СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к способу ввода электрической мощности в электрическую сеть, в особенности с применением одной или нескольких ветроэнергетических установок. Кроме того, изобретение относится к ветроэнергетической установке, а также ветроэнергоцентру, а также к системе ветроэнергоцентров с несколькими ветроэнергоцентрами.

Способы для ввода электрической мощности, особенно посредством ветроэнергетических установок, в электрическую сеть общеизвестны. Дополнительно к чистому вводу располагаемой энергии или мощности, если рассматривается мгновенное потребление, такие способы для ввода часто также могут и должны воспринимать задания по стабилизации сети. Проще говоря, может предусматриваться в зависимости от напряжения в питаемой сети, далее упрощенно упоминаемой как сеть, вводить больше или меньше мощности и/или больше или меньше реактивной мощности, называя лишь несколько примеров. Сетевое напряжение, то есть амплитуда электрического напряжения в сети, в частности эффективное значение этого напряжения, может быть важным параметром, чтобы в зависимости от него предпринимать меры по стабилизации сети.

Например, из международной публикации WO 02/086315 А1 известно зависимое от сетевого напряжения регулирование фазового угла и, тем самым, зависимый от напряжения ввод реактивной мощности. Из немецкой патентной заявки согласно выложенной публикации DE 19 756 777 А1 известно зависимое от сетевого напряжения регулирование мощности, которое вводимую мощность изменяет в зависимости от сетевого напряжения.

На основе широкого распространения децентрализованных устройств ввода, таких как ветроэнергетические установки или ветроэнергоцентры (парки) с множеством ветроэнергетических установок, возникает проблема, состоящая в том, что нескольким установкам желательно, согласно тому же самому предписанию, предпринимать сетевую поддержку независимо друг от друга. Это может привести к тому, что установка пытается скомпенсировать достигаемый эффект поддержки посредством другой установки. Проблема, в частности, проявляется тогда, когда параметры в сети, в частности сетевое напряжение, подвержены легким колебаниям, то есть, в частности, по своей амплитуде испытывают некоторые колебания, и случайным образом одна из упомянутых в качестве примера установок регистрирует скорее более низкое значение колебаний напряжения, а другая установка регистрирует скорее более высокое значение колебаний. В этом случае установка, которая в соответствии с тенденцией зарегистрировала пониженное значение, склоняется к тому, чтобы ввести меры для повышения напряжения, в то время как установка, которая в соответствии с тенденцией зарегистрировала повышенное значение, склоняется к тому, чтобы ввести меры для понижения напряжения. Тем самым установки могут работать противоположно друг другу. По меньшей мере может возникнуть ситуация, состоящая в том, что возможные сетевые поддержки выполняются только одной установкой, а другие установки не вносят или вносят очень малый вклад.

При применении ветроэнергоцентра эта проблема может решаться тем, что ветроэнергетические установки управляются централизованным образом так, что они получают, например, процентное установочное значение, которое задается от центрального блока управления, который соответственно задействует в сети также только одно измерение напряжения. В любом случае установки такого ветроэнергоцентра более не могут вследствие этого работать противоположно друг другу. Централизованное регулирование парка описано, например, в заявке на европейский патент ЕР 2 113 980 А2.

Вышеназванная проблема, состоящая в том, что питающие установки могут работать противоположно друг другу, или что по меньшей мере возникает нежелательное неуравновешенное распределение сетевой поддержки, может также возникать и для нескольких ветроэнергоцентров, выполняющих независимо друг от друга ввод мощности в сеть. В случае нескольких различных ветроэнергоцентров эта проблема часто приводит к тому, что ветроэнергетические установки разных изготовителей объединяются друг с другом. Это затрудняет по меньшей мере координацию и общее задание целевых значений, как это было пояснено выше для нескольких ветроэнергетических установок в одном парке.

В качестве общего уровня техники можно сослаться на документы US 2004/0010350 A1, WO 2011/073670 A2 и WO 2009/068034 A1.

В основе изобретения лежит, таким образом, задача решить по меньшей мере одну из вышеназванных проблем. В частности, должно быть предложено решение, которое обеспечивает возможность того, что несколько в принципе независимо друг от друга эксплуатируемых блоков, питающих ту же самую сеть, соответственно, соразмерно вводят мощность в сеть, в частности соразмерно по меньшей мере относительно их величины или питающей емкости могут выполнять мероприятия по сетевой поддержке. По меньшей мере должно быть предложено альтернативное решение.

В соответствии с изобретением предложен способ согласно п. 1 формулы изобретения. В соответствии с ним электрическая мощность вводится в электрическую сеть посредством по меньшей мере одной ветроэнергетической установки с питающим устройством в точке питания (ввода мощности). Может быть предусмотрена одна ветроэнергетическая установка, несколько ветроэнергетических установок и/или ветроэнергоцентр, причем ввод мощности может предусматривать применение трансформатора.

Ввод мощности осуществляется в зависимости от электрических параметров в сети. Измеренные значения электрических параметров или измеренные значения для определения электрических параметров, если измерение осуществляется косвенным образом, регистрируются в моменты времени измерений с предопределенными временными интервалами. Моменты времени измерений синхронизируются с внешним сигналом времени, доступным вне первого питающего устройства.

Предопределенные временные интервалы могут, например, следовать с секундным темпом или с минутным темпом. Это не исключает, что ввиду конкретных обстоятельств моменты времени также пропускаются.

Электрические параметры, таким образом, регулярным образом определяются, и посредством внешнего временного сигнала осуществляется синхронизация, которая позволяет задать абсолютные моменты времени.

Например, прием измеренного значения может осуществляться в полные минуты. Это указание времени как полных минут за счет внешней синхронизации является указанием времени, которое определено вне питающего устройства и, таким образом, также применяется в других питающих устройствах, которые не должны иметь никакой связи с данным питающим устройством. Таким образом, внешняя синхронизация обеспечивает возможность того, что работающие независимо друг от друга питающие устройства фактически регулярно в одинаковый момент времени измерений регистрируют параметры сети, например сетевое напряжение. Если сетевое напряжение подвержено колебаниям, то за счет этой синхронизации может достигаться то, что независимо друг от друга работающие и тем самым независимо друг от друга измеряющие питающие устройства измеряют ту же самую сетевую ситуацию. Если, таким образом, ввиду выбранного момента времени измерений случайно при колеблющемся напряжении измеряется высокое значение этого колеблющегося напряжения, то все эти питающие устройства измеряют это высокое значение. И наоборот, то же самое справедливо, если регистрируется пониженное значение напряжения такого колеблющегося напряжения. Требуется только предоставить в распоряжение внешний сигнал синхронизации для каждого из этих упомянутых питающих устройств.

Такой временной сигнал или сигнал синхронизации может, например, быть временным сигналом спутниковой системы позиционирования, как, например, GPS или другая система, такая как Glonass или Galileo.

Хотя, в частности, система GPS приобрела известность только в связи с определением местоположения, она также содержит временной сигнал. Официальное обозначение GPS определяется следующим образом: «Навигационное спутниковое хронирование и определение дальности - система глобального позиционирования». Таким образом, такая система GPS вырабатывает глобально доступный временной сигнал. Таким образом, абсолютным образом одна полная минута, оставаясь в рамках рассматриваемого примера, единообразно глобально доступна, независимо от того, должна ли она, например, совпадать с полной минутой атомных часов. Решающим является то, что все питающие устройства, которые должны эксплуатироваться способом, соответствующим изобретению, определяют тот же самый момент времени измерений. Это возможно посредством применения такого внешнего, доступного вне питающих устройств, временного сигнала, как сигнал GPS.

Предпочтительным образом питающее устройство выполнено как ветроэнергетическая установка или как ветроэнергоцентр с несколькими ветроэнергетическими установками. Так, в частности, для ветроэнергетических установок, вводящих мощность в сеть независимо друг от друга, или для ветроэнергоцентров, вводящих мощность независимо друг от друга, создается соответствующая настройка простым и эффективным образом. За счет этого обеспечивается возможность одновременного выполнения мер сетевой поддержки, не требуя того, чтобы эти независимо вводящие мощность ветроэнергетические установки или независимо вводящие мощность ветроэнергоцентры осуществляли связь друг с другом.

Предпочтительным образом измеренные значения принимаются на предопределенной длительности периода, в частности усредняются. Так может, например, в каждую минуту осуществляться и оцениваться усреднение в течение 1 с или 5 с в качестве лишь двух примеров. Посредством установления абсолютных моментов времени измерений, которые при этом могут устанавливаться, например, как моменты времени начала длительности периода, прием измерения и, в особенности, формирование среднего значения осуществляется в независимо друг от друга работающих питающих устройствах в том же самом временном диапазоне и, тем самым, получаются, по существу, те же самые измеренные значения или усредненные значения.

Предпочтительным образом эксплуатируется несколько питающих устройств, и каждое питающее устройство приводится в действие для ввода мощности в соответственно собственной точке ввода мощности. Каждое из этих питающих устройств применяет для синхронизации соответствующих моментов времени измерений тот же самый временной сигнал. Таким образом, моменты времени измерений всех этих питающих устройств синхронизируются, и соответственно все эти питающие устройства измеряют в тот же самый, то есть в абсолютном масштабе тот же самый момент времени. И здесь, хотя некоторые возможные колебания напряжения не идентифицированы и могла бы иметься незначительная ошибка измерения, но такая ошибка измерения была бы у всех этих питающих устройств одинаковой, во всяком случае, если она относится к временным колебаниям в сети или вызвана ими.

Согласно другой форме выполнения предлагается, что по меньшей мере одно питающее устройство, в частности все используемые питающие устройства имеют соответственно часы, в частности высокоточные часы. При этом моменты времени измерений вычисляются посредством часов, и часы регулярно синхронизируются с помощью внешнего временного сигнала. Тем самым должно обеспечиваться равенство по времени моментов времени измерений этого питающего устройства по отношению к другим питающим устройствам или достигаться равенство по времени моментов измерения всех применяющих этот способ питающих устройств. За счет применения часов, то есть внутренних часов, достигается то, что способ для ввода мощности не зависит от непрерывной доступности внешнего временного сигнала. Напротив, способ может функционировать на основе внутренних часов, и временное выравнивание с внешним сигналом синхронизации требуется выполнять лишь время от времени. Как часто должна выполняться такая синхронизация, зависит, в частности, от качества синхронизма внутренних часов.

Предпочтительным образом в качестве электрического параметра или в качестве электрических параметров регистрируется сетевое напряжение. К тому же является благоприятным, что в зависимости от зарегистрированных электрических параметров, в частности от зарегистрированного сетевого напряжения, принимаются меры для поддержки сети, в частности, чтобы реактивная мощность и дополнительно или альтернативно действительная мощность вводилась в сеть в зависимости от зарегистрированного сетевого напряжения. Тем самым сетевая поддержка посредством этого ввода реактивной и/или активной мощности от нескольких питающих устройств, в частности нескольких ветроэнергетических установок, в частности от нескольких ветроэнергоцентров, осуществляется соразмерным образом. За счет этого предотвращается неравномерная перегрузка вследствие такой сетевой поддержки.

Предпочтительным образом регистрация внешнего временного сигнала для синхронизации и/или выполнения синхронизирования может выполняться посредством Scada-системы (системы комплексной автоматизации промышленного производства). Эта в принципе известная система может также содержать внутренние часы, например, для паркового регулирования. Scada-система может в зависимости от формы выполнения предусматриваться как централизованное управление для ветроэнергоцентра или для частичных функций в вероэнергоцентре.

Кроме того, предлагается ветроэнергетическая установка с аэродинамическим ротором для получения вращательного движения от ветра, с электрическим генератором для генерации электрической мощности из вращательного движения и с питающим средством, в частности инвертором (преобразователем переменного тока в постоянный) для ввода электрической мощности или ее части в электрическую сеть. В соответствии с этим предложено выполненную с возможностью ввода мощности в сеть ветроэнергетическую установку оснастить в соответствии со способом согласно по меньшей мере одной из описанных форм выполнения. В частности, такая ветроэнергетическая установка имеет упомянутые технические средства, предполагаемые в соответствующих формах выполнения. В особенности, такая ветроэнергетическая установка имеет средство управления с процессорным управлением, которое реализует один из упомянутых способов. Предпочтительным образом ветроэнергетическая установка имеет, в частности, ее устройство управления, внутренние часы, которые могут синхронизироваться посредством доступного извне сигнала.

Кроме того, предложен ветроэнергоцентр с несколькими ветроэнергетическими установками, который управляется способом согласно по меньшей мере одной из упомянутых форм выполнения, в особенности тем что такой способ реализуется. Такой ветроэнергоцентр может иметь оснащенные в соответствии с таким способом ветроэнергетические установки, или ветроэнергоцентр может иметь центральный блок управления для реализации одного из соответствующих изобретению способов. Синхронизация и соответственно выполняемое измерение в абсолютные моменты времени может для ветроэнергоцентра предусматриваться централизованным образом. В этом отношении измерение нескольких ветроэнергоцентров может согласовываться друг с другом за счет применения синхронизированных моментов времени измерения, не требуя осуществления связи между ветроэнергоцентрами.

Соответственно, также предложена система ветроэнергоцентров с несколькими ветроэнергоцентрами, причем каждый ветроэнергоцентр управляется согласно способу, соответствующему изобретению.

Далее изобретение поясняется в качестве примера на основе форм выполнения со ссылками на приложенные чертежи.

Фиг. 1 показывает ветроэнергетическую установку, которая применяет соответствующий изобретению способ.

Фиг. 2 схематично показывает соответствующий изобретению принцип синхронизации двух ветроэнергоцентров.

Фиг. 3 схематично показывает ветроэнергоцентр, подключенный в сети, с синхронизацией с помощью SCADA-системы.

Фиг. 4 иллюстрирует основополагающую проблему измерения напряжения при колеблющемся напряжении.

Фиг. 5 показывает диаграмму для иллюстрации зависимого от напряжения ввода реактивной мощности в качестве примера сетевой поддержки.

На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с мачтой 102 и гондолой 104. На гондоле 104 размещен ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и вращатель 110. Ротор 106 в процессе работы приводится во вращательное движение и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104.

Фиг. 2 схематично показывает сеть 10, проводные свойства которой иллюстративно обозначены через индуктивность 12 провода, сопротивление 14 провода и емкость 16 провода. При реальном рассмотрении из-за этого на обоих концах этих индуктивности 12 провода, сопротивления 14 провода и емкости 16 провода возникают различные напряжения в сети, которые обозначены как U1 и U2.

В соответствующих местах осуществляет ввод мощности в сеть первый ветроэнергоцентр WP1 и второй ветроэнергоцентр WP2. Каждый их этих обоих ветроэнергоцентров WP1 и WP2 имеет возможность вводить в сеть 10 реактивную мощность, что указано посредством регулятора 18 реактивной мощности, который также может быть обозначен как Q-регулятор.

Соответственно, оба ветроэнергоцентра WP1, WP2 имеют приемник 20 напряжения, который измеренное значение U напряжения выдает на регулятор 18 реактивной мощности, чтобы он мог ввести в сеть 10 реактивную мощность в зависимости от напряжения.

Возможный способ ввода реактивной мощности показан на фиг. 5. Там приведена реактивная мощность Q в зависимости от напряжения U₁ или U₂. Для простоты здесь исходим из линейной взаимосвязи между реактивной мощностью Q и напряжением U₁ или U₂, которая с определенного значения напряжения принимает предельное значение. В первом приближении исходим здесь из того, что напряжения U₁ или U₂, которые могут относиться к представлению на фиг. 2, примерно равны по величине. Следует иметь в виду, что здесь речь идет о высоте напряжения в смысле эффективного значения напряжения. Но также в основу могут быть положены и другие параметры, что, однако, является менее типичным.

На фиг. 2 в качестве иллюстрации представлено, что оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2 синхронизируются посредством глобального временного сигнала 22. Этот внешний временной сигнал 22 здесь формируется посредством системы GSM, которая наряду с местоположением, обозначенным как Pos, также формирует временной сигнал, обозначенный как Т. В качестве иллюстрации это представлено временным датчиком 24, который обеспечивает возможность синхронизации, например, в начале минуты. Информация синхронизации от временного датчика 24 передается на оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2.

Ветроэнергоцентр 30 на фиг. 3 для наглядности показан как содержащий три ветроэнергетические установки 32. Ветроэнергоцентр 30 и, тем самым, отдельные ветроэнергетические установки 32 управляется (управляются) посредством регулятора 34 ветроэнергоцентра, который может быть обозначен как WP-контроллер. При этом ветроэнергоцентр или каждая отдельная установка получает зарегистрированное в сети напряжение U и заданное значение реактивной мощности Q.

Для этого регулятор 34 ветроэнергоцентра получает данные от SCADA-системы 36, которая от спутниковой системы 38 в числе прочего получает временные данные 40 для синхронизации. Ветроэнергоцентр 30 может, таким образом, синхронизироваться по абсолютному временному сигналу, иметь соответственно другим ветроэнергоцентрам те же самые абсолютные времена измерений и соответственно через иллюстративно показанный трансформатор 42 вводить мощность в сеть 10, которая может отличаться от сети 10, показанной на фиг. 2. За счет этого может осуществляться соответствующая сетевая поддержка, как, например, ввод реактивной мощности.

Фиг. 3 показывает также сеть Интернет 44, которая может быть соединена со SCADA-системой 36. В принципе также возможно временную синхронизацию создать через Интернет, если требования по точности соответственно являются достаточными.

Фиг. 4 показывает возможные последствия различных времен измерений при колеблющейся характеристике напряжения. На фиг. 4 представлено сетевое напряжение U в зависимости от времени t. Цифрами от 1 до 3 указаны соответствующие моменты времени измерений различных ветроэнергоцентров, а именно первого, второго или третьего ветроэнергоцентров. Это могло бы также относиться к независимо друг от друга питающим ветроэнергетическим установкам. При этом фиг. 4 явно показывает, что в различные моменты времени измерений имеются различные высоты напряжения. При этом может также возникнуть проблема при формировании среднего значения. Так, например, показана заштрихованная область двух точек измерений, ассоциированных с одним из двух питающих устройств. Также это формирование среднего значения может зависеть от того, в какой области выполняется измерение. За счет предложенной синхронизации могут также быть улучшены измерения с формированием среднего значения.

Например, может выполняться временная синхронизация с минутной сменой или относящаяся постоянно к началу минуты. Интервал измерений может составлять 400 мс в качестве возможного примера. Формирование среднего значения может применяться как арифметическое среднее. Также могут приниматься во внимание другие способы, как, например, такие, которые также используют фильтрующие свойства.

В качестве одной идеи может использоваться то, что при различных измерениях, которые осуществляются локально отдельно друг от друга, должно требоваться почти идентичное измеренное значение. Если не учитывается разница в аппаратных средствах или погрешность измерения, то способ измерений единственно имеет решающее значение для результата. Имеются три временные зависимости: момент времени измерений, длительность измерений, моменты времени выборок, в которые предлагается синхронизировать одно, несколько или все из них.

С технической точки зрения, по существу, момент времени измерений играет решающую роль в регистрации измеренного значения. За счет относительно точного датчика времени, при коротких периодах времени погрешности в длительности времени измерений и времени выборки, как правило, что также может зависеть от конкретных корреляций, может быть пренебрежимо малым.

Если момент времени измерений в различных, локально отдельных друг от друга измерениях не синхронизирован, то могут возникнуть значительные отклонения, что распознается изобретением и должно быть предотвращено.

Таким образом, в соответствии с изобретением проблема, состоящая в том, что парковые регулирования различных ветроэнергоцентров оказывают взаимные влияния, может быть устранена или по меньшей мере снижена. Для отдельных установок в парке, а именно в ветроэнергоцентре, уже предлагались решения, которые применяют соответствующую коммуникацию между ветроэнергетическими установками или коммуникацию с центральной системой, такой как SCADA.

Тем самым обеспечивается возможность регулярного ввода мощности, в частности сетевой поддержки независимо друг от друга питающих ветроэнергоцентров. Следует иметь в виду, что сетевая поддержка обычно осуществляется посредством регулирования реактивной мощности. Если этого недостаточно, то дополнительно может применяться регулирование действительной мощности.

Одной мерой для улучшения единого между ветроэнергоцентрами измерения является применение множества выборок или при обстоятельствах выборок с повышенной частотой и/или увеличенного промежутка измерения. Например, каждые 50 мс или каждые 400 мс может формироваться среднее значение. Упомянутое решение синхронизации, например, через GPS также создает решение. В обоих случаях должны создаваться по возможности те же предпосылки между различными вводами мощности или питающими устройствами, в частности различными ветроэнергоцентрами или ветроэнергетическими установками.

При этом может применяться система GPS, которая, в свою очередь, имеет сервер слоя, который имеет соответственно высокий класс точности и, тем самым, обеспечивает возможность предпочтительной синхронизации. В частности, используется так называемый аппарат Хопфа.

Для создания равных предпосылок различных питающих устройств, в частности различных ветроэнергоцентров, является предпочтительным, если имеет место единая синхронизация, единый временной интервал измерений и единый способ измерений.

При обстоятельствах временной интервал измерений может быть увеличен, например, с 400 мс до 1,5 с, чтобы за счет этого достичь улучшения.

Таким образом, в частности, предлагается временная синхронизация. За счет этого независимые конкурирующие регуляторы могут синхронизироваться, чтобы гарантировать стабильность этих, в частности, двух таких регуляторов.

Если, например, в точке привязки ввода мощности в сеть, которая также может называться питающим узлом, эксплуатируются несколько дискретных регуляторов напряжения, то они, возможно, работают не синхронно. В самом крайнем случае это может привести к взаимному подъему регуляторов. Причиной этой проблемы является усреднение измеренных значений отдельных регуляторов.

За счет применения средних значений в качестве входных величин, которые образованы при одинаковых краевых условиях, а именно начальном времени, длительности измерений и частоте выборки, всем регуляторам может предоставляться практически идентичное измеренное значение. Синхронизация осуществляется предпочтительно единым образом и только по времени, за счет чего синхронизация возможна без непосредственной коммуникации соответствующих установок.

Таким образом, предложено решение, которое преследует цель достичь синхронизации двух ветроэнергоцентров посредством временного сигнала. Это, разумеется, применимо и для множества ветроэнергоцентров. Усреднение напряжения точки сетевого подключения могло бы иначе начинаться в различные моменты времени измерений и продолжаться также в течение различной длительности в зависимости от применяемого интервала измерений.

За счет различного усреднения могло бы произойти нарастание между участвующими ветроэнергоцентрами, следствием чего было бы то, что один ветроэнергоцентр нагружается сильнее, чем другой, и тем самым могло бы происходить неравное распределение нагрузки. В этой связи можно сослаться на BDEW-нормативы, Технические нормативы генераторных установок в сети среднего напряжения, Нормативы для подключения и параллельной работы генераторных установок на среднем напряжении, выпуск июнь 2008 г., где на с. 29/138 оставлен открытым вопрос о том, следует ли усреднение напряжения выполнять в течение 1 с или 1 мин. То есть несмотря на соблюдение этих нормативов могут иметь место различные промежутки времени измерений или интервалы измерений. Предлагается соответственно применять одинаковые интервалы измерений.

Настоящий способ может найти применение не только в ветроэнергоцентрах различных изготовителей, но и в случае пространственно разнесенных мест измерений.