Данное изобретение касается способа подачи электрической мощности в питающую сеть электроснабжения. Кроме того, данное изобретение касается ветроэнергетической установки для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения. Данное изобретение касается также парка ветроэнергетических установок, содержащего несколько ветроэнергетических установок, чтобы с помощью такого парка ветроэнергетических установок питать сеть электроснабжения.
Подача электрической мощности с помощью ветроэнергетических установок или парка ветроэнергетических установок в питающую сеть электроснабжения известна. Известно также предложение так называемых системных обеспечительных услуг ветроэнергетическими установками или парками ветроэнергетических установок, которые помогают поддерживать и/или повышать стабильность сети электроснабжения.
Особенно проблематично, если для поддержания сети электроснабжения должна повышаться подводимая мощность, поскольку ветроэнергетические установки как правило выдают такую мощность, какую они в данный момент могут получить от ветра. К тому же, было предложено для улучшения ситуации уже при кратковременном возрастании мощности использовать мощность из инерционной массы вращающегося ротора. Однако, если энергия подается с повышенной мощностью, и для этого используется мощность от вращающегося ротора, то он замедляется, так что эта соответственно повышенная подаваемая мощность может подаваться только в течение короткого промежутка времени.
Кроме того, еще сегодня многие операторы сети опираются на стабилизирующие сеть свойства подключаемых больших синхронных электрических машин, особенно тех, которые работают как генераторы обычных электростанций, особенно атомных электростанций, угольных электростанций и газовых электростанций. Такая стабилизация, как и прежде, для многих операторов сети остается желательной. Тем не менее, по меньшей мере в некоторых странах топографические условия для электросетей меняются, так что такая стабилизация сетей посредством физических характеристик указанных непосредственно связанных с сетью синхронных генераторов тоже может иметь недостатки, в частности, это может подходить идеально не для каждой ситуации. Нестабильности могут возникать, например, вследствие субсинхронного резонанса.
Немецкое патентное ведомство при проведении экспертизы по первичной заявке выявило в результате проведенного поиска следующие публикации, раскрывающие ближайший уровень техники: DE 102009014012 A1, DE 102014209541 A1, US 2015/0159627 A1, EP 1665494 B1, EP 2282053 A1 и WO 2012/171532 A2.
В основу данного изобретения, таким образом, положена задача, проработать по меньшей мере одну из вышеупомянутых проблем. В частности, для ветроэнергетической установки, соответственно, для парка ветроэнергетических установок должно быть предложено решение, посредством которого обеспечивается максимально увеличенная по сравнению с известными способами стабилизация сетей, соответственно, подаваемой в систему мощности для стабилизации сети электроснабжения. В частности, должно быть найдено решение, которое может учитывать изменившиеся ситуации, в частности, изменившиеся ситуации в структуре или топологии сети электроснабжения, при стабилизации сетей. По меньшей мере должно быть предложено решение, альтернативное известным ранее.
Согласно изобретению, предлагается способ с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Таким образом, предложен способ подачи электрической мощности в питающую сеть электроснабжения с помощью по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, и подача энергии происходит в точке подключения к этой сети электроснабжения. Несколько производителей энергии подают мощность в эту сеть электроснабжения, и несколько потребителей забирают мощность из этой сети электроснабжения, так что в сети электроснабжения создается баланс мощностей между подаваемой и отбираемой мощностью. В идеале этот баланс мощностей равен 0, а именно, если подается такая же мощность, какая отбирается. Баланс мощностей будет считаться положительным, если подается больше мощности, чем отбирается. Таким образом, под положительным балансом мощностей понимается ситуация, при которой в сети электроснабжения имеет место избыток мощности.
Для этого предлагается контролировать индикатор мощности, репрезентативный для баланса мощностей в этой сети электроснабжения. Индикатором (показателем) мощности в простейшем случае может быть частота сети или поведение частоты сети, в частности, ее изменение. Но могут рассматриваться и другие параметры, например, напряжение сети или его изменение. Согласно одному варианту выполнения измеряется баланс мощностей, и индикатор мощности может в таком случае соответствовать непосредственно балансу мощностей или может быть предусмотрен как соответственно нормированное значение. Измерение может производиться, например, в небольших сетях путем измерения всех подаваемых мощностей и всех отбираемых мощностей, или путем измерения потоков мощности.
В зависимости от этого индикатора мощности затем определяется количество уравнительной энергии. Ветроэнергетическая установка в зависимости от располагаемой мощности ветра подает базовую электрическую энергию. Если преобладает номинальная скорость ветра, то этой базовой мощностью может быть, например, номинальная мощность ветроэнергетической установки.
Теперь предлагается изменять подачу базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии. Таким образом, если в зависимости от индикатора мощности было установлено положительное количество уравнительной энергии, в частности, в том случае, если в сети электроснабжения была установлена потребность в мощности, то подача энергии повышается на это определенное, а именно положительное количество уравнительной энергии. В частности, тогда, когда в сети был установлен избыток мощности, может как правило получиться отрицательное значение для количества уравнительной энергии, так что изменение подачи энергии относительно базовой электрической энергии означает, что подача базовой электрической энергии уменьшается.
Для определения количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности, например, зафиксированный избыток мощности в сети электроснабжения может распределяться по производителям энергии этой сети электроснабжения в зависимости от их размеров, и результат умножается на базовый интервал времени. В качестве простого наглядного примера допускается, что был зафиксирован избыток мощности в 100 мВт, и известно, что рассматриваемый парк ветроэнергетических установок предоставляет около 1% мощности всех подключенных к этой сети электроснабжения поставщиков энергии, тогда эти 100 МВт могли бы соответственно распределяться так, что на этот парк ветроэнергетических установок пришелся бы 1 МВт. Естественно, могут быть применены и другие значения, и распределения, при которых учитываются, например, только те поставщики энергии, которые могут поставлять подаваемую в систему мощность. Рассматривается также весомость. Если теперь, возвращаясь к этому примеру, базовый интервал времени равен одной секунде, то в качестве количества уравнительной энергии могло бы быть определено количество энергии в 1 МВт сек, т.е. примерно 0,28 кВт час.
Можно также предварительно составлять соответствующую таблицу, в которой, например, заранее заданные изменения частоты сети или заранее заданные разности частоты сети относительно номинальной частоты сети соотнесены с количеством уравнительной энергии. В таком случае эти значения могут применяться в зависимости от зафиксированных изменений частоты или зафиксированных отклонений частоты. Между такими записанными данными возможна интерполяция.
Это количество уравнительной энергии может соответственно подаваться дополнительно, причем здесь возможны и отрицательные значения, и в конце базового интервала времени может предприниматься новый расчет и соответственно согласовываться с подачей энергии.
Предпочтительно эта базовая электрическая энергия определяется в зависимости от зафиксированной или динамически оцениваемой мощности ветра. Также возможно, что базовая электрическая энергия рассчитывается в зависимости от предварительно определенного значения базовой электрической энергии и с дополнительным учетом определенного перед этим и дополнительно подаваемого количества уравнительной энергии. Путем такого определения и соответствующей дополнительной подачи некоторого количества уравнительной энергии режим такого рода подачи энергии, соответственно, стабилизации, т.е. режим работы соответствующей ветроэнергетической установки, или соответствующего парка ветроэнергетических установок может быть приближен к режиму работы синхронного генератора, непосредственно связанного с сетью электроснабжения. Синхронный генератор, непосредственно связанный с сетью, физически при отрицательном балансе мощностей и, тем самым, при изменении частоты сети тоже подает дополнительную энергию, получаемую из его энергии вращения. Синхронный генератор вследствие этого замедляется. Соответственно, фактически дополнительно подается только определенное количество энергии, и такого количества энергии тоже нет в наличии в любом количестве.
Предпочтительно для предлагаемой подачи энергии в сеть с помощью ветроэнергетической установки или парка ветроэнергетических установок может также задаваться запас энергии, и в зависимости от этого заранее заданного запаса энергии определяется указанное количество уравнительной энергии. В частности, при определении положительного количества уравнительной энергии оно может зависеть от заранее заданного запаса энергии и от того, сколько дополнительного количества уравнительной энергии подавалось незадолго до этого.
Предпочтительно для ветроэнергетической установки соответственно, для парка ветроэнергетических установок определяется запас энергии, который дает количество энергии, которое может подаваться в сеть электроснабжения дополнительно к базовой электрической мощности. В зависимости от этого запаса энергии затем определяется количество уравнительной энергии. Таким образом, количество уравнительной энергии определяется по меньшей мере в зависимости от индикатора мощности и в зависимости от запаса энергии. Например, это количество уравнительной энергии может определяться через функцию зависимости от индикатора мощности, и дополнительно учитывается фактор значимости (весовой коэффициент)запасов энергии. Например, может быть получено соотношение между имеющимися запасами энергии и максимальными запасами энергии. Этот фактор, естественно, лежит между значениями 1 и 0 и может, тем самым, быть включен в определение количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности как коэффициент, принимающий значение от 0 до 1. Если некоторое количество уравнительной энергии подается дополнительно к базовой мощности, то это ведет к уменьшению запаса энергии и может также привести к непосредственному изменению этого фактора значимости (это приведено просто как один пример предпочтительного варианта выполнения). Другим предпочтительным вариантом был бы такой, при котором количество уравнительной энергии сначала определяют в зависимости от индикатора мощности, а указанный запас энергии приведет к снижению определяемого при этом значения, как только этот запас энергии опустится ниже заранее заданного значения, например, 50% от максимального запаса энергии.
Впрочем, в качестве такого максимального запаса энергии может использоваться значение, которое получается из основных параметров ветроэнергетической установки, соответственно, парка ветроэнергетических установок. В качестве максимального запаса энергии или, альтернативно, в качестве начального запаса энергии может также использоваться значение, которое показывает, какой запас энергии имеется в тот момент, в который вводится первая мера для стабилизации сети, требующая положительного количества уравнительной энергии. Разъяснения, относящиеся к максимальному запасу энергии, по содержанию справедливы и для поясняемого здесь начального запаса энергии.
Согласно одному варианту выполнения предлагается проводить определение количества уравнительной энергии для базового интервала времени, и в течение этого базового интервал времени изменять подачу базовой мощности на это количество уравнительной энергии, т.е. в зависимости от знака повышать или, соответственно, уменьшать. Такой базовый интервал времени может составлять, например, одну секунду или полсекунды, или 200 мсек; эти значение приведены просто как предпочтительные примеры. Таким образом вычисляется количество уравнительной энергии и подается за этот базовый интервал времени, соответственно, подается как можно быстрее в течение интервала времени, который имеет ту же протяженность, что и указанный базовый интервал времени.
За счет этого может быть достигнуто, что каждое определенное количество уравнительной энергии может целенаправленно подаваться за короткий промежуток времени, т.е. подаваться дополнительно. Благодаря этому эта энергия может подаваться для стабилизации, в частности, в течение короткого промежутка времени. Кроме того, вслед за этим, т.е. в следующий базовый интервал времени, может снова определяться и подаваться количество уравнительной энергии. За счет этого режим работы такой ветроэнергетической установки или, соответственно, парка ветроэнергетических установок также может быть приближен к режиму работы непосредственно связанного с сетью синхронного генератора. В частности, здесь каждый раз подается зависящее от ситуации в этой сети электроснабжения количество энергии, и, во-вторых, постоянно, а именно в каждый базовый интервал времени производится новый учет конкретной ситуации в сети электроснабжения. Также уже при определении количества уравнительной энергии учитывается, соответственно, может учитываться еще имеющийся для стабилизации запас энергии.
Предпочтительно предлагается предусмотреть асимметричные промежутки времени и/или промежутки времени различной длины в качестве базового интервала и интервала подачи энергии. Например, предлагается рассчитать на каждую секунду одно количество уравнительной энергии, однако, подавать его за 
промежутки времени, например, за 3 сек. Это более продолжительное время может быть временем вплоть до ответной реакции регулируемой мощности или быть на нее ориентированным. За счет этого можно было бы рассчитывать и подавать энергетические пакеты, и эти энергетические пакеты суммировались бы, и при определенных обстоятельствах даже накладывались бы друг на друга.
Согласно еще одному варианту выполнения предлагается определять количество уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности так, чтобы оно было положительно, т.е. подача базовой мощности увеличивается, если баланс мощностей уменьшается и отрицателен. Таким образом, предлагается при определении количества уравнительной энергии учитывать абсолютное значение баланса мощностей в сети электроснабжения и, кроме того, как он развивается. Если баланс мощностей уменьшается и является отрицательным, то его повышают по абсолютной величине, рассчитывают положительное уравнительное количество, естественно, при условии, что для этого вообще еще есть запас энергии, который можно рассматривать как синоним резервной энергии. Предпочтительно устанавливается заранее заданное нижнее предельное значение, ниже которого сначала не следует опускаться, чтобы определить такое количество уравнительной энергии. При минимальном отклонении баланса мощностей от идеального значения 0 согласно одному варианту выполнения сначала не определяют никакого количества уравнительной энергии. Согласно одному варианту выполнения ответная реакция у индикатора мощности, соответственно, при балансе мощностей вблизи 0 может получиться сверхпропорционально малой. За счет этого может быть достигнуто, что при незначительных отклонениях фактически или почти не происходит дополнительной подачи энергии. Соотношение между количеством уравнительной энергии и индикатором мощности может устанавливаться предпочтительно выше режима работы PT2 или, соответственно, описываться как режим работы, соответствующий реакции на единичное воздействие пропорционального звена с запаздыванием второго порядка (PT2-Glied).
По аналогии предлагается способ вычисления отрицательного количества уравнительной энергии, а именно таким образом, что это количество уравнительной энергии определяется в зависимости от индикатора мощности так, что оно отрицательно, т.е. подача базовой мощности уменьшается, если баланс мощностей возрастает и становится положительным. Здесь тоже согласно одному варианту выполнения предлагается проводить такой расчет лишь тогда, когда этот баланс мощностей превысил заранее заданное верхнее предельное значение. Уменьшение подачи базовой мощности может здесь, а также в принципе для любой описанной здесь ситуации предусматривать также, что ветроэнергетическая установка, соответственно, парк ветроэнергетических установок потребляет некоторое количество уравнительной энергии или ее часть из этой сети электроснабжения. Такое потребленное количество энергии может накапливаться в ветроэнергетической установке или в парке ветроэнергетических установок, или поглощаться так называемыми резисторами вибропреобразователя, или также может быть подаваемой мощностью, отсеченной путем регулирования мощности.
Согласно одному варианту выполнения предлагается, что количество уравнительной энергии зависит от индикатора мощности в функции зависимости, и что эта функция зависимости является изменяемой. Стабилизация сети может осуществляться за счет подачи некоторого количества уравнительной энергии в сеть электроснабжения в зависимости от индикатора мощности и, тем самым, в зависимости от баланса мощностей в сети электроснабжения - по типу работы подключенного непосредственно к сети электроснабжения синхронного генератора. Благодаря применению функции зависимости, которая является изменяемой, может быть достигнута более высокая гибкость. В частности, такой способ может просто и быстро подгоняться к изменившимся фактическим параметрам сети электроснабжения. Благодаря этому могут учитываться установки оператора сети.
Кроме этого, или альтернативно предлагается, что указанная функция зависимости зависит от точки подключения к сети. Это может касаться технической реализации такой точки подключения к сети, в частности, ее емкости и способности позволять дополнительную подачу энергии. В частности, вследствие этого может также учитываться положение точки подключения к сети в конкретной сети электроснабжения, в частности, с учетом топологии этой сети электроснабжения. Например, здесь может учитываться, расположена ли точка подключения к сети, в частности, в центре или вне центра этой сети электроснабжения. Кроме того, опытные данные или проведенные измерения, или другие исследования этой сети электроснабжения могут предоставить сведения о режиме работы этой сети электроснабжения. Например, при этом может быть выявлен колебательный режим этой сети электроснабжения. С учетом такого колебательного режима может оказаться предпочтительным для различных позиций точек подключения к сети предусмотреть в такой сети электроснабжения различные функции зависимости. В частности, посредством функции зависимости может устанавливаться или, соответственно, может оказываться влияние на то, в частности, большое ли количество уравнительной энергии или скорее небольшое количество уравнительной энергии будет определяться в зависимости от баланса мощностей. Так, для одинакового значения баланса мощностей в зависимости от выбора или установки функции зависимости может быть предусмотрено большее или меньшее количество уравнительной энергии.
Одним из свойств точки подключения к сети является также ее отношение короткого замыкания (о.к.з.). В частности, предлагается, чтобы функция зависимости выбиралась или устанавливалась так, что чем большее количество уравнительной энергии определяется, тем больше указанное отношение короткого замыкания в точке подключения к сети. Это отношение короткого замыкания представляет собой отношение мощности короткого замыкания к подключаемой мощности. При этом под мощностью короткого замыкания понимается та мощность, которую рассматриваемая сеть электроснабжения может предоставить в соответствующую точку подключения к сети, к которой должна подключаться ветроэнергетическая установка, соответственно, парк ветроэнергетических установок, если там возникло короткое замыкание. Подключаемая мощность представляет собой подключаемую мощность подключаемой ветроэнергетической установки или, соответственно, подключаемого парка ветроэнергетических установок, т.е., в частности, номинальную мощность подключаемого генератора, соответственно, подключаемых генераторов.
Предпочтительно такая функция зависимости является нелинейной, так что может предотвращаться пропорциональность между балансом мощностей и количеством уравнительной энергии. При подходящем выборе нелинейной функции зависимости она может противодействовать колебаниям в сети электроснабжения. Например, такая не линейная функция зависимости может быть выбрана так, что количество уравнительной энергии возрастает тем медленнее, чем больше значение баланса мощностей. Благодаря этому можно избежать того, что в случае возникновения колебания ответные меры будут приниматься со все большим количеством уравнительной энергии, что фактически могло бы привести к возбуждению колебания.
Предпочтительно альтернативно или в дополнение предлагается, чтобы функция зависимости была реализована так, что для определения положительных количеств уравнительной энергии она поведет себя иначе, соответственно, она предусмотрена с другой взаимосвязью, чем в том случае, когда она приведет к определению отрицательных количеств уравнительной энергии. Это тоже может противодействовать возможному возникновению колебания в сети электроснабжения и, соответственно, можно рассматривать различные режимы работы сетей электроснабжения при подаче избыточной энергии и при недоподаче энергии.
Функция зависимости может, впрочем, зависеть также от точки подключения к сети и, кроме того, быть изменяемой. Например, может быть предусмотрен одна зависимая от точки подключения к сети базовая функция этой функции зависимости и дополнительно фактор значимости, чтобы изменять эту функцию зависимости.
Функция зависимости может зависеть от характеристик сети электроснабжения. Сюда относится, например, какая суммарная мощность может подаваться посредством объединенных производителей энергии, которые в качестве синонима могут обозначаться также поставщиком энергии или источником. Сюда могут также включаться только производители энергии в пределах определенного радиуса, например, нескольких сотен километров, в частности 200 км или 500 км. При этом может также учитываться вид имеющихся производителей энергии и, кроме того, или альтернативно, вид имеющихся потребителей. К тому же может быть получено среднее значение, например, индуктивной доли всех потребителей в общем импедансе всех потребителей. Может быть предусмотрен учет только доминантных потребителей, т.е., например, потребителей, которые забирают по меньшей мере минимальную часть мощности, потребляемой всеми потребителями, например, 5% или 10%.
То же касается и учета поставщиков энергии, для которых тоже может быть предусмотрено рассмотрение только самых доминантных. Для учета поставщиков энергии может быть предусмотрена также разработка характеристики и выбор, например, по заранее заданной таблице зависимой от нее функции зависимости. Такая характеристика может заключать в себе информацию о том, содержит ли указанная сеть скорее внецентренных поставщиков энергии, соответственно, источников, например, ветроэнергетические установки или солнечные фотогальванические энергетические установки, или больше содержит обычных электростанций, например, угольные электростанции или атомные электростанции. Может также учитываться, какую подаваемую в систему мощность могут предоставлять подключенные источники. Для этого предлагается, чтобы каждый подключенный источник, соответственно, поставщик энергии указывал величину мощности или величину энергии, которую он может предоставлять в течение заранее заданного стабилизационного интервала, который может составлять, например, 5 сек или 10 сек. Такие данные также могут изменяться во время работы.
Согласно одному варианту выполнения в качестве характеристики учитывается коммутационная ситуация, соответственно, положение переключателей в сети электроснабжения. В частности, оператор этой сети электроснабжения может через соответствующее положение переключателей оказывать влияние на топологию сети. Так, например, посредством соответствующего положения переключателей тупиковая линия может быть изменена на замкнутый контур, или может включаться или разъединяться кольцевая топология. Также принимается во внимание отсоединение или подключение параллельной линии. Например, к таким изменениям топологии сети может привести, в качестве конкретного примера, отделение высоковольтной линии по реке, чтобы в порядке исключения мог проходить очень большой корабль. Для того, чтобы такие случаи лучше учитывались, согласно одному варианту выполнения предлагается изменять, устанавливать или выбирать функцию зависимости в зависимости от коммутационной ситуации, соответственно, от положения переключателей в сети электроснабжения. При этом коммутационная ситуация, соответственно, положение переключателей в сети электроснабжения может определяться, или о ней сообщает оператор сети.
В зависимости от этого может устанавливаться или выбираться функция зависимости. Если изменяются ее значения, что указывалось выше, то эта функция зависимости тоже может соответственно изменяться.
Кроме того, или альтернативно все это может производиться в зависимости от свойств системы этой сети электроснабжения. Одним таким свойством системы является, в частности, склонность этой сети электроснабжения колебаться при колебаниях баланса мощностей. Это свойство системы может при этом быть взаимосвязанным с вышеупомянутыми свойствами системы.
Кроме того, или альтернативно функция зависимости может изменяться, устанавливаться или выбираться в зависимости от по меньшей мере одного состояния системы этой сети электроснабжения. Состоянием системы является текущее состояние сети электроснабжения и касается, в частности, частоты в сети электроснабжения, а также напряжения в сети электроснабжения. Но могут также приниматься во внимание и другие состояния системы, например, наличие и, соответственно, величина высших гармоник электрического напряжения или электрических токов. Термин «состояние системы» здесь следует понимать с точки зрения регулирования. Он касается, в частности, не физических свойств или другого свойства этой сети электроснабжения, например, размера трансформатора, линии или импеданса сети, или участка сети.
Кроме того, или альтернативно предлагается, чтобы функция зависимости изменялась, устанавливалась или выбиралась в зависимости от по меньшей мере одной другой функции зависимости другой ветроэнергетической установки или другого парка ветроэнергетических установок. В частности, здесь предлагается, чтобы эта ветроэнергетическая установка, соответственно, этот парк ветроэнергетических установок коммуницировали с указанной другой ветроэнергетической установкой, соответственно, с другим парком ветроэнергетических установок и по меньшей мере обменивались информацией, предпочтительно также различными видами дополнительной информации. Здесь также может быть предусмотрено, например, что в качестве примера предусматривается два идентичных парка ветроэнергетических установок, причем в них выбраны различные функции зависимости, в частности, так, что при одинаковом индикаторе мощности один парк ветроэнергетических установок определяет большее количество уравнительной энергии, чем другой парк ветроэнергетических установок. Это тоже может противодействовать ее возрастанию, и предотвращать, в частности, необходимость того, чтобы оба этих парка ветроэнергетических установок предусматривали стабилизацию сетей относительно друг друга.
Кроме того, или альтернативно, предлагается, чтобы учитывалась внешняя установка, в частности, внешняя установка оператора этой сети электроснабжения. Вследствие этого оператору этой сети электроснабжения, который упрощенно называется также оператором сети, может быть предоставлена возможность регулировать соответствующие ветроэнергетические установки, или парки ветроэнергетических установок в отношении их системно предоставляемых услуг, в частности, в отношении их свойств стабилизации сети. Он может изменять, устанавливать или выбирать эти тенденции поведения из различных возможностей. Это может осуществляться также, например, в зависимости от накопленного опыта.
Согласно еще одному варианту выполнения предлагается, чтобы функция зависимости являлась зависимой от события в сети электроснабжения, в частности, зависимой от отключения или повторного подключения участка сети. Если часть этой сети электроснабжения отключается, например, в качестве вынужденной защитной функции или защитной реакции, то это может привести к тому, что баланс мощностей тоже внезапно изменится, как в этой отключенной части, так и в другой части. Если, например, отключается один участок сети, в котором потребляется мощность значительно выше среднего количества, и в который возможно подключены только потребители, то отключение как правило ведет к тому, что в остальной сети электроснабжения внезапно возникает положительный баланс мощностей, т.е. возникает внезапная потребность в том, чтобы противодействовать избытку мощности. При этом может, в частности, оказаться предпочтительным, наиболее сильно противодействовать этому избытку мощности вблизи точки, в которой указанная часть сети была отключена. Если бы можно было по меньшей мере за короткое время предвидеть, что предстоит такое отключение, то указанная функция зависимости парка ветроэнергетических установок вблизи такой точки отключения может соответственно изменяться, в частности, на очень сильную зависимость.
То же может быть справедливо и в том случае, если часть сети должна быть подсоединена снова. Парки ветроэнергетических установок, более удаленные от этой точки отключения, могут выбирать более слабую функцию зависимости, чтобы и в этой ситуации противодействовать склонности сети к нестабильности.
Предпочтительно индикатор мощности определяется по частоте сети, производной частоты сети по времени, напряжению сети, измеренной разнице в мощности, по одной частоте модели, построенной по частоте сети, и/или по фазовому углу между фазой напряжения сети и указанной частотой модели. Также могут комбинироваться несколько величин, чтобы определить этот индикатор мощности.
Согласно одному варианту выполнения предлагается, чтобы, кроме того, определялся коэффициент мощности в зависимости от импеданса сети. В частности, по меньшей мере одна из вышеупомянутых величин, в частности, частота сети и/или ее временная производная используются для определения коэффициента мощности, и дополнительно учитывается импеданс сети. В качестве импеданса сети может использоваться значение, измеренное в точке подключения к сети. Возможно также, что импеданс сети является известной величиной и, например, предоставляется оператором сети.
Предпочтительно частота сети или ее производная по времени для этой сети электроснабжения, или комбинация их обеих используются в качестве индикатора мощности. Предпосылкой для этого, естественно, является то, что сеть электроснабжения имеет переменное напряжение и, соответственно, является сетью переменного напряжения. В зависимости этой частоты сети как индикатора мощности тогда определяется соответствующее количество уравнительной энергии, и при этом например, количество уравнительной энергии может определяться тем 
, чем больше падение этой частоты сети ниже заданного уровня, т.е. текущего значения частоты по отношению к номинальной частоте или нижнего предельного значения диапазона допустимых отклонений частоты сети. Однако, могут быть целесообразными также другие вида учета частоты сети как индикатора мощности, например учет изменения частоты сети. Такой индикатор мощности в этом случае может соответствовать частоте сети или быть выведен из нее. Если он соответствует частоте сети, то для определения количества уравнительной энергии могут учитываться изменения индикатора мощности и, тем самым, изменения частоты сети. Того же можно достичь, если индикатор мощности уже соответствует изменению частоты сети.
В частности, в маленьких сетях можно измерять разность мощностей и непосредственно использовать в качестве индикатора мощности. Вследствие этого может непосредственно определяться и учитываться баланс мощностей, что является преимуществом, однако, это может оказаться затратным, в частности, для больших сетей или, в частности, для сложных сетей.
Вместо того, чтобы непосредственно измерять частоту сети, можно учитывать частоту модели, образованной по частоте сети. Такая частота модели может определяться, например, с помощью наблюдателя состояния.
Кроме того, или альтернативно предлагается учитывать фазовый угол между фазой, соответственно, положением по фазе напряжения сети и фазой, соответственно, положением по фазе частоты модели. Вследствие этого может, в частности, хорошо учитываться изменение частоты сети, которое ведет к увеличению фазового угла.
Согласно одному варианту выполнения предлагается рассчитывать количество уравнительной энергии по произведению указанный изменения индикатора мощности на устанавливаемый первого коэффициент положения. В простейшем случае это количество уравнительной энергии соответствует этому произведению. Однако, могут учитываться и другие влияющие факторы, например, общее количество энергии, имеющееся в распоряжении. Во всяком случае предлагается для расчета, т.е. для определения количества уравнительной энергии умножать указанное изменение индикатора мощности на первый коэффициент положения. Благодаря этому количество уравнительной энергии может рассчитываться в зависимости от изменения индикатора мощности, т.е., например, от изменения частоты.
Посредством указанного первого коэффициента положения можно оказывать влияние на зависящий от места учет соответствующей точки подключения к сети. Так, например, для первой ветроэнергетической установки или первого парка ветроэнергетических установок, которые через первую точку подключения к сети подают энергию в эту сеть электроснабжения, в качестве первого коэффициента положения может использоваться значение 1. В случае другой ветроэнергетической установки или другого парка ветроэнергетических установок, которые при таких же прочих показателях, что и у первой ветроэнергетической установки или, соответственно, первого парка ветроэнергетических установок, подают энергию в эту сеть электроснабжения через другую точку подключения к сети, которая, в частности, расположена в другом месте в этой сети электроснабжения, в качестве первого коэффициента положения может применяться, например, значение 0,5. Вследствие этого по коэффициенту положения может оцениваться весомость, и за счет этого на определение количества уравнительной энергии оказывается влияние в зависимости от точки подключения к сети. Указанный первый коэффициент положения может, однако, быть изменяемым, чтобы благодаря этому можно было оказывать влияние и на другие величины помимо местоположения точки подключения к сети, или обеспечить возможность более динамичного реагирования.
Кроме того, или альтернативно согласно еще одному варианту выполнения предлагается количество уравнительной энергии рассчитывать по произведению индикатора мощности на устанавливаемый второй коэффициент положения. В соответствии с этим за основу берется индикатор мощности и умножается на коэффициент положения. И в этом случае, как и в варианте выполнения, при котором используется изменение индикатора мощности, могут оказывать влияние и другие влияющие факторы. Однако, в простейшем случае количество уравнительной энергии рассчитывается непосредственно по произведению индикатора мощности на второй коэффициент положения.
Однако, если оказывают влияние другие влияющие факторы, то может выполняться комбинация с описанным перед этим вариантом выполнения, при котором количество уравнительной энергии в том числе определяется по изменению индикатора мощности. В этом случае могут оказывать влияние первый и второй коэффициенты положения. Теоретически могло бы быть достаточно применения лишь одного коэффициента положения, и первый и второй коэффициенты положения могли бы быть идентичными. В общем это могло бы быть возможно и для обоих отдельных вариантов без комбинации, т.е. если рассматривается только индикатор мощности или только его изменение. Но практически коэффициент положения, как первый, так и второй могут содержать в себе нормирование. В частности, описанное изменение индикатора мощности касается 
изменения индикатора мощности, так что получается уже другая физическая единица по сравнению с абсолютным значением индикатора мощности. Это может учитываться через соответствующий коэффициент положения. Согласование параметров для описанных различных ситуаций тоже может учитываться через соответствующий коэффициент положения. Альтернативно частота и изменение частоты могут совместно отображаться в этом индикаторе мощности, так что индикатор мощности уже содержит в себе оба параметра, и за счет применения этого индикатора мощности учитываются частота и изменение частоты.
Еще один предпочтительный вариант выполнения характеризуется тем, что
- ветроэнергетическая установка, соответственно, парк ветроэнергетических установок для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения содержат по меньшей мере одно питающее устройство, и это питающее устройство имеет по меньшей мере один рабочий диапазон, который должен соблюдаться, чтобы обеспечивать защиту установки или поддерживать предписанные предельные значения, причем
- для подачи количества уравнительной энергии возможен выход из этого рабочего диапазона на заранее заданный отрезок времени выравнивания, в частности, по меньшей мере за верхнее предельное значение рабочего диапазона вплоть на заранее заданную величину превышения верхнего предельного значения, если повышается подача базовой мощности.
Используемая ветроэнергетическая установка или используемый парк ветроэнергетических установок содержат, таким образом, по меньшей мере одно питающее устройство, которое в свою очередь имеет по меньшей мере один рабочий диапазон. В частности, при использовании ветроэнергетической установки может быть предусмотрено одно единственное питающее устройство, в частности, инвертор, включая выходной дроссель. В случае парка ветроэнергетических установок могут применяться несколько таких питающих устройств. Однако, возможно, что парк ветроэнергетических установок собирает энергию от ветроэнергетических установок иным образом и использует центральное питающее устройство - как другой вариант выполнения.
Это по меньшей мере одно питающее устройство имеет, тем самым, по меньшей мере один рабочий диапазон, который должен соблюдаться, чтобы обеспечивать защиту установки или поддерживать предписанные предельные значения. В частности, максимальный питающий ток может устанавливать верхний предел и за счет этого определять рабочий диапазон в отношении питающего тока. Другой рабочий диапазон может задаваться диапазоном используемых напряжений.
Также предлагается, однако, что для подачи уравнительной энергии в порядке исключения возможен выход из этого рабочего диапазона. Это также предусмотрено только на заранее заданный отрезок времени выравнивания. Здесь в основу положено понимание того, что выход за рабочие диапазоны, в частности, за предельные значения напряжения, тока или мощности могут привести, в частности, к термическому повреждению. Таким образом, следствием превышения таких предельных значений может быть перегрев. Было установлено, однако, что возникающие при этом превышения температуры, которые в конечном счете ведут к разрушению или по меньшей мере старению, имеют определенную временную константу, и таким образом, с кратковременными превышениями можно примириться. Поскольку здесь предусмотрена заданная кратковременная подача заранее заданного количества уравнительной энергии, то, в частности, за счет применения короткого базового интервала времени, несмотря на превышение предельных значений она может быть соблюдена, так как это происходит очень кратковременно. В частности, за счет выбора короткого базового интервала времени несмотря на повышенную подачу энергии перегрев может предотвращаться.
Предпочтительно предусмотрено верхнее предельное значение рабочего диапазона, которое может быть превышено на заранее заданную величину превышения верхнего предельного значения, если повышается подача базовой мощности. За счет установления этой заранее заданной величины превышения верхнего предельного значения, в частности, во взаимосвязи с предусмотренным временем превышения или, соответственно, максимальным временем превышения, это превышение и, в частности, также результирующее действие могут целенаправленно удерживаться в заданных границах.
Например, превышение номинальной частоты вращения соответствует превышению некоторого предельного значения. Тем самым, у ротора имеется в распоряжении больше энергии.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения предлагается для подачи уравнительной энергии использовать энергию вращения ветроэнергетической установки, когда повышается подача базовой мощности. То есть, если нужно подавать больше энергии, чем в данный момент производит ветроэнергетическая установка, то может быть использована энергия вращения, в частности, аэродинамическая, но также и электродинамическая мощность ротора ветроэнергетической установки. Это могло бы привести к тому, что частота вращения ротора вследствие этого упадет. Но с этим можно примириться. За счет определения уравнительной энергии, которая здесь дополнительно подается, может также четко определяться и тем самым контролироваться энергия, которая здесь забирается из вращения. Соответственно, определение количества уравнительной энергии тоже может производиться в зависимости от частоты вращения ротора ветроэнергетической установки. При этом под ротором ветроэнергетической установки в общем подразумевается аэродинамический ротор, а электродинамический ротор здесь для лучшего отграничения может быть обозначен как якорь. Однако, частоты вращения якоря и ротора в безредукторной ветроэнергетической установке одинаковы, а в случае редукторной установки обе частоты вращения могут быть очень просто пересчитаны одна в другую.
Кроме того, или альтернативно, предлагается накапливать энергию в виде энергии вращения в ветроэнергетической установке, когда подача энергии базовой мощность уменьшается, т.е. если подается меньше энергии, или даже она отбирается из этой сети электроснабжения. В частности, в том случае, если в сеть электроснабжения подается меньше энергии, а затем подается положительная мощность, то использование ротора как накопителя энергии может быть просто реализовано за счет того, что из ротора, соответственно, из движения ротора отбирается соответственно меньше энергии, чем подается в него с помощью ветра. В таком случае накопление энергии вращения может просто обеспечиваться за счет того, что соответственно повышается заданное значение частоты вращения.
Предпочтительно, альтернативно или дополнительно, предусмотрено принудительное ограничение мощности ветроэнергетической установки, когда уменьшается подача базовой мощности. Таким образом, предлагается изменять рабочую точку ветроэнергетической установки таким образом, чтобы установка вырабатывала меньшую мощность. Это может производиться, например, путем поворачивания лопастей ротора от ветра.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения предлагается следующее:
- указанная ветроэнергетическая установка или, соответственно, по меньшей мере одна из ветроэнергетических установок указанного парка ветроэнергетических установок имеет генератор, который приводится в действие с частотой вращения генератора,
- определяется ожидаемое значение, которое показывает, следует ли ожидать изменения баланса мощностей, и
- частота вращения изменяется в зависимости от этого ожидаемого значения, если оно показывает, что следует ожидать изменения баланса мощностей.
Таким образом, предлагается проверять, следует ли ожидать изменения баланса мощностей. Изменение баланса мощностей может ожидаться, например, в зависимости от времени суток на основании опытных данных, когда, в частности, исходя из опыта, подключаются или отключаются большое количество потребителей или потребители большой мощности. Баланс мощностей может ожидаться также в том случае, если крупный потребитель заранее известит об этом. Он может ожидаться также в том случае, если вследствие перехода от дня к ночи или наоборот, в частности, изменяется доля мощности, вырабатываемой фотогальваническим методом. Предпочтительно оценивается прогноз погоды, в частности, прогноз силы и направления ветра, и по нему определяется изменение ожидаемой питающей мощности ветра. Из этого может также выводиться ожидаемое значение баланса мощностей. Другими событиями могут быть перепады максимальной мощности, которые могут возникать, например, при солнечном затмении, больших спортивных мероприятиях, за которыми следит много людей, в Рождество и в Новогоднюю ночь.
Возможно также, что, в частности, крупные потребители передают оператору сети или иной дежурно-диспетчерской службе сообщение, в котором извещается об изменениях у этого крупного потребителя. Запланированное отключение или повторное включение части этой сети электроснабжения заставляет ожидать изменения баланса мощностей. Соответственно определяется ожидаемое значение, и предлагается изменять частоту вращения в зависимости от этого ожидаемого значения, если оно указывает на то, что следует ожидать изменения баланса мощностей. В частности, предлагается повышать частоту вращения, если следует ожидать, что баланс мощностей будет отрицательным, чтобы тем самым предоставить в распоряжение больше энергии вращения, которую можно использовать для определения количества, а затем и для подачи этого количества уравнительной энергии.
В качестве еще одного аспекта рассматривается возможность выхода за предельно допустимые значения звуковой мощности на короткое время из-за частоты вращения выше номинальной. В среднем установка может при этом, как и прежде, соблюдать предельные значения, однако, для стабилизации на короткое время может допускаться более высокая частота вращения, что ведет к усилению звука, но лишь на короткое время.
Согласно изобретению, предлагается также ветроэнергетическая установка для подачи электрической мощности в питающую сеть электроснабжения в точке подключения к сети, и эта ветроэнергетическая установка содержит
- средство контроля для осуществления контроля индикатора мощности, репрезентативного для баланса мощностей в сети электроснабжения, причем этот баланс мощностей показывает разность мощностей как разность между
- мощностью, подаваемой в эту сеть электроснабжения производителем энергии, и
- мощностью, отбираемой из этой сети электроснабжения потребителем, причем этот баланс мощностей положителен, если подается 
мощность, чем отбирается,
- определяющее средство для определения количества уравнительной энергии в зависимости от указанного индикатора мощности,
- питающее устройство для подачи электрической мощности в эту сеть электроснабжения в точке подключения к сети,
- управляющее устройство для управления питающим устройством таким образом, что
- это питающее устройство подает базовую электрическую энергию в зависимости от располагаемой мощности ветра, и
- это питающее устройство изменяет подачу базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии.
Средство контроля, тем самым, контролирует индикатор мощности, который является репрезентативным для баланса мощностей. Баланс мощностей показывает разность мощностей как разность между мощностью, которая подается в сеть электроснабжения, и мощностью, отбираемой из этой сети электроснабжения. Здесь она определяется таким же образом, как уже пояснялось выше в связи с по меньшей мере одним вариантом выполнения способа подачи электрической мощности.
Указанное определяющее средство в зависимости от индикатора мощности определяет количество уравнительной энергии. Это определяющее средство может представлять собой, например, вычислительный блок с микропроцессором. Определяющее средство может быть также частью управляющего устройства для управления питающим устройством, которое будет рассмотрено ниже. Питающее устройство, которое может быть выполнено, например, как инвертор с включенным последовательно дросселем, применяется, таким образом, для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения в точке подключения к сети и управляется с помощью управляющего устройства. Это управляющее устройство при этом управляет питающим устройством так, что базовая электрическая энергия подается в зависимости от располагаемой мощности ветра, и дополнительно к базовой электрической энергии подается количество уравнительной энергии, определяемое с помощью указанного определяющего средства. Если это количество уравнительной энергии было определено с отрицательным значением, то подача базовой мощности соответственно снижается.
Предпочтительно предложенная ветроэнергетическая установка характеризуется тем, что она осуществляет по меньшей мере один способ согласно одному из вышеописанных вариантов осуществления.
Предпочтительно эта ветроэнергетическая установка имеет резервный накопитель энергии, в котором может накапливаться запас энергии или часть его. Так, например, этот запас энергии частично может накапливаться во вращении аэродинамического ротора и/или якоря ветроэнергетической установки, а другая часть может накапливаться в резервном накопителе энергии, чтобы благодаря этому можно было предоставлять больше уравнительной энергии. Резервный накопитель энергии может быть предусмотрен, например, как накопитель энергии в виде аккумуляторной батареи или как гироскопический энергоаккумулятор, или как комбинация их обоих.
Предпочтительно резервный накопитель энергии предусмотрен для ветроэнергетической установки как внешний накопитель энергии. Этот накопитель энергии может быть предусмотрен, например, в дополнительном корпусе или в здании снаружи ветроэнергетической установки. Но он может быть предусмотрен также снаружи по отношению к питающему устройству, т.е., в частности, к одному или нескольким инверторам. Таким образом, он не является частью инвертора и предусмотрен, в частности, дополнительно к промежуточному контуру постоянного тока инвертора. В частности, он имеет накопительную емкость, которая многократно, например, по меньшей мере пятикратно или по меньшей мере десятикратно превышает накопительную емкость промежуточного контура постоянного тока используемого инверторного устройства.
Согласно одному варианту выполнения указанная ветроэнергетическая установка характеризуется тем, что
- управляющее устройство имеет блок коэффициентов положения для предоставления первого и/или второго коэффициента положения, причем этот блок коэффициентов положения имеет вход,
на который может вводиться величина, влияющая на коэффициент положения, и причем
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению изменения индикатора мощности на первый коэффициент положения или, кроме того, или альтернативно
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению индикатора мощности на второй коэффициент положения.
Управляющее устройство имеет, таким образом, блок коэффициентов положения, который может предоставлять первый или второй коэффициент положения, или оба этих коэффициента положения. Для этого он имеет вход, на который может вводиться по меньшей мере одна величина, влияющая на коэффициент положения. В простейшем случае вводится каждый раз значение, которое пропорционально коэффициенту положения. В общем может вводиться и непосредственно коэффициент положения. Предпочтительно, однако, вводится соответствующий фактор значимости, который может лежать, например, в диапазоне от 0 до 1, чтобы затем связать его с функцией, в простейшем случае перемножить с другой величиной, чтобы таким образом получить коэффициент положения. В рассмотренном примере задание фактора значимости со значением 1 привело бы к тому, что получится максимальный коэффициент положения, тогда как при задании, например, значения 0,5 получится коэффициент положения с половинным значением от максимального коэффициента положения.
Этот коэффициент положения, соответственно, эти коэффициенты положения затем предоставляются в распоряжение, а именно, в частности, выдаются для других расчетов. По ним может рассчитываться количество уравнительной энергии, а именно либо по произведению изменения индикатора мощности на первый коэффициент положения, либо, помимо того, или альтернативно, по произведению индикатора мощности на второй коэффициент положения. Может также рассматриваться комбинация. При этом может оказываться влияние на количество уравнительной энергии, соответственно, на ее расчеты. Такое оказание влияния может предприниматься также и извне, за счет того, что величина, влияющая на коэффициент положения, вводится на вход блока коэффициентов положения, например, оператором сети или системой управления парка, если эта ветроэнергетическая установка расположена в парке ветроэнергетических установок.
Согласно изобретению к тому же предлагается парк ветроэнергетических установок, содержащий несколько ветроэнергетических установок для подачи электрической мощности в питающую сеть электроснабжения в точке подключения к этой сети. Этот парк ветроэнергетических установок содержит
- средство контроля парка для осуществления контроля индикатора мощности, репрезентативного для баланса мощностей в сети электроснабжения, причем баланс мощностей показывает разность мощностей как разность между
- мощностью, подаваемой в эту сеть электроснабжения производителем энергии, и
- мощностью, отбираемой из этой сети электроснабжения потребителем, причем этот баланс мощностей положителен, если подается мощность, чем отбирается,
- определяющее средство парка для определения количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности,
- управляющее устройство парка для управления ветроэнергетическими установками таким образом, что
- ветроэнергетические установки подают базовую электрическую энергию в зависимости от располагаемой мощности ветра, и
- эти ветроэнергетические установки изменяют подачу базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии.
Такой парк ветроэнергетических установок может, тем самым, подобно вышеописанному для ветроэнергетической установки, осуществлять стабилизацию сети путем определения и подачи конкретного количества уравнительной энергии. За счет использования парка ветроэнергетических установок при этом может предусматриваться и подаваться, по существу, большее количество уравнительной энергии и, соответственно, подача энергии уменьшается на указанное количество уравнительной энергии, как это было бы возможно с одной единственной ветроэнергетической установкой этого парка.
Парк ветроэнергетических установок для этого содержит определяющее средство парка, которое работает подобно описанному перед этим определяющему средству ветроэнергетической установки и определяет количество уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности. Определяющее средство парка учитывает при этом размеры, свойства, а также рабочее состояние ветроэнергетических установок в парке ветроэнергетических установок. Для перераспределения предусмотрено управляющее устройство парка, которое соответственно управляет ветроэнергетическими установками, а именно так, что дополнительно к базовой электрической энергии подается определенное количество уравнительной энергии и, соответственно, если оно отрицательное, то базовая мощность соответственно уменьшается. Управляющее устройство парка управляет при этом ветроэнергетическими установками не во всех деталях, а предпочтительно предварительно задает соответствующее заданное значение для подачи, в частности, заданные значения мощности. Конкретная реализация может осуществляться посредством ветроэнергетических установок.
Требования по количеству уравнительной энергии должно соответственно направляться ветроэнергетическим установкам. Это может происходить, например, посредством процентного значения, которое это управляющее устройство парка может выдавать, например, в виде некоторой величины, и которое затем для каждой из ветроэнергетических установок приводит к соответствующему процентному значению количества уравнительной энергии на конкретную ветроэнергетическую установку, например, по отношению к максимальному количеству уравнительной энергии соответствующей ветроэнергетической установку. Это может быть пересчитано, например, относительно любого эталонного количества энергии.
Предпочтительно парк ветроэнергетических установок содержит ветроэнергетические установки, выполненные согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов. В этом случае средство контроля парка может быть образовано средством контроля ветроэнергетической установки. Тогда и определяющее средство парка и/или управляющее устройство парка может отпадать или согласовываться с ветроэнергетическими установками. В частности, предлагается, чтобы управляющее устройство парка могло влиять на один коэффициент положения ветроэнергетических установок, в частности, связывается с входом блока коэффициентов положения и вводит соответствующую величину, чтобы оказать влияние на коэффициент положения.
Предпочтительно для парка ветроэнергетических установок предлагается предусмотреть накопитель энергии парка для накопления дополнительной энергии для предоставления определенного количества уравнительной энергии или его части. Таким образом, дополнительно к ветроэнергетическим установкам такого парка можно предусмотреть еще одно накопительное устройство, а именно указанный накопитель энергии парка. Опционально предусматривается к тому же питающее устройство парка, которое в свою очередь, в частности, независимо от указанных ветроэнергетических установок подает энергию из указанного накопителя энергии парка в эту сеть электроснабжения. Для этого может быть предусмотрено, например, дополнительное инверторное устройство. Для подачи энергии независимо от указанных ветроэнергетических установок используется собственное питающее устройство парка, однако, предпочтительно и, в частности, при использовании управляющего устройства парка согласованно с подачей электрической мощности остальных ветроэнергетических установок. Благодаря этому стабилизация этой сети электроснабжения может повышаться за счет того, что может предоставляться дополнительная энергия для стабилизации посредством указанного накопителя энергии парка, а также может быть предусмотрена независимая от ветроэнергетических установок и тем самым хорошо дополняющая подача энергии и стабилизация сетей.
Накопитель энергии может быть предусмотрен также в отдельных ветроэнергетических установках и/или в промежуточном контуре постоянного тока инвертора, соответственно, нескольких инверторов.
Если определяемое количество уравнительной энергии получилось отрицательным, то может быть также предусмотрен отбор энергии из сети электроснабжения и подача ее в накопитель энергии парка. В простейшем случае указанные ветроэнергетические установки могут при этом продолжать эксплуатироваться без изменений. То есть, ветроэнергетические установки могут в таком случае просто продолжать подачу базовой мощности, не повышая ее или не уменьшая.
Согласно одному варианту выполнения предлагается следующее:
- управляющее устройство парка имеет блок коэффициента положения парка для предоставления первого и/или второго коэффициента положения, причем этот блок коэффициента положения парка имеет вход, на который может вводиться величина, влияющая на коэффициент положения, и причем
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению изменения индикатора мощности на первый коэффициент положения или, кроме того, или альтернативно
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению индикатора мощности на второй коэффициент положения.
Таким образом, парк ветроэнергетических установок может извне управляться или настраиваться по изменению одного или нескольких коэффициентов положения. Благодаря этому извне, например, оператором сети может изменяться коэффициент положения или коэффициенты положения, а тем самым и количество уравнительной энергии.
Благодаря тому, что это относится не только к указанному парку ветроэнергетических установок, но и к описанным ветроэнергетическим установкам, и к описанному способу, обеспечивается высокая гибкость такой стабилизации сетей. В частности, может обеспечиваться непосредственная реакция на изменение баланса мощностей, поскольку каждый раз количество уравнительной энергии определяется в зависимости от него. Дополнительно, однако, можно оказывать влияние и на эту зависимость, и тем самым можно оказывать влияние на свойства системы этой сети электроснабжения.
Далее предлагается предусмотреть управляемую нагрузку в качестве другой формы обеспечения отрицательной энергии. Для этого или в дополнение предлагается регулятор парка, а именно центральный регулятор парка ветроэнергетических установок, который может также обозначаться как регулятор парка ветроэнергетических установок, и который управляет потребителями в распределительной сети, соответственно, в сети электроснабжения, чтобы таким образом при необходимости снизить потребление. За счет этого может повышаться баланс мощностей.
Данное изобретение в дальнейшем будет разъяснено подробнее на примерах выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1 - ветроэнергетическая установка, вид в перспективе.
Фиг. 2 - парк ветроэнергетических установок, схематично.
Фиг. 3 - вырез сети электроснабжения с несколькими элементами, оказывающими влияние на режим работы этой сети электроснабжения.
Фиг. 4 - возможности определения количества уравнительной энергии.
Фиг. 5 - схема возможного способа подачи уравнительной энергии.
Фиг. 6 - еще одна схема другого возможного способа подачи уравнительной энергии.
На Фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 расположен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и кожухом 110 обтекателя. Ротор 106 в рабочем режиме с помощью ветра приводится во вращательное движение и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104.
На Фиг. 2 показан парк 112 ветроэнергетических установок с показанными в качестве примера тремя ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или различными. Эти три ветроэнергетические установки 100 символизируют собой в принципе любое число ветроэнергетических установок одного парка 112 ветроэнергетических установок. Эти ветроэнергетические установки 100 доставляют свою мощность, а именно, в частности, выработанный ток через электрическую сеть 114 парка. При этом соответствующие выработанные токи, соответственно, мощности отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и большей частью предусмотрен трансформатор 116, который повышает напряжение в парке, чтобы затем в точке 118 подачи питающего напряжения, которая в общем обозначается также как PCC (Point of Common Coupling) - точка общего присоединения (ТОП), питать сеть 120 электроснабжения. На Фиг. 2 показано упрощенное представление парка 112 ветроэнергетических установок, на котором, например, не показана система управления, хотя, естественно, такая система управления есть. Также, например, эта сеть 114 парка может быть выполнена иначе, например, также за счет того, что на выходе каждой ветроэнергетической установки 100 имеется трансформатор, просто как другой вариант выполнения.
На Фиг. 3 показана часть сети 2 электроснабжения, на которой указаны различные участки линии для различных уровней напряжения, а именно для максимального напряжения HH, высокого напряжения H и среднего напряжения M. Возможны также участки с низким напряжением, которые здесь более детально не рассматриваются. Частью этой сети электроснабжения является мощная электростанция 4, гидроэлектростанция 6, ветроэнергетическая установка 8, которая соответствует ветроэнергетической установке 100 по Фиг. 1 или, соответственно, по Фиг. 2, и первый парк WP1 ветроэнергетических установок, и еще один парк WP2 ветроэнергетических установок. Это производители энергии, питающие сеть 2 электроснабжения.
В качестве потребителей на Фиг. 3 представлены первый завод 10 и второй завод 12, а также первый город 14 и второй город 16. Для различных подключений, а также соединений между сетью максимального напряжения и сетью высокого напряжения предусмотрены трансформаторы T, которые, хотя и обозначены одной и той же буквой T, естественно могут иметь разные размеры.
Для наглядности предусмотрен также коммутационный аппарат S1 для подключения и, соответственно, отключения первого завода 10, а также коммутационный аппарат S2 для подключения и, соответственно, отключения гидроэлектростанции 6, первого города 14 и ветроэнергетической установки 8. Гидроэлектростанция 6, первый город 14 и ветроэнергетическая установка 8 объединены таким образом в одной части 18 сети. Второй коммутационный аппарат S2 может, тем самым, эту часть 18 сети отключать от остальной части этой сети 2 электроснабжения или, соответственно, после отключения снова подсоединять. На Фиг. 3 сначала исходят из того, что первый и второй коммутационные аппараты замкнуты, и все показанные производители энергии и потребители соединены с сетью электроснабжения, и в нее подается мощность и, соответственно, мощность из нее отбирается.
Если допустить, что производители энергии и потребители, которые показаны на Фиг. 3 в этой сети 2 электроснабжения, являются отдельными или, соответственно, релевантными отдельным производителями энергии и, соответственно, потребителями, то для баланса мощностей ΔP получается следующая зависимость:
ΔP=P1-P2+P3+P4-P5-P6+P7
причем справедливо следующее: P3=P31-P32+P33
При этом сначала каждая из мощностей от P1 до P7 и, соответственно, от P31 до P33 принимается по своему значению как положительная, и, соответственно стрелки на Фиг. 3 для соответствующих мощностей указывают от производителя энергии к сети 2 электроснабжения и, соответственно, к потребителю и при этом от сети электроснабжения. Соответственно, мощности производителей энергии считаются положительными, а мощности потребителей отрицательными.
Мощность P3 относится к мощности, подаваемой частью 18 сети в сеть 2 электроснабжения или, соответственно, в ее магистраль 20. Это значение также может быть отрицательным, в частности, тогда, когда гидроэлектростанция 6, а также ветроэнергетическая установка 8 не производят никакой мощности или, соответственно, вместе производят меньше мощности, чем потребляет первый город 14, т.е. если сумма P31 и P33 меньше, чем P32.
Если теперь сначала исходить из того, что баланс ΔP мощностей равен 0, то сеть 2 электроснабжения работает, по существу, в стационарном режиме, и не требуется никакой добавочной энергии. В частности, ветроэнергетическая установка 8 и оба парка WP1 и WP2 ветроэнергетических установок тогда могли бы работать в классическом параллельном режиме с сетью, т.е. подавать именно столько питающей мощности, сколько они могут получить от ветра.
Если, например, первый завод 10 отключается от сети, т.е. по меньшей мере символически размыкается первый коммутационный аппарат S1, то потребляемая мощность P2 первого завода 10 могла бы упасть до нуля, и в этом случае баланс ΔP мощностей был бы положительным. Таким образом, в эту сеть 2 электроснабжения подавалось бы больше мощности, чем отбирают подключенные потребители. Этот положительный баланс мощностей парки WP1 и WP2 ветроэнергетических установок могут определять, например, с помощью первичного измерительного преобразователя 22, соответственно, 24, оценивать в управляющем устройстве 26, соответственно, 28 парка и соответственно реагировать на это. Определение с помощью первичного измерительного преобразователя 22, соответственно, 24 может заключаться, например, в определении частоты. Эти данные могут, однако, устанавливаться и иным образом, включая то, что такие данные предоставляются оператором сети.
В управляющем устройстве 26, соответственно, 28 парка затем может рассчитываться соответствующее количество уравнительной энергии, которое в приведенном примере избыточной мощности в сети 2 электроснабжения могло бы привести к отрицательному значению этой уравнительной энергии в обоих случаях. Оба парка WP1 и WP2 ветроэнергетических установок в соответствии с этим уменьшали бы базовую мощность, которую они подавали перед этим в упомянутом параллельном режиме с сетью, на соответствующее рассчитанное количество уравнительной энергии. Баланс мощностей или соответствующий ему индикатор, в качестве которого здесь указана, например, частота, контролировались бы и дальше. Соответственно, в ближайший момент времени, например, в момент следующего такта, снова может рассчитываться количество уравнительной энергии.
В зависимости от величины каждый раз рассчитанного количества уравнительной энергии, которой в этом случае было бы меньше, может быть достаточно согласования режима ветроэнергетических установок, или можно было бы предложить поглощение мощности посредством термического сопротивления, называемого также чоппером, соответственно, преобразование в тепло. Это может осуществляться, например, в каждой ветроэнергетической установке парков WP1, соответственно, WP2 ветроэнергетических установок, или может быть предусмотрен отдельный чоппер, который здесь в качестве примера показан как чоппер 30, соответственно, 32. Можно также предложить накапливание этого количества уравнительной энергии или его части в накопителе энергии в виде аккумуляторной батареи 34, соответственно, 36. Здесь следует пояснить, что через некоторое время эта активированная регулируемая мощность может быть полностью или частично отобрана более медленными источниками в сети для выравнивания энергетического баланса. Поэтому для стабилизации может быть достаточно уже короткого времени.
Простоты ради и в целях наглядности считается, что оба парка WP1 и WP2 ветроэнергетических установок выполнены, по существу, идентично, в частности, содержат одинаковое количество ветроэнергетических установок с одинаковой номинальной мощностью. Парки WP1 и WP2 ветроэнергетических установок отличаются, однако, их позицией в сети электроснабжения. Первый парк WP1 ветроэнергетических установок подключен вблизи первого завода 10, соответственно, к точке, в которой первый завод 10 запитан в эту сеть электроснабжения, соответственно, в магистраль 20. Второй парк WP2 ветроэнергетических установок, напротив, находится дальше от той точки, в которой запитан первый завод 10, чем первый парк WP1 ветроэнергетических установок. Таким образом, в частности, поддерживающие сеть меры соответствующих парков WP1 и WP2 ветроэнергетических установок тоже могут действовать по-разному. Проще говоря, описанное отключение первого завода 10 действует на первый парк WP1 ветроэнергетических установок более непосредственно, чем на второй парк ветроэнергетических установок WP2.
Тем самым, предлагается учитывать эти различные позиции подключения обоих парков WP1 и WP2 ветроэнергетических установок при выборе механизма стабилизации сетей. В частности, предлагается, чтобы меры по стабилизации сети для первого парка WP1 ветроэнергетических установок были выбраны более мощными, чем для второго парка WP2 ветроэнергетических установок. В частности, предлагается, чтобы первый парк WP1 ветроэнергетических установок предоставлял больше добавочной энергии и соответственно, в случае превышенной мощности отбирал больше добавочной энергии, чем второй парк WP2 ветроэнергетических установок. Одновременно, однако, в целом режим такой стабилизации сети, т.е. дополнительная подача уравнительной энергии и, соответственно, отбор уравнительной энергии должен протекать максимально одинаковым образом. Для этого предлагается, чтобы количество уравнительной энергии, определяемое, соответственно, рассчитываемое в соответствующем, т.е. в первом парке WP1 ветроэнергетических установок и во втором парке WP2 ветроэнергетических установок, зависело не только от баланса мощностей или, соответственно, от индикатора баланса мощностей, но и от данных о положении. В частности, оно зависит от коэффициента положения, который учитывает эти отличия в ситуации подключения первого парка WP1 ветроэнергетических установок, с одной стороны, и второго парка WP2 ветроэнергетических установок, с другой стороны.
В частности, здесь может быть предусмотрен коэффициент положения, принимающий значение между 0 и 1 или альтернативно значение между 0,5 и 2. В таком случае для первого парка WP1 ветроэнергетических установок он мог бы принимать значение 2, а для второго парка WP2 ветроэнергетических установок принимать значение 0,5. В этом приведенном в качестве примера варианте мог бы устанавливаться коэффициент положения со значением 1 в качестве стандартного значения или среднего значения, и это значение было бы, тем самым, для первого парка WP1 ветроэнергетических установок вдвое большим, чем стандартное значение или среднее значение, а для второго парка WP2 ветроэнергетических установок оно было бы наполовину меньше. Однако, этот пример приведен лишь для наглядности. В любом случае это количество уравнительной энергии могло бы здесь определяться одинаково быстро и по одинаковому алгоритму, и тем самым, по существу, с одинаковой динамикой, однако, с различными величинами для первого парка WP1 ветроэнергетических установок, с одной стороны, и второго парка WP2 ветроэнергетических установок, с другой стороны. Однако, возможны и другие варианты учета, например, можно предусмотреть другую динамику.
Предлагаемое решение - определять количество уравнительной энергии и дополнительно подавать или, соответственно, уменьшать подачу энергии на это количество - предназначено, в частности, для кратковременной стабилизации сети в диапазоне секунд, то есть для времени менее 10 сек, в частности, для времени менее 5 сек. В это время могут быть запущены долгосрочные меры, которые могут обеспечивать долговременное выравнивание мощности, так что в идеале баланс ΔP мощностей будет снова установлен на 0. Одну возможность довольно долговременного выравнивания предоставляет показанная в качестве примера гидроэлектростанция 6. Можно рассматривать, однако, и другие виды электростанций, например, газовые электростанции. За еще большее время могут согласовывать свою поедаемую мощность мощные электростанции.
Если опять имеет место выравненный баланс мощностей, т.е. баланс ΔP мощностей снова примерно равен 0, и затем снова подключается первый завод 10, т.е. замыкается символически обозначенный коммутационный аппарат S1 в то время, когда первый завод 10 тоже получает мощность, то может снова сложиться ситуация, в которой баланс ΔP мощностей больше не будет выравненным. В частности, в описываемом случае, если вдруг отбирается мощность P2, то баланс ΔP мощностей станет отрицательным.
Для кратковременной стабилизации могут, в частности, оба парка WP1 и WP2 ветроэнергетических установок подавать дополнительную энергию. Для этого каждый раз определяется и подается соответствующее количество уравнительной энергии. Это количество уравнительной энергии может частично или полностью забираться из энергии вращения ветроэнергетических установок указанного парка ветроэнергетических установок. Кроме того, или альтернативно может забираться энергия из упомянутого накопителя энергии в виде аккумуляторной батареи 34, соответственно, 36. Для этого инвертор 38, соответственно, 40 может отбирать энергию из указанного накопителя энергии в виде аккумуляторной батареи 34, соответственно, 36 и преобразовывать в переменный ток, и через соответствующий трансформатор T добавлять к соответствующей базовой мощности парков WP1, соответственно, WP2 ветроэнергетических установок.
И здесь количество уравнительной энергии тоже каждый раз определяется в зависимости от баланса мощностей или индикатора баланса мощностей. Дополнительно здесь предлагается также предусмотреть еще одну вариацию, а именно - здесь это предлагается делать в зависимости от позиции, в которой соответствующий парк WP1, соответственно, WP2 ветроэнергетических установок подключен к сети 2 электроснабжения, соответственно, к магистрали 20. Здесь по сути справедливо то же, что пояснялось выше для случая, при котором баланс ΔP мощностей становился положительным за счет размыкания коммутационного аппарата S1.
Здесь можно добавить, что при подаче дополнительной энергии и, тем самым, при определении, соответственно, вычислении количества уравнительной энергии предлагается также учитывать запас энергии. Для наглядности, на примере по Фиг. 3 этот запас энергии может быть составлен из энергии вращения, забираемой у ветроэнергетических установок, и имеющейся и забираемой энергии из накопителя энергии в виде аккумуляторной батареи 34, соответственно, 36. В частности, в отношении энергии вращения следует учитывать, что придется мириться с определенным снижением частоты вращения, которая сопутствует отбору энергии вращения. Возможно, но не целесообразно полностью забирать энергию вращения и тем самым приводить роторы к останову. Соответственно, здесь тоже в качестве запаса энергии или, соответственно, в качестве доли этого запаса энергии должна рассматриваться не вся энергия вращения, а лишь та, которая может отбираться так, что указанная ветроэнергетическая установка сможет после этого продолжать эксплуатироваться.
Одна возможность учета запаса энергии состоит в том, что следят за тем, чтобы он не падал ниже определенного предельного значения, например, 10% или предпочтительно 20% от максимально возможного запаса энергии. Пока имеется запас энергии, больший чем это нижнее предельное значение, количество уравнительной энергии может рассчитываться без ограничения. Если же уровень опускается ниже этого нижнего предельного значения, то может быть предусмотрен алгоритм для уменьшения количества уравнительной энергии, соответственно, ее расчетов. Это лишь один пример такого учета, можно также уже изначально предусмотреть запас энергии в алгоритме расчета для вычисления количества уравнительной энергии.
За счет такого учета запаса энергии не только в целом учитывается, что имеется лишь конечное количество энергии, но здесь можно целенаправленно оказывать влияние на расчеты количества уравнительной энергии. При стабилизации сети за счет физических свойств непосредственно подключенного синхронного генератора, как это могло бы иметь место, например, в символически обозначенной мощной электростанции 4, стабилизация тоже может предприниматься лишь в том объеме, сколько энергии вращения имеется в этом синхронном генераторе. Однако, там на такое ограничивающее действие за счет имеющейся энергии вращения влиять нельзя. По мере отбора энергии вращения синхронный генератор замедляется, и соответственно изменяется частота, с которой этот непосредственно подключенный синхронный генератор подает энергию. Это ведет также к тому, что при уменьшении частоты вращения генератора вплоть до нижнего предельного значения может произойти развязка от сети, отключение или отделение части сети. Тогда подача энергии от этого синхронного генератора внезапно вообще станет невозможна, если его частота вращения упадет ниже минимально допустимого значения. Здесь недостатком является, во-первых, то, что немедленно отпадает его добавочная энергия, включая подававшуюся до сих пор мощность. Но тут возникает еще один недостаток, что выработанная этой мощной электростанцией мощность внезапно больше не сможет отдаваться и должна быть каким-то образом поглощена. В частности, проблематично то, что из-за общего падения частоты сети обычно могут отключаться от сети и все мощные электростанции с синхронными генераторами, и проблема в связи с этим лишь обостряется.
В предлагаемом решении, которое описывалось для парков WP1 и WP2 ветроэнергетических установок, но которое в общем могло бы быть реализовано, например, посредством ветроэнергетической установки 8, эти проблемы могут быть предотвращены. Во-первых, можно целенаправленно управлять стабилизирующей подачей энергии также и в зависимости от имеющегося запаса энергии. Во-вторых, парк ветроэнергетических установок и, соответственно, ветроэнергетическая установка могут продолжать работать сами по меньшей мере с базовой мощностью, если для дополнительной подачи энергии больше нет никакого запаса энергии. Не нужно производить никакой развязки от сети, и энергия может продолжать подаваться, хотя и не с оптимальной частотой, и не возникает той проблемы, что парки ветроэнергетических установок, соответственно, ветроэнергетические установки вырабатывают мощность, которая не может отдаваться.
Таким образом, получается особенно гибкое и способное к согласованию решение для стабилизации сети. Стабилизирующие свойства каждой ветроэнергетической установки и, соответственно, каждого парка ветроэнергетических установок могут подгоняться к текущей ситуации. Подгонка к конкретному месту подачи энергии, в частности, к конкретному положению соответствующей точки подключения к сети в этой сети электроснабжения, при этом представляет собой просто ситуацию, для которой такая возможность согласования целесообразна. Другой возможностью является то, что, в частности, благодаря этой способности к согласованию оператор сети электроснабжения сможет лучше управлять этой сетью электроснабжения. Посредством гибкого согласования могут также лучше учитываться прогнозы, например, если нужно, в частности, рассчитывать на скачок баланса мощностей, или если известно, что производитель энергии, который может поставлять добавочную энергию, по какой-то причине будет недоступен. Или в целом может учитываться, какой добавочной энергией в данный момент располагает сеть, т.е. сеть электроснабжения.
Кроме того, на Фиг. 3 показано также отключение части сети, а именно отключение части 18 сети. Такое отключение и, соответственно, повторное подключение этой части 18 сети могут производиться через символически обозначенный второй коммутационный аппарат S2. В этом случае может сложиться баланс ΔP мощностей в остальной сети 2 электроснабжения. Это изменение баланса мощностей может, таким образом, получиться, в частности, в магистрали 20. Поскольку часть 18 сети состоит из производителей энергии и одного потребителя, то по меньшей мере теоретически она могла бы функционировать и дальше в этом отделенном состоянии. При этом получается изменение баланса мощностей в части 18 сети, естественно, если в случае такого отделения мощность P3 не должна быть равна 0. Он в том числе может быть выравнен или по меньшей мере частично выравнен за счет ветроэнергетической установки 8 таким образом, как это описано выше, по существу, для парков WP1 и WP2 ветроэнергетических установок. Однако, эта часть 18 сети тоже рассмотрена лишь ради наглядности, но в реальности все было бы значительно сложнее.
На Фиг. 4 проиллюстрирован, в частности, способ, каким может определяться количество Ea уравнительной энергии. Для этого предлагается провести в сети 52 электроснабжения измерение с помощью измерительного средства 54. Чисто символически там предложено трехфазное измерение, и в качестве примера это измерение частоты f. Обычно, но не обязательно, в трехфазной сети частота измеряется во всех трех фазах. Однако, поскольку иллюстрируется это измерение измерительным средством 54, - но оно может означать и другие измерения, например, измерения тока и/или мощности - то здесь выбрано трехфазное представление.
Измерительное средство 54 определяет, например, частоту f и передает ее в блок 56 определения баланса. Он наглядно показывает, что баланс ΔP мощностей определяется также как функция в зависимости от частоты, т.е. в зависимости от введенной туда измеренной величины. При этом возможно также относительное определение, т.е., например, процентное отклонение, например, в пересчете на максимальное допустимое отклонение.
Определенный таким образом баланс ΔP мощностей затем вводится в блок 58 определения индикатора, а блок 58 определения индикатора тем самым определяет индикатор Ind мощности как функцию в зависимости от баланса мощностей ΔP. Таким образом, результатом является индикатор Ind мощности.
Альтернативно этот индикатор Ind мощности также может определяться непосредственно по частоте, зафиксированной измерительным средством 54, или по иной зафиксированной там величине.
В простом случае даже выход измерительного средства 54 может непосредственно использоваться как индикатор Ind мощности, что обозначается пунктирной стрелкой.
Индикатор Ind мощности затем вводится в блок 60 определения уравнительной энергии, который тем самым функционирует как определяющее средство для определения количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности. Этот блок 60 определения уравнительной энергии, тем самым, определяет уравнительную энергию Ea в зависимости от индикатора Ind мощности. В качестве других влияющих факторов могут предлагаться временная константа T, которой может быть также тактовое время T, а также коэффициент положения K, равно как и запас энергии ER. Тактовое время может также по свой длине соответствовать базовому интервалу времени. Одна возможность определения количества Ea уравнительной энергии состоит в вычислении по следующей формуле:
Ea=Ind · K · CRes · T
В этой формуле Ea означает подлежащее определению количество уравнительной энергии, Ind - индикатор мощности, K - коэффициент положения, CRes - коэффициент для учета запаса энергии, и T - время выборки, соответственно, тактовое время или базовый интервал времени.
Коэффициент положения K может быть получен предпочтительно из произведения K0 и KR, причем K0 может применяться для нормирования, а KR как относительный коэффициент может иметь функцию весомости. KR предпочтительно может принимать значения, например, от 0,5 до 2. Но возможно также, например, что он принимает значения от 0 до 1, или значения от 0 до 100%, что математически то же самое, или же возможны другие диапазоны значений. Вместо одного коэффициента положения K могут быть дополнительно или альтернативно предусмотрены и другие влияющие факторы, которые не учитывают или учитывают не только место, относящееся к точке подключения к сети. Согласно одному варианту выполнения, однако, коэффициент положения K, в частности, его относительная доля KR учитывает расположение в сети электроснабжения точки подключения к сети.
Через коэффициент CRes может учитываться запас энергии. Одна возможность реализация состоит в том, что CRes принимает значение 1 до тех пор, пока этот запас энергии ER больше, чем минимальный запас энергии ERmin. Этот минимальный запас энергии ERmin может составлять, например, 10% или 20% от максимального запаса энергии. Если в таком случае запас энергии ER будет меньше, чем этот минимальный запас энергии ERmin или равен ему, то этот коэффициент CRes учета запаса энергии может быть описан формулой
CRes=
Этот коэффициент учета принимает, таким образом, значение 1 до тех пор, пока еще имеется достаточный запас энергии. Однако, если запас на исходе, то этот коэффициент переходит в коэффициент, пропорциональный остающейся энергии.
Временная константа T предпочтительно выбирается небольшой, так что она составляет максимум 1 сек. В частности, эта временная константа T может быть и значительно меньше, и даже сокращаться до продолжительности времени выборки, например, 100 мсек, 50 мсек, 20 мсек или всего лишь 10 мсек.
Индикатор Ind мощности может рассчитываться, например, как отношение баланса ΔP мощностей к сумме номинальных мощностей всех производителей энергии этой сети электроснабжения, соответственно, по меньшей мере анализируемой сети электроснабжения. Альтернативно индикатор мощности может рассчитываться по изменению частоты Δf по сравнению с максимально допустимым изменением частоты Δfmax. Выбор расчета индикатора Ind мощности может, конечно, повлиять на вышеупомянутую расчетную формулу для определения количества уравнительной энергии. В частности, выбор расчета этого индикатора Ind мощности, а тем самым и выбор индикатора Ind мощности как таковой может учитываться посредством основной величины или нормированного значения K0 коэффициента положения K.
Количество уравнительной энергии согласно одному варианту выполнения, который не ограничивается признаками по Фиг. 4, по смыслу может также рассчитываться и применяться как уравнительная мощность, которая соответствует количеству уравнительной энергии, поделенному на базовый интервал времени.
На Фиг. 5 проиллюстрирован, лишь схематично и в качестве примера, принцип действия предлагаемого решения согласно одному варианту выполнения. И он тоже предназначен, в частности, для разъяснения в общих чертах предлагаемого решения. В принципе, показанные на Фиг. 5 графики могут быть результатом эксплуатации сети 2 электроснабжения по Фиг. 3.
Схема на Фиг. 5 содержит несколько графиков, которые построены в зависимости от времени t. За единицу здесь принято T и может составлять, например, 1 сек. Рассматриваемый ниже определяющий диапазон этой схемы по Фиг. 5, который показывает нарушение, т.е. от t1 до t4, в таком случае длился бы более 3 сек. Эта общая продолжительность в 3 сек может также приниматься, например, в качестве среднего значения для представленного нарушения. Однако, в качестве временной константы T для практической реализации рекомендуется использовать меньшие значения, по меньшей мере не использовать 
значений.
На верхнем графике показана частота f, которая здесь может также выступать как индикатор Ind мощности. Сначала, а именно до временной точки t1, частота является номинальной частотой fN. Таким образом, частота f имеет желаемое значение, и баланс ΔP мощностей составляет в идеале 0. Во временной точке t1 эта частота f резко падает, по меньшей мере круто, что означает, что баланс ΔP мощностей отрицателен. С момента времени t2 через момент времени t3 и вплоть до момента времени t4 частота вновь возрастает вплоть до номинального значения, и тем самым с момента времени t4 может считаться, что баланс ΔP мощностей снова равен 0, т.е. снова уравновешен. Естественно, это изображение просто идеализировано для наглядности.
На графике ниже рассматривается подаваемая мощность. Ссылаясь на Фиг. 3, исходят из того, что оба парка WP1 и WP2 ветроэнергетических установок подают в сеть одну и ту же базовую мощность PG. Это показано примерно горизонтальной линией с указанными небольшими колебаниями. Базовая мощность PG в этом примере лежит ниже номинальной мощности PN.
На момент времени t1, когда частота сильно падает, и тем самым следует исходить из отрицательного баланса мощностей, парком WP1 ветроэнергетических установок, соответственно, в его управляющем устройстве 26 рассчитывается количество Ea1 уравнительной энергии. Одновременно парк WP2 ветроэнергетических установок в своем управляющем устройстве 28 рассчитывает количество Ea2 уравнительной энергии. Оба эти количества Ea1 и Ea2 уравнительной энергии рассчитываются для времени T, т.е. для промежутка времени от t1 до t2, и также целенаправленно подаются в этот отрезок времени. Подаваемая мощность для этого соответственно повышается относительно базовой мощности PG. Это определяемое и, соответственно, подаваемое количество Ea1, соответственно, Ea2 уравнительной энергии, таким образом, в каждом случае представлено площадью под этим уровнем мощности, увеличенной относительно базовой мощности PG. Количество Ea1 уравнительной энергии от первого парка WP1 ветроэнергетических установок относится ко всей области до самого значения базовой мощности PG, тогда как второе количество Ea2 уравнительной энергии от второго парка WP2 ветроэнергетических установок наполовину меньше и относится только к области, заштрихованной перекрестными линиями.
Для определения обоих значений количества Ea1, соответственно, Ea2 уравнительной энергии здесь в первую очередь в основу положены те же расчеты, и ранее было разъяснено, что простоты ради исходят из того, что оба парка WP1 и WP2 ветроэнергетических установок имеют по меньшей мере одинаковые размеры.
Ситуация, проиллюстрированная на схеме по Фиг. 5, отражает ситуацию, при которой первый завод 10 снова подключается путем замыкания первого коммутационного аппарата S1, и тем самым, за счет резкого отбора мощности P2 вызывается падение баланса мощностей. Первый парк WP1 ветроэнергетических установок расположен значительно ближе к первому заводу 10 и, тем самым, значительно ближе к причине этого мгновенного сброса мощности. Соответственно, здесь предлагается более высокий коэффициент положения K, а именно вдвое больший, чем у парка WP2 ветроэнергетических установок, который расположен значительно дальше, чем точка подключения к сети (первого завода), т.е. значительно дальше от первого завода 10 и, тем самым, от первого парка WP1 ветроэнергетических установок.
Соответственно, вследствие этого, а именно из-за выбора различных коэффициентов положения K, оба количества Ea1 и Ea2 уравнительной энергии получаются разными. На момент времени t2 частота f, которая здесь работает как индикатор Ind мощности, все еще имеет низкое значение, так что в принципе снова рассчитываются те же количества Ea1 и Ea2 уравнительной энергии. Таким образом, для области от t2 до t3 снова получаются те же самые подаваемые количества уравнительной энергии, и, тем самым, снова оба они показаны одинаково заштрихованными и, соответственно, заштрихованными перекрестными линиями блоками энергии, которые отражают эти количества энергии.
На момент времени t3 частота и, тем самым, баланс мощностей снова несколько восстановились, и, таким образом, количества Ea1 и Ea2 уравнительной энергии, хотя рассчитываются, как и прежде, одинаковым образом, т.е. с теми же различными коэффициентами положения K, но вследствие снова возвращенной частоты f, т.е. вследствие вновь изменившегося индикатора Ind мощности, возвращаются к меньшим значениям. В показанном примере они приходят примерно к половинным значениям от предыдущих. Одновременно второе количество Ea2 уравнительной энергии опять только наполовину меньше, чем первое количество Ea1 уравнительной энергии. С момента времени t4 ситуация снова успокоилась, частота достигла своего номинального значения, и тем самым она как индикатор Ind мощности показывает, что баланс ΔP мощностей примерно равен 0. Соответственно, больше не определяются никакие количества уравнительной энергии, соответственно, они имеют значения, равные 0.
Одновременно для обоих парков WP1 и WP2 ветроэнергетических установок учитывается запас энергии ER1, соответственно, ER2. На момент времени t1 оба они еще имеют свои максимальные значения, т.е. максимальный запас энергии ERmax, однако, затем они падают в разной степени, поскольку рассчитывается, подается, а тем самым и требуется различное количество Ea1 и Ea2 уравнительной энергии. Но на указанной схеме показано также минимальное значение запаса энергии ERmin. Так как ни один из обоих запасов энергии ER2 и ER1 не опускается до этого минимального значения ERmin, то это не оказывает никакого влияния на показанный пример и на выбираемый учет запаса энергии. В этом примере предлагается использовать ту же формулу, что и приведенная выше, по которой запас энергии может отображаться через коэффициент учета CRes, и этот коэффициент учета CRes тоже рассчитывается так же, как показано в приведенной выше формуле, а именно - он имеет значение 1 до тех пор, пока запас энергии больше, чем минимальный запас энергии ERmin.
На Фиг. 6 показана схема, на которой в качестве примера показано изменение во времени, которое отложено по оси абсцисс, частоты f, мощности P и запаса энергии ER.
Частота сначала имеет номинальное значение f0. Одновременно мощность P имеет значение, соответствующее имеющейся в тот момент мощности ветра, и проходит сначала горизонтально. В отношении мощности P для упрощения исходят из того, что мощность ветра за рассматриваемый на Фиг. 6 промежуток времени не изменяется.
Кроме того, запас энергии ER начинается со значения, при котором соответствующий накопитель полностью заряжен.
На момент времени t1 устанавливается резкое падение частоты. Это указывает на явное и значительное падение баланса мощностей. Это сильное изменение частоты сначала ведет к высокому значению мощности P со сравнительно большим количеством энергии за короткий промежуток времени. Большое количество уравнительной энергии этого первого импульса, в частности, противодействует сильному падению частоты.
Через короткое время после этого рассчитывается новое количество уравнительной энергии, причем, помимо этого, назначается больший временной интервал, а именно до момента времени t2. Эта вторая уравнительная энергия тоже еще велика, но она распределена на более длительный промежуток времени. Это второе количество уравнительной энергии получается из господствующего там низкого значения частоты, причем, однако, никакого сильного падения частоты больше не происходит.
Затем в момент времени t2 частота снова возрастает, так что устанавливается больший временной интервал для уравнительной энергии, а именно вплоть до момента времени t4. Благодаря большому временному интервалу, хотя частота снова нарастает, обеспечивается сравнительно большое количество уравнительной энергии, которое учитывает эту нарастающую частоту как в отношении ее изменения, так и по абсолютным значениям.
На момент времени t4 частота снова принимает номинальное значение f0, и изменение частоты составляет примерно 0. Подачи уравнительной энергии больше не требуется. Однако, теперь предусматривается отрицательное количество уравнительной энергии, чтобы, в частности, снова зарядить накопитель.
Таким образом, на этой схеме по Фиг. 6 дополнительно представлен графике изменения запаса энергии соответствующего накопителя. Здесь можно видеть, что запас энергии на момент времени t1 сильно падает, затем вплоть до момента времени t2 продолжает падать, но уже не так сильно. С момента времени t2 до t4 он падает еще слабее и затем в момент t4 достигает своего минимального значения. В момент t4 для стабилизации сетей больше не требуется никакой уравнительной энергии, и таким образом, начинается повторная зарядка накопителя. Запас энергии ER затем снова повышается вплоть до момента времени t5, и там снова была осуществлена полная зарядка. Это количество уравнительной энергии с момента времени t5 соответствует значению 0. Мощность там снова имеет то значение, которое может быть обеспечено за счет господствующего ветра.
На этой Фиг. 6 проиллюстрировано, таким образом, вычисление количества уравнительной энергии, что зависит от абсолютного значения частоты f, а также от производной частоты, т.е. от df/dt, а кроме того, зависит еще и от запаса энергии в накопителе.
Благодаря предлагаемому решению путем использования алгоритма при наступлении мгновенного сброса мощности может немедленно подаваться в сеть энергия для стабилизации. Одновременно при таком динамическом учете может также предприниматься учет расположения точки подключения к сети. Это не оказывает никакого влияния на спонтанность стабилизации сети за счет указанной подачи уравнительной энергии, однако, создает при этом возможность гибкого манипулирования. Это гибкое манипулирование может производиться за счет учета расположения точки подключения к сети, но могут рассматриваться и другие варианты. Можно учитывать ответ сети на подачу энергии определенного количества уравнительной энергии. В частности, тогда, когда выявляются колебания или повышенная реакция, через коэффициент положения K или иным образом может осуществляться согласование подачи уравнительной энергии, т.е. также согласование определения количества уравнительной энергии.
Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – повышение стабилизации сетей при изменении ситуации в структуре или топологии сети электроснабжения. Изобретение касается способа подачи электрической мощности в питающую сеть электроснабжения с помощью по меньшей мере одной ветроэнергетической установки или содержащего несколько ветроэнергетических установок парка ветроэнергетических установок в точке подключения к сети, причем несколько производителей энергии подают мощность в эту сеть электроснабжения, и несколько потребителей отбирают мощность из этой сети электроснабжения таким образом, что в сети электроснабжения создается баланс мощностей между подаваемой и отбираемой мощностью, который положителен, если подается большая мощность, чем отбирается. Способ содержит следующие этапы: контроль индикатора мощности, репрезентативного для баланса мощностей в этой сети электроснабжения; определение количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности; подачу базовой электрической мощности в зависимости от располагаемой мощности ветра; и изменение подачи базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ подачи электрической мощности в сеть электроснабжения с помощью по меньшей мере одной ветроэнергетической установки или содержащего несколько ветроэнергетических установок парка ветроэнергетических установок в точке подключения к сети, причем
- несколько производителей энергии подают мощность в сеть электроснабжения, и
- несколько потребителей отбирают мощность из сети электроснабжения, так что в сети электроснабжения возникает баланс мощностей между подаваемой и отбираемой мощностью, который положителен, если подается большая мощность, чем отбирается, и указанный способ включает следующие этапы:
- контролируют индикатор мощности, показательный для баланса мощностей в сети электроснабжения,
- определяют количество уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности,
- подают базовую электрическую мощность в зависимости от располагаемой мощности ветра, и
- изменяют подачу базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
- для ветроэнергетической установки, соответственно, для парка ветроэнергетических установок определяют запас энергии, который показывает количество энергии, которое может подаваться в сеть электроснабжения дополнительно к базовой электрической мощности, и
- это количество уравнительной энергии определяют в зависимости от запаса энергии.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
- определение количества уравнительной энергии осуществляют для базового интервала времени, и
- в течение базового интервала времени подачу базовой мощности изменяют на указанное количество уравнительной энергии, т.е. повышают или, соответственно, уменьшают.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- количество уравнительной энергии определяют в зависимости от индикатора мощности так, что оно положительно, т.е. подачу базовой мощности повышают, когда баланс мощностей уменьшается, и отрицателен, в частности его значение ниже заранее заданного нижнего предельного значения, и
- количество уравнительной энергии определяют в зависимости от индикатора мощности так, что оно отрицательно, т.е. подачу базовой мощности уменьшают, когда баланс мощностей повышается, и положителен, в частности его значение выше заранее заданного верхнего предельного значения.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- количество уравнительной энергии зависит от индикатора мощности в функции зависимости, и
- функция зависимости является изменяемой, и/или
- функция зависимости зависит от точки подключения к сети.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что функцию зависимости изменяют, устанавливают или выбирают в зависимости от по меньшей мере одного из данных, выбранного из группы, включающей:
- характеристику сети электроснабжения,
- свойства системы сети электроснабжения,
- состояние системы сети электроснабжения,
- функцию зависимости другой ветроэнергетической установки или другого парка ветроэнергетических установок,
- внешнюю установку, в частности оператора сети электроснабжения, и
- событие в сети электроснабжения, в частности отключение или повторное подключение участка сети.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сеть электроснабжения имеет частоту сети, и
индикатор мощности определяют по меньшей мере по одной из величин, выбираемых из группы, включающей
- частоту сети,
- временную производную частоты сети,
- напряжение сети,
- измеренную разность мощностей,
- частоту модели, образованную по частоте сети, и
- фазовый угол между фазой напряжения сети и фазой частоты модели.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- количество уравнительной энергии рассчитывают по произведению изменения индикатора мощности на устанавливаемый первый коэффициент положения, учитывающий место точки подключения к сети в сети электроснабжения, или, кроме того, или альтернативно
- количество уравнительной энергии рассчитывают по произведению индикатора мощности на устанавливаемый второй коэффициент положения, учитывающий место точки подключения к сети в сети электроснабжения.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- ветроэнергетическая установка или, соответственно, парк ветроэнергетических установок для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения содержит по меньшей мере одно питающее устройство, и питающее устройство имеет по меньшей мере один рабочий диапазон, который должен соблюдаться, чтобы обеспечивать защиту установки или поддерживать предписанные предельные значения, причем
- для подачи уравнительной энергии на заранее заданный отрезок времени выравнивания разрешают выход из указанного рабочего диапазона, в частности по меньшей мере за верхнее предельное значение рабочего диапазона, на заранее заданную величину превышения верхнего предельного значения, если увеличивается подача базовой мощности.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что
- для подачи количества уравнительной энергии разрешают выход из рабочего диапазона на заранее заданный отрезок времени выравнивания таким образом, что
- уменьшают тактовую частоту для выработки модулированного сигнала тока, и/или
- увеличивают диапазон допустимых отклонений для выработки модулированного сигнала тока.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что для подачи уравнительной энергии
- используют энергию вращения ветроэнергетической установки, если увеличивается подача базовой мощности, или
- энергию накапливают как энергию вращения в ветроэнергетической установке, если подача базовой мощности уменьшается, и, кроме того, или альтернативно
- осуществляют принудительное ограничение мощности ветроэнергетической установки, если уменьшается подача базовой мощности.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- ветроэнергетическая установка или, соответственно, по меньшей мере одна из ветроэнергетических установок парка ветроэнергетических установок имеет генератор, который приводят в действие с частотой вращения генератора,
- определяют ожидаемое значение, которое показывает, следует ли ожидать изменения баланса мощностей, и
- частоту вращения изменяют в зависимости от этого ожидаемого значения, если оно показывает, что следует ожидать изменения баланса мощностей.
13. Ветроэнергетическая установка для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения в точке подключения к сети, содержащая
- средство контроля для осуществления контроля индикатора мощности, репрезентативного для баланса мощностей в сети электроснабжения, причем баланс мощностей показывает разность мощностей как разность между
- мощностью, подаваемой в сеть электроснабжения производителем энергии, и
- мощностью, отбираемой из сети электроснабжения потребителем, причем баланс мощностей положителен, если подается больше мощности, чем отбирается,
- определяющее средство для определения количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности,
- питающее устройство для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения в точке подключения к сети,
- управляющее устройство для управления питающим устройством таким образом, что
- питающее устройство подает базовую электрическую энергию в зависимости от располагаемой мощности ветра, и
- питающее устройство изменяет подачу базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии.
14. Ветроэнергетическая установка по п. 13, отличающаяся тем, что ветроэнергетическая установка и, в частности, управляющее устройство выполнены с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1-12.
15. Ветроэнергетическая установка по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что предусмотрен по меньшей мере один резервный накопитель энергии для накопления запаса энергии или его части.
16. Ветроэнергетическая установка по любому из пп. 13-15, отличающаяся тем, что по меньшей мере один, соответственно, указанный резервный накопитель энергии выполнен как внешний накопитель энергии для ветроэнергетической установки или по меньшей мере для питающего устройства.
17. Ветроэнергетическая установка по любому из пп. 13-16, отличающаяся тем, что
- управляющее устройство содержит блок коэффициентов положения для предоставления первого и/или второго коэффициентов положения, учитывающих место точки подключения к сети в сети электроснабжения, причем блок коэффициентов положения имеет вход, на который может вводиться величина, влияющая на коэффициент положения, и причем
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению изменения индикатора мощности на первый коэффициент положения или, кроме того, или альтернативно
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению индикатора мощности на второй коэффициент положения.
18. Парк ветроэнергетических установок с несколькими ветроэнергетическими установками для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения в точке подключения к сети, содержащий
- средство контроля парка для осуществления контроля индикатора мощности, репрезентативного для баланса мощностей в сети электроснабжения, причем баланс мощностей показывает разность мощностей как разность между
- мощностью, подаваемой в сеть электроснабжения производителем энергии, и
- мощностью, отбираемой из сети электроснабжения потребителем, причем баланс мощностей положителен, если подается бόльшая мощность, чем отбирается,
- определяющее средство парка для определения количества уравнительной энергии в зависимости от индикатора мощности,
- управляющее устройство парка для управления ветроэнергетическими установками таким образом,
что
- ветроэнергетические установки подают базовую электрическую энергию в зависимости от располагаемой мощности ветра, и
- ветроэнергетические установки изменяют подачу базовой электрической энергии на установленное количество уравнительной энергии.
19. Парк ветроэнергетических установок по п. 18, отличающийся тем, что в нем использованы ветроэнергетические установки по любому из пп. 13-17.
20. Парк ветроэнергетических установок по п. 18 или 19, отличающийся тем, что предусмотрен накопитель энергии парка для накопления дополнительной энергии для предоставления уравнительной энергии или ее части, и опционально предусмотрено питающее устройство парка для того, чтобы энергию из указанного накопителя энергии парка подавать в сеть электроснабжения.
21. Парк ветроэнергетических установок по любому из пп. 18-20, отличающийся тем, что
- управляющее устройство парка имеет блок коэффициента положения парка для предоставления первого и/или второго коэффициентов положения, учитывающих место точки подключения к сети в сети электроснабжения, причем блок коэффициента положения парка имеет вход, на который может вводиться величина, влияющая на коэффициент положения, и причем
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению изменения индикатора мощности на первый коэффициент положения, или, кроме того, или альтернативно
- количество уравнительной энергии рассчитывается по произведению индикатора мощности на второй коэффициент положения.
| DE 102013222452 A1, 07.05.2015 | |||
| EP 2921698 A1, 23.09.2015 | |||
| EP 2999076 A1, 23.03.2016 | |||
| US 2015159627 A1, 11.06.2015 | |||
| RU 2011142739 A, 27.04.2013. |
