СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ Российский патент 2018 года по МПК H02J3/38 

Настоящее изобретение относится к способу ввода электрической энергии в сеть электроснабжения посредством ветроэнергетической установки или посредством ветроэнергоцентра. Кроме того, настоящее изобретение относится к ветроэнергетической установке для ввода электрической энергии в сеть электроснабжения, и настоящее изобретение относится к ветроэнергоцентру для ввода электрической энергии в сеть электроснабжения.

Общеизвестным является ввод электрической энергии в сеть электроснабжения с помощью ветроэнергетических установок или с помощью ветроэнергоцентра, который включает в себя несколько ветроэнергетических установок. Для этого также известно, что ветроэнергетическая установка или ветроэнергоцентр, наряду с чистым вводом энергии, также реализуют поддержку сети. В этом отношении здесь исходим из общеизвестной сети электроснабжения как сети переменного напряжения.

Поддерживание сети посредством ветроэнергетических установок описана в более раннем документе, например, в патенте US 6,965,174. Среди прочего, этот документ описывает установку фазового угла при вводе энергии посредством ветроэнергетической установки. Позже также были описаны способы для ветроэнергоцентра, как, например, описано в документе US 7,638,893.

Такие способы контролируют сеть и реагируют, если это необходимо, на изменения в сети. В настоящее время доля энергии ветра в сети, по меньшей мере в некоторых странах или регионах, сильно возрастает, так что энергоснабжение, и, следовательно, также стабильность сети, может все больше зависеть от преобладающих ветровых условий. Эта проблема может быть решена путем промежуточного накопления энергии. Однако такие промежуточные накопители могут быть дорогостоящими и часто не доступны или имеются в недостаточной степени.

Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам в результате поиска выявило следующие источники предшествующего уровня техники: DE 10 2010 006 142 A1, US 6,965,174 B2, US 7,638,893 В2 и US 2011/0148114 A1.

Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит задача, направленная на решение по меньшей мере одной из вышеуказанных проблем. В частности, должно быть предложено решение, которое обеспечивает возможность дальнейшего улучшения поддержания сети посредством ветроэнергетических установок. По меньшей мере должно быть предложено одно альтернативное решение.

В соответствии с изобретением предложен способ ввода электрической энергии в сеть электроснабжения по пункту 1 формулы изобретения. Этот способ использует ветроэнергетическую установку или ветроэнергоцентр, и ветроэнергетическая установка или ветроэнергоцентр преобразуют кинетическую энергию ветра с переменной скоростью ветра в электрическую энергию. Учитывается, что скорость ветра является переменной, причем здесь речь идет не о мгновенных значениях, а об общепринятых средних значениях, таких как 10-секундное, 1-минутное или 10-минутное среднее значение.

Также предложено, что в зависимости от предсказания ветра прогнозируется скорость ветра. Такое предсказание ветра или прогноз скорости ветра может осуществляться известными метеорологическими способами. Предпочтительно применяются значения других ветроэнергетических установок или других ветроэнергоцентров, которые, исходя из текущего направления ветра, локально имеют место для базовой ветроэнергетической установки или базового ветроэнергоцентра.

В зависимости от этой прогнозируемой скорости ветра затем вычисляется подлежащая вводу реактивная мощность в качестве прогнозируемой реактивной мощности Q_P.

Здесь в основе лежит знание о том, что изменения в скорости ветра могут оказывать влияние на поведение сети электроснабжения или даже на ее стабильность. Для поддержки сети, ветроэнергетическая установка или ветроэнергоцентр вводят реактивную мощность в зависимости от скорости ветра или по меньшей мере предсказуемо в свете скорости ветра. Но такие ожидаемые корреляции не обязательно являются однозначно ясными, и, в частности, для иных устройств или оборудования, чем ветроэнергетические установки, например, для сетевого оператора являются менее предсказуемыми или вообще не предсказуемыми.

Если теперь ввиду изменяющихся условий ветра происходит изменение режима работы ветроэнергетической установки или ветроэнергоцентра, это может иметь следствием мероприятия по компенсации, которые, например, предусматривает оператор сети. Но ветроэнергетическая установка или ветроэнергоцентр, со своей стороны, предусматривают меры по компенсации, при этом те и другие меры по компенсации могут быть плохо согласованными или даже противоположно направленными. Важной мерой по компенсации со стороны ветроэнергетической установки или ветроэнергоцентра может быть ввод реактивной мощности. Поэтому, чтобы такие меры по компенсации могли быть лучше скоординированы, предлагается, что ветроэнергетическая установка или ветроэнергоцентр уже на основе предсказания ветра выдает прогноз реактивной мощности. Таким образом, можно уже с самого начала координировать меры по компенсации, еще перед тем, как они вообще потребуются.

Поэтому предпочтительным образом также предложено, прогнозируемую реактивную мощность в качестве параметра предсказания передавать в центр сетевого управления, управляющий сетью электроснабжения. Другими словами, оператор сети получает эту информацию через реактивную мощность, которая вскоре должна вводиться ветроэнергетической установкой или ветроэнергоцентром. Оператор сети, то есть центр сетевого управления, может, таким образом, лучше приспосабливаться к этому.

Предпочтительно, в зависимости от прогнозируемой скорости ветра также вычисляется подлежащая вводу активная мощность как прогнозируемая активная мощность P_P. Если теперь предсказывалась скорость ветра, которая больше, чем средняя скорость штормового ветра, то прогнозируемая реактивная мощность по величине больше, чем прогнозируемая активная мощность. В этом случае рассматривается диапазон штормового ветра, и средняя скорость штормового ветра находится между штормовой начальной скоростью ветра, при которой начинается снижение активной мощности, и штормовой конечной скоростью ветра, при которой подлежащая вводу активная мощность достигает значения 0. Поэтому здесь целенаправленно предлагается решение для диапазона штормового ветра, который может быть особенно критичным для стабильности сети. Причина этого состоит, в частности, в том, что скорость ветра при шторме может также колебаться относительно сильно, и что при шторме многие системы в настоящее время еще проектируются и программируются таким образом, что они отчасти немедленно уменьшают свою мощность в целях защиты до 0, или даже ветроэнергетические установки берут мощность от сети. Поэтому при шторме приходится учитывать особенно сильные колебания ввода энергии посредством ветроэнергетических установок или ветроэнергоцентров.

Кроме того, обусловленное штормом сокращение активной мощности может привести к тому, что блоки ввода энергии ветроэнергетических установок или ветроэнергоцентра из-за сниженной активной мощности будут иметь в распоряжении больше емкости для ввода реактивной мощности. Этот эффект также используется в соответствии с изобретением, и, таким образом, предлагается вводить в сеть даже больше реактивной мощности, чем активной мощности. Тем самым можно оказывать влияние по меньшей мере на величины напряжения в сети, и оператор сети может ориентироваться на такое влияние.

Согласно одному варианту выполнения, предполагается, что прогнозируемая реактивная мощность прогнозируется на период предсказания. Для этого периода предсказания предлагается, что ветроэнергетические установки или ветроэнергоцентр фактически вводят прогнозируемую реактивную мощность, даже если тогда должна была бы устанавливаться скорость ветра, отличающаяся от предсказанной скорости ветра. Таким образом, посредством вычисления и особенно выдачи прогнозируемой реактивной мощности создается надежный параметр. Другие, в частности оператор сети, могут не только ориентироваться на него, но и полагаться на него. Это увеличивает стабильность сети.

К тому же в основе этого варианта выполнения лежит знание того, что вводимая реактивная мощность в очень малой степени зависит или даже совсем не зависит от скорости ветра. Таким образом, можно также предоставлять такую прогнозируемую реактивную мощность и в том случае, когда ветер имеет другие значения. Единственная проблема могла бы возникнуть, если емкость узлов ввода энергии ветроэнергетической установки или ветроэнергоцентра, ввиду неожиданно высокого ввода активной мощности, не могла бы обеспечить ввод прогнозируемой реактивной мощности. В этом случае, с одной стороны, принимается во внимание, что по договоренности участвующих сторон, особенно по договоренности операторов сети, эта реактивная мощность не вводится, или, если это необходимо для поддержания прогнозируемого и, тем самым, в принципе обещанного значения реактивной мощности, уменьшается ввод активной мощности, чтобы иметь возможность все же поддерживать прогнозируемое и, таким образом, обещанное значение ввода реактивной мощности.

Предпочтительно, вычисление прогнозируемой реактивной мощности и, при необходимости, передача прогнозируемой реактивной мощности в качестве параметра предсказания в центр сетевого управления осуществляется только тогда, когда прогнозируемая скорость ветра больше, чем штормовая начальная скорость ветра. Поэтому предлагается специально выполнять прогноз реактивной мощности только для случая штормового ветра. Тем самым особенно учитывается тот факт, что как раз в случае штормового ветра прогноз реактивной мощности важен, чтобы его предоставлять в распоряжение в качестве параметра для стабилизации сети.

Кроме того, это также позволяет избежать ненужного вычисления или, при обстоятельствах, ненужной передачи в менее критичных обстоятельствах. Тем самым также может быть достигнуто то, что можно избежать какой-либо привязки к прогнозируемой реактивной мощности, если скорости ветра ниже скорости штормового ветра. В условиях ниже штормового ветра часто приходится считаться со скоростями ветра, колеблющимися менее сильно и менее спонтанно, в частности, тогда, когда ввод осуществляется ветроэнергоцентром, для которого незначительные колебания распределяются по всему ветроэнергоцентру и менее заметны при вводе энергии. Таким образом, при таких более низких скоростях ветра можно исходить из в целом более стабильной ситуации, которая может обойтись без прогноза реактивной мощности, и ввод может ориентироваться точнее на мгновенных потребностях сети, в частности, мгновенных состояниях сети. Если реактивная мощность не прогнозировалась, несмотря на это реактивная мощность может вводиться, например, в зависимости от текущих состояний сети.

Согласно одному варианту выполнения предлагается, что реактивная мощность устанавливается посредством функции реактивной мощности. Она предпочтительно предлагается для скоростей ветра, которые находятся в пределах между штормовой начальной скоростью ветра и штормовой конечной скоростью ветра. Для этого диапазона функция реактивной мощности определяет взаимосвязь между вводимой реактивной мощностью и скоростью ветра. Эта функция реактивной мощности предпочтительно является полиномиальной функцией первого или второго порядка, то есть прямой с наклоном или даже параболической функцией. Предпочтительно может применяться функция гистерезиса, которая для увеличивающихся скоростей ветра определяет иную взаимосвязь между реактивной мощностью и скоростью ветра, чем при вновь спадающей скорости ветра. Предпочтительно, такая функция гистерезиса может быть реализована двумя различными полиномиальными функциями второго порядка. Такие функции применяются предпочтительным образом, но могут использоваться и другие функции, такие как полиномиальные функции высшего порядка, тригонометрические функции, такие как части синусоидальной функции, или сплайн-функции, которые описывают функциональную взаимосвязь, которая описывается несколькими опорными точками.

Предпочтительно используется информация от других ветроэнергетических установок и/или других ветроэнергоцентров для предсказания ветра. Для этого может также применяться информация от известных метеорологических служб, в частности по областям высокого и низкого давления и соответствующим крупномасштабным метеоусловиям и движению воздуха. Но выгодным является применение информации по меньшей мере одной другой ветроэнергетической установки и/или по меньшей мере одного другого ветроэнергоцентра, потому что ветроэнергетические установки и ветроэнергоцентры могут быть соединены через информационную систему, в частности, так называемую SCADA. Это позволяет построить сетевую систему, в основу которой также может быть положена равномерно распределенная метеоинформация. В частности, измерение скорости ветра может зависеть от многих факторов, в частности, от измерительного датчика и высоты, на которой выполняется измерение. Если ветроэнергетическая установка регистрирует, например, скорость ветра посредством ее аэродинамического ротора, то в основе этого измерения скорости ветра лежит очень большая высота измерений, которая в настоящее время может составлять, как правило, более 100 метров, и в ее основе лежит значительно выравненный параметр, потому что аэродинамический ротор является относительно инерционным, во всяком случае по сравнению с известным анемометром, и охватывает большую площадь. За счет применения данных измерений ветра от других ветроэнергетических установок или других ветроэнергоцентров, в конечном счете, за основу берутся точно такие измеренные значения ветра, которые и позже являются релевантными и эффективными на соответствующей ветроэнергетической установке.

Кроме того, предложена ветроэнергетическая установка для ввода электрической энергии в сеть электроснабжения, которая выполнена с возможностью осуществления способа согласно по меньшей мере одной из описанных вариантов выполнения. Предпочтительно такая ветроэнергетическая установка содержит генератор, выполненный с возможностью генерации номинальной мощности генератора, и устройство ввода энергии, выполненное с возможностью ввода энергии. При этом блок ввода энергии выполнен с возможностью ввода максимального тока ввода, который больше, чем вводимый ток для ввода номинальной мощности генератора.

Ветроэнергетическая установка в этом отношении выполнена с возможностью ввода большего тока, чем было бы необходимо, чтобы продолжительно вводить в сеть максимальную мощность генератора.

Предпочтительно, устройство ввода энергии содержит множество блоков ввода энергии, а именно, столько блоков ввода энергии, что имеется больше блоков ввода энергии, чем было бы необходимо для ввода мощности, вырабатываемой ветроэнергетической установкой. Таким образом, в частности, больше блоков ввода энергии, чем было бы необходимо для ввода номинальной мощности генератора. Предпочтительно такие блоки ввода энергии предусмотрены как силовые шкафы, и, таким образом, предусмотрен по меньшей мере один дополнительный силовой шкаф, чем было бы необходимо для ввода номинальной мощности или максимально длительно вырабатываемой мощности. Тем самым, может целенаправленно вводиться реактивная мощность, в то время как одновременно вводится номинальная мощность. Кроме того, в экстремальном случае, если номинальная мощность не вводится или вводится лишь мало номинальной мощности, то вводится больше реактивной мощности, чем номинальной мощности. В этой связи, для такого сравнения между реактивной и номинальной мощностью единица реактивной мощности вар (VAr) приравнивается к единице Вт.

Кроме того, предложено обеспечить ветроэнергоцентр для ввода электрической энергии в сеть электроснабжения. Этот ветроэнергоцентр выполнен таким образом, чтобы для ввода энергии использовать способ согласно по меньшей мере одной из вышеописанных вариантов выполнения способа ввода энергии.

Предпочтительным образом такой ветроэнергоцентр содержит центральный блок управления для управления ветроэнергоцентром. Этапы способа для выполнения способа ввода энергии реализуются соответственно в центральном блоке управления. По меньшей мере в соответствии с одним вариантом выполнения это означает, что центральный блок управления для отдельных ветроэнергетических установок ветроэнергоцентра задает значения, какую активную мощность и какую реактивную мощность должна вводить соответствующая установка. Фактическую реализацию ввода активной мощности и/или реактивной мощности каждой отдельной установки выполняет эта установка, или соответственно она выполняет свою часть этого ввода энергии всего ветроэнергоцентра. В этой связи, каждая ветроэнергетическая установка вносит свой вклад во вводимый ток, который регулируется уставками центрального блока управления, и все эти отдельные вводимые токи суммируются и вводятся в общей точке сетевого подключения ветроэнергоцентра к сети.

Предпочтительно, ветроэнергоцентр выполнен с возможностью ввода большего тока, чем это было бы необходимо для ввода максимальной активной мощности, на которую рассчитан ветроэнергоцентр. В частности, эта максимальная активная мощность может соответствовать номинальной мощности ветроэнергоцентра, то есть сумме всех номинальных мощностей ветроэнергетических установок ветроэнергоцентра. Таким образом, этот ветроэнергоцентр может вводить больше реактивной мощности, чем активной мощности, или он может даже тогда вводить еще реактивную мощность, когда уже вводится максимальная активная мощность.

Предпочтительно, ветроэнергоцентр содержит несколько ветроэнергетических установок, как описано выше в связи с по меньшей мере одним вариантом выполнения ветроэнергетической установки. В частности, все ветроэнергетические установки являются такими, как описано выше согласно по меньшей мере одним вариантом выполнения.

Далее изобретение более подробно поясняется на примерах выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано.

Фиг. 1 - схематично ветроэнергетическую установку в перспективном представлении.

Фиг. 2 - схематично ветроэнергоцентр.

Фиг. 3 - диаграммы, иллюстрирующие взаимосвязь между фактическим ветром, предсказанием ветра и прогнозируемой реактивной мощностью.

Фиг. 4 - диаграмма, иллюстрирующая предпочтительные взаимосвязи между прогнозируемой реактивной мощностью и предсказанной скоростью ветра.

На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с мачтой 102 и гондолой 104. На гондоле 104 размещен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и обтекатель 110. Ротор 106 при работе приводится ветром во вращательное движение и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104.

Фиг. 2 показывает ветроэнергоцентр 112 с тремя примерными ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или разными. Три ветроэнергетические установки 100, таким образом, являются представительными в принципе для любого количества ветроэнергетических установок ветроэнергоцентра 112. Ветроэнергетические установки 100 предоставляют свою мощность, а именно, в частности, выработанный электрический ток через сеть 114 ветроэнергоцентра. При этом соответственно выработанные токи или мощности отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и чаще всего предусмотрен трансформатор 116, который преобразует с повышением напряжение ветроэнергоцентра, чтобы затем в точке 118 ввода энергии, которая в общем случае также обозначается как PCC, вводить в сеть 120 электроснабжения. Фиг. 2 представляет собой лишь упрощенное представление ветроэнергоцентра 112, которое, например, не показывает никакого управления, хотя, конечно, управление существует. Также, например, сеть 114 ветроэнергоцентра может быть выполнена иначе, например, трансформатор может иметься на выходе каждой ветроэнергетической установки 100, и это лишь еще один пример выполнения.

Фиг. 3 схематично показывает на первой диаграмме D1 возможный профиль скорости ветра примерно в течение одних суток. Средняя диаграмма D2 приводит к этому возможное предсказание ветра, которое в показанном примере в целях иллюстрации исходит из времени предсказания, соответствующему шести часам. Эта средняя или вторая диаграмма D2 в этом отношении является опережающей на шесть часов. Взаимосвязь между моментами времени предсказания и моментами времени фактического ветра согласно первой диаграмме D1 обозначена пунктирными линиями, которые визуально соединяют соответствующие времена шесть часов, 12 часов, 18 часов и 24 часа. Нижняя третья диаграмма D3 указывает возможный профиль прогноза вводимой реактивной мощности Q.

Для иллюстративных целей, было выбран профиль скорости ветра V_ist, который в интервале от 0 до 9 часов имеет скорость ветра около пяти метров в секунду. Это примерно соответствует скорости ветра в три балла по шкале Бофорта (Bft). При этом скорость показана не как плавная линия, чтобы указать естественные колебания ветра.

В 9 часов скорость ветра начинает постепенно расти и достигает к времени 12:30 значения 25 метров в секунду. Это примерно соответствует силе ветра от 9 до 10 баллов. Скорость 25 метров в секунду, как правило, и в показанном примере является скоростью ветра, при которой ветроэнергетическая установка регулируется на ограничение для обеспечения ее защиты. Она представляет здесь штормовую начальную скорость ветра V_SА.

Ветер усиливается еще больше и достигает примерно в 14:30 значения 34 метра в секунду, что соответствует силе ветра 12 баллов и, таким образом, соответствует урагану. Значение 34 метра в секунду является также скоростью ветра, при которой ветроэнергетическая установка обычно, а также в показанном примере не вводит большие никакой активной мощности и полностью отрегулирована на ограничение, в частности, ее лопасти полностью повернуты во флюгерное положение, насколько это возможно. Эта скорость ветра 34 метров в секунду также является здесь штормовой конечной скоростью ветра.

Около 21 –го часа ветер снова уменьшается и спадает ниже штормовой конечной скорости ветра и примерно в 22 часа спадает ниже штормовой начальной скорости ветра. Таким образом, ветроэнергетическая установка с 22 часов может снова работать нормально в том смысле, что она не должна регулироваться на ограничение. Диаграмма также пытается показать, что при более высоких скоростях ветра также увеличивается колебание скорости ветра.

Для этой скорости ветра согласно диаграмме D1 теперь показано предсказание ветра на диаграмме D2, которое предсказывает в интервале от 6 до 9 часов скорость ветра около 5 метров в секунду (сила ветра 3 балла). В 9 часов скорость ветра увеличивается в соответствии с предсказанием и достигает примерно в 13:30 штормовой начальной скорости ветра 25 метров в секунду. Это примерно на час позже, чем в соответствии с более поздним реальным профилем в соответствии с диаграммой D1, или скорость ветра для момента времени 12:30 предсказана более низкой, чем она устанавливается. В 14:30 предсказанная скорость ветра достигает штормовой конечной скорости ветра 34 метра в секунду и продолжает расти. В 21 час предсказанная скорость ветра спадает ниже штормовой конечной скорости ветра, и в 23 часа она падает ниже штормовой начальной скорости ветра.

На диаграмме D3 показан прогноз вводимой реактивной мощности Q_pro. Ее установка ориентируется на предсказанную скорость ветра согласно диаграмме D2. Прогнозируемая реактивная мощность Q_pro нарастает, таким образом, в 13:30, когда именно предсказанная скорость ветра достигает штормовой начальной скорости ветра V_SА и превышает ее дальше. При дальнейшем увеличении предсказанной скорости ветра прогнозируемая реактивная мощность также возрастает и достигает своего максимального значения в 14:30, когда предсказанная скорость ветра достигла штормовой конечной скорости ветра V_SЕ. Эта прогнозируемая реактивная мощность Q_pro сохраняет свое максимальное значение до тех пор, пока предсказанная скорость ветра в 21:30 снова не спадет ниже штормовой конечной скорости ветра, и прогнозируемая реактивная мощность Q_pro спадает вместе со спадающей дальше предсказанной скоростью ветра до 23 часов. Здесь предсказанная скорость ветра достигает значения штормовой начальной скорости ветра и продолжает падать ниже. Прогнозируемая реактивная мощность Q_pro достигает при этом значения 0.

Таким образом, ясно, что прогнозируемая реактивная мощность, которая первоначально представляет только одно значение, устанавливается в зависимости от предсказанной скорости ветра V_vor. Предпочтительным образом, эта прогнозируемая реактивная мощность Q_pro потом вводится, как прогнозируется, таким образом, как показано на диаграмме 3. Другими словами, в показанном примере увеличение прогнозируемой реактивной мощности и затем соответствующий ввод реактивной мощность начинает повышаться только к 13:30, хотя фактическая скорость ветра уже в 12:30 достигает штормовой начальной скорости ветра V_SА. Точно так же, могут возникать обратные случаи, в которых предсказанная скорость ветра раньше достигает более высокого значения, чем позже фактическая скорость ветра. Предпочтительно, в принципе, то есть не только для примера выполнения по фиг. 3, предлагается, что позже вводится реактивная мощность, которая соответствует прогнозируемой реактивной мощности Q_pro, если устанавливающаяся затем фактическая скорость ветра соответствует предсказанной скорости ветра или является меньшей. Кроме того, и в качестве альтернативы, также в общем случае, а не только для показанного примера выполнения, предложено, что введенная реактивная мощность выше, чем прогнозируемая реактивная мощность, когда фактическая скорость ветра выше, чем прогнозируемая скорость ветра. При этом предлагается, что максимальное значение реактивной мощности не превышается, реактивная мощность, следовательно, не увеличивается, если прогнозируемая реактивная мощность уже принимает максимальное значение.

Прогнозируемая реактивная мощность приведена на фиг. 3 на диаграмме D3 для времени от 6 часов до 13:30 и от 23 часов до 6 часов со значением 0. Это означает, во-первых, что либо значение 0 устанавливается для прогнозируемой реактивной мощности и, возможно, передается в соответствующие блоки управления, или что для этих интервалов, то есть для интервалов, в которых предсказанная скорость ветра лежит ниже штормовой начальной скорости ветра, никакая прогнозируемая реактивная мощность вообще не вычисляется и соответственно также никакая прогнозируемая реактивная мощность или соответствующее значение не передается.

В этих временных интервалах, где реактивная мощность не была предсказана или ее значение равно 0, реактивная мощность, тем не менее, может вводиться в сеть. Эта реактивная мощность зависит, в частности, от сетевых состояний, например, сетевого напряжения в точке сетевого подключения или в другой точке измерений в сети электроснабжения.

Поскольку уже вводится реактивная мощность, т.е. еще до того, как скорость ветра или предсказанная скорость ветра достигла штормовой начальной скорости ветра, имеются различные возможности, чтобы объединить ее с прогнозируемой реактивной мощностью.

Если в показанном примере к 13:30 прогнозируемая активная мощность становится действительной и увеличивается, то в соответствии с одним вариантом выполнения предлагается поддерживать эту вводимую реактивную мощность, пока спрогнозированная реактивная мощность не достигнет точно этого значения текущей вводимой реактивной мощности. Затем ввод реактивной мощности может перейти на профиль прогнозируемой реактивной мощности.

Согласно другой вариантом выполнения, предлагается, что прогнозируемая реактивная мощность увеличивается в ее основании (нижней точке) на уже введенную реактивную мощность, то есть сжимается в направлении ординат, так что вводимая реактивная мощность в показанном примере к 13:30 повышается, когда повышается прогнозируемая реактивная мощность. Этот случай схематично показан на диаграмме D3 штрих-пунктирной характеристикой, которая иллюстрирует эту фактически введенную реактивную мощность Q_F.

Кроме того, пример на фиг. 3 показывает прогнозируемую реактивную мощность Q_pro, а также фактически введенную реактивную мощность Q_f, которая может принимать максимальное значение 3 Мвар. Здесь проиллюстрирован пример ветроэнергетической установки, которая имеет номинальную мощность 2 МВт и может производить и вводить максимальную активную мощность 2 МВт. Тем не менее, ветроэнергетическая установка выполнена с возможностью вводить более высокую реактивную мощность, а именно, в показанном примере 3 Mвар.

В отношении диаграмм на фиг. 3 следует иметь в виду, что этот пример основан на временном интервале предсказания шесть часов. Но могут рассматриваться, в принципе, совершенно разные временные интервалы предсказания, особенно короткие временные интервалы предсказания в один или несколько часов или предпочтительно даже более короткие временные интервалы предсказания меньше часа, меньше, чем полчаса, и/или меньше, чем четверть часа. Эти временные интервалы предсказания предпочтительно предлагаются в общем, не для варианта, который лежит в основе примера на фиг. 3, а в общем.

В частности, для оператора сети электроснабжения может быть полезным такой прогноз вводимой реактивной мощности для планирования сетевого управления. Чем более долгосрочными могут делаться такие прогнозы ввода мощности, в частности, надежные предсказания ввода мощности, тем большей является свобода регулирования сетевым оператором, потому что он тогда может привлекать для своего планирования также энергетические установки, которые требуют больше времени для полного или частичного перевода на полную нагрузку или перевода на пониженную нагрузку. С другой стороны, есть особенно краткосрочные изменения, т.е. по отношению к рассматриваемой здесь проблематике краткосрочные изменения во вводимой мощности ветроэнергетических установок, которые могут создавать проблемы сетевому оператору в его планировании. Если такие краткосрочно возникающие проблемы сопровождаются такими же краткосрочными прогнозами или краткосрочными и надежными предсказаниями, то это может упростить планирование для сетевого оператора.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму, которая показывает прогнозируемую реактивную мощность Q_pro в зависимости от скорости ветра, а именно, предсказанной скорости ветра V_wvor согласно одному варианту выполнения. Представление относится только к высоким скоростям ветра, а именно, по существу, от штормовой начальной скорости ветра V_SА до штормовой конечной скорости ветра V_SЕ. В этом примере прогнозируемая реактивная мощность Q_pro увеличивается с увеличением скорости ветра примерно в соответствии с отрицательной параболической формой, пока она не достигнет своего максимального значения при штормовой конечной скорости ветра V_SЕ. Если скорость ветра снова спадает, то прогнозируемая реактивная мощность тоже спадает, но согласно показанному примеру, по другой кривой, т.е. по другому профилю, чем при подъеме. В этом отношении обе кривые для прогнозируемой реактивной мощности Q_pro снабжены стрелками, указывающими направление.

Если скорость ветра изменяется, прежде чем она в случае нарастания достигает штормовой конечной скорости ветра V_SЕ, или если она изменяется, прежде чем она при ее спаде достигает штормовой начальной скорости ветра V_SА, прогнозируемая реактивная мощность на горизонтальном профиле может переходить между обеими показанными ветвями Q_pro. Такой горизонтальный профиль для примера показан как Q_Z. Однако такой горизонтальный профиль может возникать в принципе на любом месте этих обеих ветвей характеристики. Этот переход между этими обеими ветвями функции гистерезиса имеет преимущество, состоящее в том, что реактивная мощность здесь прежде всего сохраняет стабильное значение, и в этом отношении достигается определенная стабильность регулирования. В этой связи переход между ветвями функции гистерезиса прогнозируемой реактивной мощности предлагается таким образом, что прогнозируемая реактивная мощность сохраняет при этом постоянное значение. Это, в общем, предлагается в качестве предпочтительного варианта выполнения, которая не ограничивается только примером, показанным на фиг. 4.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение стабильности сети электроснабжения. Согласно способу ввода электрической энергии в сеть электроснабжения посредством ветроэнергетической установки (100) или ветроэнергоцентра (112) ветроэнергетическая установка (100) или ветроэнергоцентр (112) преобразуют кинетическую энергию из ветра с переменной скоростью ветра в электрическую энергию, в зависимости от предсказания ветра прогнозируют скорость ветра и в зависимости от прогнозируемой скорости ветра вычисляют подлежащую вводу реактивную мощность в качестве прогнозируемой реактивной мощности (Q_P). При этом прогнозируемую реактивную мощность прогнозируют для временного интервала предсказания и посредством ветроэнергетической установки (100) или ветроэнергоцентра (112) прогнозируемую реактивную мощность вводят в сеть электроснабжения позднее во временном интервале предсказания, как вычислено, даже если затем устанавливается скорость ветра, отклоняющаяся от прогнозируемой скорости ветра. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ ввода электрической энергии в сеть электроснабжения посредством ветроэнергетической установки (100) или ветроэнергоцентра (112), причем

- посредством ветроэнергетической установки (100) или ветроэнергоцентра (112) преобразуют кинетическую энергию из ветра с переменной скоростью ветра в электрическую энергию,

- в зависимости от предсказания ветра прогнозируют скорость ветра и

- в зависимости от прогнозируемой скорости ветра вычисляют подлежащую вводу реактивную мощность в качестве прогнозируемой реактивной мощности (Q_P),

- причем прогнозируемую реактивную мощность прогнозируют для временного интервала предсказания, и

- посредством ветроэнергетической установки (100) или ветроэнергоцентра (112) прогнозируемую реактивную мощность вводят в сеть электроснабжения позднее во временном интервале предсказания, как вычислено, даже если затем устанавливается скорость ветра, отклоняющаяся от прогнозируемой скорости ветра.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прогнозируемую реактивная мощность (Q_P) передают как параметр предсказания в центр сетевого управления, управляющий сетью электроснабжения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- в зависимости от прогнозируемой скорости ветра подлежащая вводу активная мощность вычисляется в качестве прогнозируемой активной мощности (Рр), и

- прогнозируемая реактивная мощность по величине больше, чем прогнозируемая активная мощность, если прогнозировалась скорость ветра, которая больше, чем средняя штормовая скорость ветра, которая находится между штормовой начальной скоростью ветра и штормовой конечной скоростью ветра, причем

- штормовая начальная скорость ветра обозначает скорость ветра, начиная с которой активная мощность снижается при дальнейшем увеличении скорости ветра, и

- штормовая конечная скорость ветра обозначает скорость ветра, при которой активная мощность больше не вводится в сеть электроснабжения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вычисление прогнозируемой реактивной мощности и передачу прогнозируемой реактивной мощности (Q_р) в качестве параметра предсказания в центр сетевого управления осуществляют в том случае, если прогнозируемая скорость ветра больше, чем некоторая или соответственно упомянутая штормовая начальная скорость ветра.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- между некоторой или соответственно упомянутой штормовой начальной скоростью ветра и некоторой или соответственно упомянутой штормовой конечной скоростью ветра

- реактивную мощность регулируют с помощью функции реактивной мощности, которая определяет взаимосвязь между реактивной мощностью и скоростью ветра, причем функция реактивной мощности представляет собой

- полиномиальную функцию первого или второго порядка и/или

- функцию гистерезиса.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что предсказание ветра получают на основе информации по меньшей мере одной дополнительной ветроэнергетической установки (100) и/или по меньшей мере одного дополнительного ветроэнергоцентра (112).

7. Ветроэнергетическая установка (100) для ввода электрической энергии в сеть электроснабжения, выполненная с возможностью осуществления способа согласно любому из предыдущих пунктов.

8. Ветроэнергетическая установка (100) по п. 7, отличающаяся тем, что ветроэнергетическая установка (100)

- содержит генератор, который выполнен с возможностью генерации номинальной мощности генератора, и

- содержит устройство ввода энергии для выполнения ввода энергии, при этом блок ввода энергии выполнен с возможностью ввода максимального вводимого тока, который больше, чем вводимый ток для ввода номинальной мощности генератора.

9. Ветроэнергетическая установка (100) по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что

устройство ввода энергии содержит множество блоков ввода энергии, в частности силовых шкафов, и предусмотрено больше блоков ввода энергии или силовых шкафов, чем требуется для ввода мощности, вырабатываемой ветроэнергетической установкой, в частности ее номинальной мощности.

10. Ветроэнергоцентр (112) для ввода электрической энергии в сеть электроснабжения, причем ветроэнергоцентр (112) выполнен таким образом, чтобы для ввода энергии применять способ по любому из пп. 1-5.

11. Ветроэнергоцентр по п. 10, отличающийся тем, что ветроэнергоцентр (112) содержит центральный блок управления для управления ветроэнергоцентром (112), и этапы способа для осуществления способа ввода энергии реализуются в центральном блоке управления.

12. Ветроэнергоцентр (112) по п. 10 или 11, отличающийся тем, что ветроэнергоцентр (112) выполнен с возможностью ввода большего тока, чем ток для ввода максимальной активной мощности, на которую рассчитан ветроэнергоцентр (112).

13. Ветроэнергоцентр (112) по п. 10, отличающийся тем, что он содержит одну или более ветроэнергетических установок (100) по любому из пп. 7-9, в частности, что все ветроэнергетические установки (100) ветроэнергоцентра (112) являются ветроэнергетическими установками (100) согласно любому из пп. 7-9.