschätzten Größen, nämlich als die geschätzten Magnetisierungsinduktivitäten (Lmd, Lmq), einen geschätzten Statorwiderstand (Rstator) und einen geschätzten Erregerwiderstand (Ren). Diese Schätzgrößen werden vom Beobachterblock 412 bzw. vom Adaptionsblock 413 bereitgestellt, wobei in dem Adaptionsblock 413 die Induktivitätskennlinie hinterlegt ist. Die Anpassung der Statorsollstrom- kennlinien 418 erfolgt dabei langsamer als das Bestimmen der Statorsollströme aus den Statorsollstromkennlinien, insbesondere da sich Lmd, Lmq, Rstator und Ren- im Betrieb entsprechend langsam ändern.

Figur 4b zeigt in einer alternativen Ausführungsform zur Figur 4a eine Bestimmung der Statorsollströme im Optimierungsblock 414, nämlich mittels einer online Bestimmung bzw. Berechnung. Dazu werden Statorsollströme ( , l _qs i , l _qS 2, Idsi , 2) online bestimmt in Abhängigkeit der Sollleistung (Pset) und wenigstens in Abhängigkeit einer, mehrerer oder aller Größen Lmd, Lmq, Λ stator und Ren-. Online bedeutet hier, dass die Berechnung im laufenden Betrieb der Windenergieanlage erfolgen kann. Dazu ist in dem Block 414 ein Berechnungsalgorithmus 422 hinterlegt, der aus den genannten Schätzgrößen die Statorsollströme be- rechnet. Ein solcher Algorithmus kann in der Adaptiven Steuerung hinterlegt sein, beispielsweise in Form von Berechnungsvorschriften, und/oder auf einem Prozessrechner ausgeführt werden. Die genannten Schätzgrößen werden dabei analog zur Figur 4a von dem Beobachterblock 412 bzw. vom dem Adaptionsblock 413 bereitgestellt.

Für die Induktivitäten, nämlich besonders L _md und L _mq , werden Werte aus einer oder mehreren Tabellen verwendet, die auch als„Lookup-Tabellen" bezeichnet werden können. Diese eine oder mehreren Tabellen werden in Abhängigkeit des Magnetisierungsstroms i _m während des Generatorbetriebs aktualisiert, und zwar immer dann für jeweils einen Arbeitspunkt, wenn ein eingeschwungener Betriebszustand vorliegt. Im eingeschwungenen Zustand beschreiben Gleichungen (1 1 ) und (12) die d- und g-Komponenten der Statorspannung und deshalb können die Induktivitäten L _md und L _mq durch Gleichungen (17) und (18) geschätzt werden, und dann die Werte aktualisiert werden.

Um sowohl Modellierungsungenauigkeiten als auch nicht berücksichtigte Verluste zu kom- pensieren, ändert ein Pl-Regler den Leistungssollwert der Regelung. Dieser Pl-Regler ist nur in der Nähe der Leistungssollwerte aktiv und dient als Basis für die Stromsollwertge- nerierung, bis die gewünschte Abgabeleistung erreicht wird. Bei großen Abweichungen vom Sollwert kann der I-Anteil deaktiviert werden. Wegen einer eher großen Zeitkonstante des Generators werden die Sollwerte mit einer geringen Frequenz berechnet, die bspw. 100 Hz betragen kann, was im Vergleich zu einer maximalen Taktfrequenz üblicher Mikro- controller von 10 KHz ein vergleichsweise geringer Wert ist.

Es wird somit eine Regelung eines aktiven Gleichrichters für eine fremderregte Synchronmaschine mit optimiertem Maschinenwirkungsgrad vorgeschlagen. Die fremd erregte Synchronmaschine kann auch als fremderregter Synchrongenerator bezeichnet werden. Es wurde besonders eine Regelung beschrieben für eine Synchronmaschine mit zwei Generatorsystemen. Das Verfahren kann aber auch für eine abweichende Anzahl von Generatorsystemen bzw. Statorsystemen angepasst werden, nämlich neben zwei dreiphasigen Systemen kommen auch vier oder mehr Statorsysteme in Betracht.

Zweck der Erfindung ist es besonders, eine fremd erregte Synchronmaschine mit mehreren Generatorsystemen bzw. Statorsystemen und stark sättigungsabhängigen Parametern mit einem aktiven Gleichrichter im Wirkungsgrad optimiert zu betreiben. Die Sättigungscharakteristik der Maschine, bzw. die Abschätzung des korrekten Verhaltens der Magnetisierungsinduktivität, kann mit der beschriebenen Lösung erreicht werden und für ein Regelverfahren für aktive Gleichrichter eingesetzt werden und dadurch kann auch die Sätti- gungscharakteristik der Maschine berücksichtigt werden. Außerdem ist die vorgestellte Lösung für fremd erregte Synchronmaschinen geeignet.

Die unten genannten Literaturstellen [a] und [b] beschreiben Lösungen für fremderregte Synchrongeneratoren.

Die Literaturstelle [a] zeigt dabei ein Verfahren für die Regelung einer fremderregten Syn- chronmaschine. Stromsollwerte werden analytisch berechnet durch das "Lag ränge Multi- plier'-Verfahren, um die gesamten Stator und Rotor-Verluste zu minimieren. Ein Self-Tu- ning-Algorithmus ist dargestellt, der einige Parameter für die analytische Berechnung im Betrieb ändern kann, unter der Annahme, dass die Maschine sich im eingeschwungenen Zustand befindet. Allerdings werden nur die i_d-Komponente des Statorstroms und der Erregerstrom i_err angepasst.

In Bezug auf die Parameterabschätzung werden oft Verfahren vorgeschlagen, die auf RLS (Recursive Least Square) Methoden basieren o. ä. und die Annahme des eingeschwungenen Zustande ist dafür nötig, um die Ableitung der Flüsse zu vernachlässigen. Zur Verbesserung basiert in der vorgeschlagenen Lösung die Abschätzung der Induktivitäten L _md und L _mq auf einem Verfahren, in dem die entsprechenden Parameter einfach durch algebraische Gleichungen berechnet werden.

Die Erfindung kann, zumindest in einigen Ausführungsformen, für die Regelung einer fremderregten Synchronmaschine mit mehreren Generatorsystemen verwendet werden. Unter der Annahme, dass die Parameter der Maschine den tatsächlichen Eigenschaften der Maschine entsprechen, kann der Algorithmus den jeweils global optimalen Arbeitspunkt berechnen, um die Stator- und Rotor-Verluste für eine bestimmte Sollwertleistung zu minimieren. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, die Lookup-Tabellen der Induktivitäten durch eine Online-Parameterschätzung zu korrigieren, die durch eine algebraische Auswertung der gemessenen Generatorgrößen, nämlich der Spannungen, der Ströme und der Drehzahl, durchgeführt werden kann.

Da die Arbeitspunkte durch eine numerische iterative Berechnung bestimmt werden, ist eine entsprechende Rechenleistung erforderlich. Das Problem wurde erkannt und die Berechnung kann aufgrund der großen mechanischen Trägheit der Maschine und der großen Zeitkonstante des Rotors mit einer im Vergleich zur Taktfrequenz von modernen Mikrocon- trollern niedrigen Frequenz durchgeführt werden.

[a] Chi D. Nguyen and W. Hoff man, "Self-Tuning Adaptive Copper-Losses Mini- mization Controi of Externally Excited Synchronous Motors", International Conference on Electrical Machines (ICEM) 2014, pp. 897-902, 2-5 Sept. 2014.

[b] D. Kowal, P. Sergeant, L. Dupre ^' and H. Karmaker, "Comparison of Frequency and Time-Domain Iron and Magnet Loss Modeling Including PWM Harmonics in a PMSG for Wind Energy Application". IEEE Trans, on Energy Conversion. vol. 30. no.2. pp. 476- 486, June 2015.