СПОСОБ ПОДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ В СЕТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ УПРАВЛЯЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ УСТРОЙСТВА ПОДАЧИ Российский патент 2020 года по МПК H02J3/38 

Данное изобретение касается способа подачи электрической мощности в сеть электроснабжения посредством управляемого преобразователями устройства подачи, в частности, посредством ветропарка или по меньшей мере одной ветроэнергетической установки. Данное изобретение касается также такого ветропарка и такой ветроэнергетической установки.

В частности, ветроэнергетические установки и ветропарки подают электрическую мощность с помощью преобразователей в сеть электроснабжения. Они используют для этого частотные преобразователи или частотные инверторы, которые упрощенно называют преобразователем или инвертором. В принципе, и другие производители могут подавать энергию с управлением преобразователями, как, например, фотоэлектрические установки.

Подача энергии в сеть с помощью управляемых преобразователями устройств подачи известна и может все больше применяться для поддержания стабильности сети электроснабжения. Управляемые преобразователями устройства подачи не обязательно концентрируются лишь на чистой подаче энергии, но их параметры при необходимости регулируются под особые состояния сети. В частности, возможны зависящее от частоты согласование подаваемой активной мощности и зависящее от напряжения изменение подаваемой реактивной мощности, причем здесь напряжение относится к напряжению сети электроснабжения, или к эквивалентному или, соответственно, пропорциональному ему напряжению.

Управляемые преобразователями устройства подачи являются соответственно очень быстрыми регулировочными устройствами в сети электроснабжения. Они могут очень быстро реагировать на изменения и благодаря этому оказывать регулирующее, соответственно, управляющее и тем самым поддерживающее воздействие.

По мере увеличения доли таких управляемых преобразователями устройств подачи могут, однако, возникать проблемы с тем, что сеть электроснабжения из-за большого числа, в данном случае быстро регулирующих устройств подачи испытывает определенную нестабильность. Высокая доля управляемых преобразователями устройств подачи означает также, что снижается доля мощных электростанций, которые питают сеть с помощью непосредственно связанных с сетью электроснабжения синхронных генераторов. Инерционное действие таких мощных электростанций, соответственно, их больших синхронных генераторов может вследствие этого ослабляться.

Кроме того, такие непосредственно связанные с сетью синхронные генераторы работают в соответствии с их принципом в режиме источника напряжения, тогда как управляемые преобразователями устройства подачи обычно работают в режиме источника тока. Тем самым, сохранение постоянства напряжения может быть ослаблено. К тому же, управляемые преобразователями устройства подачи обычно размещены децентрализовано. Это тоже может затруднить поддержку напряжения.

В принципе такая проблема может быть решена посредством связанного с системой управления согласования управляемых преобразователями устройств подачи, или может создаваться более стабильная топология сети. Однако, зачастую дело обстоит так, что топология сети обычно совершенствуется медленнее, чем создаются регенеративные генераторные блоки, которые обычно выполнены как управляемые преобразователями устройства подачи или, соответственно, применяются такие управляемые преобразователями устройства подачи для подачи энергии в сеть. Уже по этой причине предлагается согласовывать управляемые преобразователями устройства подачи с такой ослабленной сетью методами регулирования, соответственно, учитывать такие свойства. Соответствующие предложения описаны, например, в заявках US 2015/0280629 A1 и US 2015/0148974 A1.

Немецкое патентное ведомство провело поиск по приоритетной заявке к настоящей заявке и выявило следующий уровень техники: DE 10 2012 107 602 A1, DE 910 926 B, US 2015/0 148 974 A1, US 2015/0 280 629 A1 и EP 2 182 626 A1.

В основу данного изобретения положена задача решения по меньшей мере одной из вышеназванных проблем. В частности, должно предлагаться решение, которое может учитывать изменения свойств сети электроснабжения. По меньшей мере должно быть предложено решение, альтернативное прежде известным решениям.

Согласно изобретению, предлагается способ согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. Этот способ является, тем самым, способом подачи электрической мощности в сеть электроснабжения посредством управляемого преобразователями устройства подачи. В частности, для этого устройства подачи предлагается, чтобы это была ветроэнергетическая установка или ветропарк. При этом под управляемым преобразователями устройством подачи следует понимать, что оно посредством преобразователя или инвертора подает энергию в сеть электроснабжения, т.е., в частности, не через непосредственно связанный с сетью электроснабжения синхронный генератор.

Сеть электроснабжения при этом имеет напряжение сети с частотой сети и номинальной частотой сети. Эта номинальная частота сети является, таким образом, частотой сети, которая в идеале должна использоваться, т.е. на которую рассчитана сеть электроснабжения и, тем самым, все подключаемые к ней потребители и источники питания. В качестве номинальной частоты сети может приниматься, в частности, 50 Гц или 60 Гц.

Управляемое преобразователями устройство подачи подает энергию в точке подключения к сети в сеть электроснабжения, и рассматриваемым напряжением сети является, в частности, то, которое имеется со стороны сети в указанной точке подключения к сети и там определяется.

Устройство подачи для подачи электрической мощности подает в сеть электроснабжения питающий ток в виде переменного тока. Этот переменный ток имеет частоту и фазу и подается с питающим напряжением. В частности, такое питающее напряжение приложено на выходе управляемого преобразователями устройства подачи, т.е. на выходе инвертора или преобразователя, или на выходе последовательно подключенного к нему дросселя. Подаваемая мощность может определяться по амплитуде питающего тока и его фазе по отношению к питающему напряжению. В частности, посредством фазы, соответственно, посредством фазового угла между питающим током и питающим напряжением может быть предпринято деление на активную мощность и реактивную мощность.

Предлагается, соответственно, принять за основу, что частота питающего тока, фаза питающего тока, подаваемая мощность и питающее напряжение могут регулироваться. Управляемое преобразователями устройство подачи, таким образом, является управляемым, соответственно, регулируемым в отношении этих величин.

Такая подача энергии в этом случае сначала включает в себя этап определения доли преобразователей на одном участке сети электроснабжения. Эта доля преобразователей показывает отношение управляемых преобразователями устройств подачи к не управляемым преобразователями устройствам подачи. Это отношение, однако, касается при этом подаваемой мощности. А именно, оно устанавливает подаваемую мощность, которая была подана в сеть посредством управляемых преобразователями устройств подачи, т.е. посредством преобразователей или инверторов, по отношению к всей подаваемой мощности, т.е. к мощности, которая подается посредством управляемых преобразователями устройств подачи, и дополнительно остальной мощности, которая, в частности, подается с помощью непосредственно связанных с сетью синхронных генераторов. При этом учитывается не только мощность данного управляемого преобразователями устройства подачи, но и мощность всех управляемых преобразователями устройств подачи рассматриваемого участка сети. Если, таким образом, например, энергию в сеть подают все управляемые преобразователями устройства подачи рассматриваемого участка сети 4 ГВт и, кроме того, в тот же участок сети подают энергию мощные электростанции с непосредственно связанными синхронными генераторами 4 ГВт, то доля преобразователей составляет 0,5, соответственно, 50%.

В таком случае предлагается управлять подачей электрической мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей.

Таким образом, здесь в основу прежде всего положена идея, что вообще делается анализ состояния: какова доля преобразователей в сети электроснабжения. Отсюда можно сделать вывод о том, к какому поведению в принципе склонен рассматриваемый участок сети. Здесь речь не идет обязательно о том, чтобы оценить долю с точностью до 1%, но о том, чтобы оценить ожидаемое общее поведение. В частности, первым важным вопросом является, доминируют ли в этом участке сети непосредственно связанные синхронные генераторы или же управляемые преобразователями устройства подачи. В зависимости от этого может корректироваться управление. В частности, в том случае, если преобладают непосредственно связанные синхронные генераторы, то в принципе можно исходить из того, что они обеспечивают также адекватное сохранение постоянства напряжения и стабилизацию частоты посредством соответствующей инерционной массы. Но если преобладают управляемые преобразователями устройства подачи, то может быть целесообразным, чтобы управляемые преобразователями устройства подачи или, по меньшей мере некоторые из них взяли на себя задачи по стабилизации и, например, управлялись, базируясь на параметрах непосредственно связанного синхронного генератора.

Оценка доли преобразователей на одном участке сети, что может означать также и долю преобразователей в этом участке сети, может проводиться, например, таким образом, что используется известная информация о топологии этого участка сети, и вместе с определенными данными о мощности или вместе с предоставленными данными о мощности определяется доля преобразователей. Например, номинальная мощность связанных с этим участком сети управляемых преобразователями устройств подачи может быть известна. Если эти управляемые преобразователями устройства подачи являются только ветроэнергетическими установками или только ветропарками, то можно, в частности, при локально замкнутой области по мощности одного или нескольких таких управляемых преобразователями устройств подачи сделать вывод о всей подаваемой мощности управляемых преобразователями устройств подачи. Таким образом, если, например, рассматривать один из нескольких ветропарков, которые подключены к рассматриваемому участку сети, и этот ветропарк подает в сеть примерно 50% своей номинальной мощности, то можно примерно оценить, что все другие ветропарки этого участка сети, т.е. все другие находящиеся вблизи ветропарки тоже подают в сеть около 50% своей номинальной мощности, и это значение, т.е. 50% от общей номинальной мощности всех этих подключенных к этому участку ветропарков, может рассматриваться как подаваемая мощность управляемых преобразователями устройств подачи этого участка сети. О подаваемой мощности мощных электростанций с непосредственно связанным синхронным генератором обычно можно получать информацию от эксплуатанта сети. Помимо этого, естественно, для ветропарков возможно также, что их мощность известна из обмена данными, например, через так называемую систему SCADA.

Но можно принять во внимание и другие возможности, например, по состояниям сетей делать выводы о соответствующих долях.

Предпочтительно предлагается цикличное изменение частоты сети определять по амплитуде и/или продолжительности цикла, и доля преобразователей оценивается в зависимости от определенной амплитуды и/или определенной продолжительности цикла. Было установлено, что такое цикличное изменение частоты сети позволяет сделать заключение о количестве преобразователей в сети электроснабжения. При таком рассмотрении, впрочем, вполне естественно, ограничиваться одним участком, во всяком случае тогда, когда эта сеть электроснабжения очень большая, как, например, объединенная электросеть Европы.

Предпочтительно при этом доля преобразователей считается тем большей, чем больше амплитуда цикличного изменения. Кроме того, или альтернативно доля преобразователей считается тем большей, чем меньше продолжительность цикла. Таким образом, по амплитуде цикличного изменения может оцениваться доля преобразователей. При этом было установлено, что частота сети колеблется с тем большей амплитудой, чем больше доля преобразователей в сети.

Так же было установлено, что продолжительность цикла тем меньше, чем больше доля преобразователей в сети. При большей доле преобразователей частота сети колеблется быстрее.

Эти критерии могут рассматриваться и одновременно, и, в частности, для этого предлагается, положить в основу отношение амплитуды изменения к продолжительности цикла изменения. Чем больше это отношение, тем больше и доля преобразователей. Это отношение обладает, в частности, тем преимуществом, что большая амплитуда указывает на большую долю преобразователей, а маленькая продолжительность цикла изменения тоже указывает на большую долю преобразователей. По этому отношению, таким образом, в случае большой доли преобразователей довольно большая амплитуда делится на довольно маленькую продолжительность цикла, так что значимость обоих параметров взаимно подкрепляется.

Для конкретной интерпретации, например, могут быть взяты за основу эмпирические данные или моделирование сети.

Предпочтительно предлагается в качестве оценки доли преобразователей различать между высокой и низкой долями преобразователей. При этом доля преобразователей оценивается как высокая, если амплитуда цикличного изменения больше, чем заданное предельное значение амплитуды. Кроме того, или альтернативно предлагается оценивать долю преобразователей как высокую, если продолжительность цикла меньше, чем заданное предельное значение продолжительности цикла. Тем самым, посредством этих предельных значений могут быть установлены ясно определяемые критерии. При этом следует учитывать, что результатом все-таки является оценка. Так что могут возникнуть незначительные отклонения. Это может учитываться в соответствующем выбираемом предельном значении, т.е. предельном значении амплитуды или предельном значении продолжительности цикла. Таким образом, это предельное значение может быть установлено так, что о высокой доле преобразователей можно говорить лишь тогда, когда оно тоже фактически довольно высоко, и должна быть рекомендована корректировка управления.

Здесь тоже оба критерия могут комбинироваться, и для учета отношения амплитуды изменения к продолжительности цикла изменения может задаваться предельное значение этого отношения.

Согласно одному варианту выполнения предлагается определять распределение или плотность распределения частоты или градиента частоты, и доля преобразователей оценивается в зависимости от определенного распределения, соответственно, плотности распределения. Например, релевантный частотный диапазон вокруг номинальной частоты может быть поделен на участки по 0,05 Гц. Для каждого участка в 0,05 Гц могут затем прибавляться промежутки времени, в которые частота перешла в соответствующие участки по 0,05 Гц. Благодаря этому для каждого из участков по 0,05 Гц получается абсолютное значение, например, в секундах, и оно может, например, указываться как процентное значение от всего времени испытания. Эти значения могут затем соответственно для каждого участка по 0,05 Гц наноситься на соответствующий график. При этом следует ожидать, что, например, получится кривая, подобная Гауссовой кривой в форме колокола. Эта кривая в таком случае показывает распределение (частотность значений) частоты.

Вместо этого может также определяться плотность распределения, которая в результате соответствует этому распределению, но, в частности, получается без разбиения на дискретные участки, т.е. без деления на приведенные в качестве примера участки по 0,05 Гц. Плотность распределения частоты представляет собой распределение, деленное на ширину участков частоты, для которых оно было установлено. Вышеприведенный пример можно соответственно пересчитать в плотность распределения, если соответствующие значения распределения поделить на 0,05 Гц, т.к. это точно является шириной соответствующего участка частоты, т.е. шириной соответствующего участка в 0,05 Гц.

При этом получается качественно подобная кривая, и здесь тоже, тем самым, следует ожидать колоколообразной кривой, подобной Гауссовой колоколообразной кривой. Вид этой кривой, т.е., в частности, вид этого колокола может дать представление о том, как велика доля преобразователей в сети. В частности, узкая колоколообразная кривая скорее указывает на небольшую долю преобразователей в сети, чем широкая, плоская колоколообразная кривая. В любом случае, однако, следует ожидать, что середина колоколообразной кривой находится на номинальной частоте. В частности, в объединенной электросети Европы это ожидание реализуется за счет того, что объединенная электросеть Европы в принципе управляется так, что указанная частота в середине составляет точно 50 Гц.

Вместо частоты может рассматриваться градиент частоты. Градиент частоты представляет собой производную частоты по времени, и к тому же может включаться распределение или плотность распределения. В принципе при рассмотрении распределения или плотности распределения градиента частоты применимы те же критерии обработки данных, что и при рассмотрении распределения или плотности распределения частоты. Соответственно, рассуждения, приведенные для частоты, по смыслу справедливы и при рассмотрении градиента частоты, если не указывается ничего иного, соответственно, явно не установлена другая зависимость. Рассмотрение, базирующееся на градиенте частоты, однако, может быть чувствительнее, чем рассмотрение на базе частоты.

Вариант выполнения, который оценивает это распределение или плотность распределения, исходит из того, что такое распределение, соответственно, плотность распределения образуют функцию распределения в зависимости от частоты. Это в основном соответствует уже упомянутой ожидаемой колоколообразной кривой. Эта функция распределения, которая в иллюстративном виде представляет собой кривую, в частности, колоколообразную кривую, в области основной частоты имеет максимальное значение распределения. Эта основная частота, в частности, является номинальной частотой сети, но может и отличаться от нее. В уже приведенном примере объединенной энергосети Европы она составляет 50 Гц. В американской энергосети это было бы 60 Гц (в качестве еще одного примера).

Функция распределения возрастает от заданной начальной частоты, которое меньше, чем основная частота, к зоне основной частоты. Для основной частоты в 50 Гц начальная частота может составлять, например, 48 Гц.

От зоны основной частоты зависящая от частоты функция распределения падает до заданной конечной частоты, которая больше, чем эта основная частота. Эта заданная конечная частота в случае основной частоты в 50 Гц может составлять, например, величину в 52 Гц. Таким образом, функция распределения растет от начальной частоты до основной частоты, а оттуда снова снижается до конечной частоты.

Для нижней опорной частоты, которая больше, чем начальная частота, и меньше, чем основная частота, эта зависящая от частоты функция распределения имеет нижнее опорное значение распределения. Это нижнее опорное значение распределения лежит, тем самым, между заданной начальной частотой и основной частотой. Кроме того, эта зависящая от частоты функция распределения для верхней опорной частоты, которая больше, чем основная частота, и меньше, чем конечная частота, имеет верхнее опорное значение распределения. Таким образом, между основной частотой и конечной частотой также предусмотрено одно опорное значение распределения.

Таким образом, эта зависящая от частоты функция распределения растет от начальной частоты через нижнюю опорную частоту до основной частоты и падает оттуда снова через эту нижнюю опорную частоту до конечной частоты.

Для этой зависящей от частоты функции распределения теперь оценивается доля преобразователей в зависимости от максимального значения распределения. Максимальное значение распределения дает, тем самым, представление о том, высока или мала доля преобразователей в сети и, соответственно, на участке сети. В частности, при высоком максимальном значении распределения следует исходить из небольшой доли преобразователей и наоборот.

Кроме того, или альтернативно предлагается оценивать долю преобразователей, согласно одному варианту, в зависимости от расстояния между нижней и верхней опорными частотами, каждая из которых устанавливается при заданном нижнем или, соответственно, верхнем опорном значении распределения, причем эти нижнее и верхнее опорные значения распределения могут быть одинаковыми. Другими словами, здесь через это расстояние между обеими опорными частотами в основу положена ширина функции распределения. Так как ширина кривой изменяется с высотой, т.е. с соответствующим значением распределения, то эта высота установлена посредством указанного верхнего и нижнего опорных значений распределения, если они одинаковы. Благодаря этому указанная ширина может создавать воспроизводимый критерий.

В таком случае доля преобразователей оценивается в зависимости от расстояния между обоими значениями, т.е. от расстояния между верхней и нижней опорными частотами. Доля преобразователей при этом тем больше и, соответственно, оценивается как тем большая, чем шире расстояние между этими обеими опорными частотами.

Если оба эти значения частоты не одинаковы, то указанное расстояние между обоими значениями частоты все же могут служить как критерий, но в этом случае нужно лишь отказаться от наглядного объяснения ширины кривой.

Альтернативно предлагается оценивать долю преобразователей в зависимости от нижнего и/или верхнего значений распределения, которые устанавливаются соответственно для заданной нижней и, соответственно, верхней опорной частоты. Здесь в принципе выбирается обратный подход, поскольку задается одна из обеих опорных частот, и соответствующее значение распределения, которое здесь обозначается как опорное значение распределения, образует воспроизводимый критерий.

При этом можно взять за основу высоту одного или обоих опорных значений распределения в качестве критерия для оценки доли преобразователей в сети. Могут также одновременно рассматриваться и оба значения, например, с образованием среднего значения.

В содержательном отношении для заключения, соответственно, оценки предлагается, чтобы доля преобразователей оценивалась тем большей, чем меньше максимальное значение распределения. Кроме того, или альтернативно доля преобразователей оценивается тем большей, чем больше расстояние между верхней и нижней опорными частотами, и, соответственно, в качестве альтернативы предлагается, чтобы доля преобразователей оценивалась тем большей, чем больше верхнее и, соответственно, нижнее опорные значения распределения.

Благодаря этому могут быть установлены фиксированные сравнительные значения, так что при реализации в компьютере может быть предпринята соответствующая интерпретация. Необходимо лишь записать указанное распределение, соответственно, спектр распределений, из чего получается упомянутая зависящая от частоты функция распределения. Для этой функции распределения в таком случае требуется только оценить упомянутые критерии или, соответственно, по меньшей мере один из них.

Согласно одному варианту выполнения предлагается, чтобы в качестве оценки доли преобразователей делалось различие между высокой и низкой долями преобразователей. Для этого доля преобразователей оценивается как высокая, если максимальное значение распределения лежит ниже заданного максимального значения распределения. Таким образом, путем интерпретации зависящей от частоты функции распределения можно посредством сравнения с заданным предельным значением распределения осуществить по меньшей мере такое деление между высокой и низкой долями преобразователей.

Кроме того, или альтернативно доля преобразователей оценивается как высокая, если расстояние между нижней и верхней опорными частотами больше, чем заданное опорное значение расстояния. И здесь тоже можно простым образом, тоже при реализации на компьютере проанализировать указанную функцию, причем просто выполняется сравнение с заданным опорным отрезком.

Соответственно, для соответствующего альтернативного варианта выполнения предусмотрено, что доля преобразователей оценивается как высокая, если верхнее и/или нижнее опорные значения распределения лежат выше заданного базисного предельного значения. Таким образом, здесь сравниваются одно из значений амплитуды функции распределения с заданным базисным предельным значением. В качестве значений амплитуды используются значения функции распределения при нижней или, соответственно, верхней опорной частоте. Благодаря этому может быть задан простой и однозначный критерий проверки.

Можно также комбинировать эти критерии. Каждый критерий может дать оценку того, высокая или низкая доля преобразователей имеет место. И, соответственно, в принципе могут получиться противоположные результаты анализа. В таком случае следовало бы исходить скорее из того, что доля преобразователей имеет среднее значение. Если же при этих критериях получается один и тот же результат анализа, то можно, в частности, исходить из достоверного значения, соответственно, в частности, достоверного результата. Кроме того, в таком случае может быть принято также, что доля преобразователей, в частности, высока или, соответственно, в частности, невелика.

Согласно еще одному варианту выполнения предлагается для распределения или плотности распределения задавать опорную функцию и оценивать долю преобразователей в зависимости от отклонения функции распределения от этой опорной функции. Эта опорная функция отражает, тем самым, распределение или плотность распределения для известной доли преобразователей и служит в качестве ориентира в таком случае. Функция распределения является, соответственно, соответствующей текущим записанным распределением, соответственно, плотностью распределения в зависимости от частоты. При нормированных функциях может быть достаточно сравнения характеристического значения, например, максимальной высоты.

Было установлено, что функция распределения склонна к тому, чтобы при более высокой доле преобразователей проходить более полого. В частности, при рассмотрении плотности распределения или нормированного распределения следует ожидать, что площади под кривыми, т.е. опорной функцией и актуально записанной функцией распределения одинаковы. Более пологая кривая является, соответственно, кривой, которая в области начальной частоты и конечной частоты имеет более высокое значение, чем опорная функция, а в области основной частоты имеет более низкое значение. Так, путем сравнения обеих этих функций, т.е. функции распределения и опорной функции, можно сделать вывод. В частности, обе эти функции могут, например, накладываться друг на друга, и тогда хорошо виден возможный более пологий характер записанной функции распределения по отношению к опорной функции. Однако, отклонения могут быть оценены и иначе, а также могут быть хорошо автоматически проанализированы посредством вычислительной программы.

Согласно еще одному варианту выполнения предлагается в качестве опорной функции выбрать функцию распределения для доли преобразователей, равной нулю. Таким образом, за основу берется доля преобразователей, равная нулю. Такая опорная функция, т.е. функция распределения для этой заданной ситуации может оцениваться путем моделирования. Возможно также, что в соответствующей точке подключения к сети, в которой должна проверяться эта функция распределения, выжидается ситуация, в которой доля преобразователей равна или почти равна нулю. Например, как правило такая ситуация имеет место, когда господствует штиль, или дует по меньшей мере лишь такой слабый ветер, что обычные ветроэнергетические установки не запускаются, и одновременно, например, это происходит ночью, так что и никакие фотоэлектрические солнечные энергетические установки тоже не подают энергию в исследуемую сеть электроснабжения.

В таком случае можно исходить из этой опорной функции, и те индикаторы, которые тоже уже были охарактеризованы выше, и которые указывают на более высокую долю преобразователей, могут всегда применяться со ссылкой на эту опорную функцию, которая отражает долю преобразователей, равную нулю. Чем сильнее соответствующие индикаторы, т.е. в качестве примера, чем выше максимальное значение распределения, тем больше доля преобразователей. Для этого могут также записываться промежуточные значения или промежуточные функции, которым может соответствовать отличная от нуля доля преобразователей, например, 10% и еще одно значение или еще одна промежуточная опорная функция для 20% и т.д. В зависимости от этого может быть также сделано количественное заключение о доле преобразователей в сети.

В принципе, согласно изобретению, всегда предлагается оценивать, причем можно мириться и с незначительными погрешностями. В частности, следует учитывать, что, например, более высокая доля преобразователей оценивается не совсем такой высокой, какова она фактически, если при этом подразумеваются управляемые преобразователями устройства подачи, которые за счет специального управления ведут себя, как синхронная машина, которые эмулируют, тем самым, синхронную машину. В этом случае, однако, такая ошибка оценки была бы даже желательна и, соответственно, предпочтительна, поскольку, в заключение, управляемое преобразователями устройство подачи, которое ведет себя как синхронная машина, тоже не требует никакой компенсации или нуждается лишь в небольшой компенсации.

Кроме того, или альтернативно предлагается в качестве разностной функции образовать разность между функцией распределения и опорной функцией. Таким образом, эта разностная функция в тех областях, в которых она положительна, показывает, насколько сильно записанная функция распределения лежит выше опорной функции. Это может анализироваться для оценки доли преобразователей. Для этого предлагается, чтобы разностная функция для частотных диапазонов ниже нижней опорной частоты и выше верхней опорной частоты проинтегрировалась с образованием интеграла отклонения суммируется только эта часть разностной функции. Интеграция всей разностной функции, таким образом, должна иметь нулевое значение.

Согласно одному варианту, предлагается интегрировать разностную функцию от низкой частоты, например, 0 Гц, в частности, 40 Гц или 45 Гц при 50 Гц номинальной частоты или, соответственно, 50 Гц или 55 Гц при 60 Гц номинальной частоты, пока не получится предопределенное сравнительное разностное значение, и к тому же следует учитывать значение частоты, при котором сравнительное разностное значение достигается. Предпочтительно доля преобразователей оценивается тем большей, чем меньше это значение частоты. В качестве сравнительное разностное значение может использоваться, например, 10% от значения интеграла опорной функции. Возможно также, что разностная функция в зависимости от целесообразности интегрируется в обратном направлении от высокого значения частоты, например, от двойной номинальной частоты (100 Гц или, соответственно, 120 Гц), в частности, 60 Гц или 55 Гц при 50 Гц номинальной частоты, соответственно, 70 Гц или 65 Гц при 60 Гц номинальной частоты, и рассматривается достигнутое там значение частоты, при котором интеграл достигает сравнительное разностное значение.

Согласно еще одному варианту предлагается рассматривать интеграл между двумя предопределенными значениями частоты и сравнивать с сравнительным интегралом. Предпочтительно эти значения частоты лежат вблизи номинальной частоты и близко друг к другу. Например, для этого могут использоваться значения 49,8 Гц и 49,9 Гц, если номинальная частота составляет 50 Гц.

Кроме того, или альтернативно предлагается, чтобы в интеграл отклонения объединялись только положительные области разностной функции. Если в обеих точках пересечения записанной функции распределения с опорной функцией установить нижнюю и, соответственно, верхнюю опорную частоту, то это точно характеризует то место, в котором эта разностная функция меняется от своей положительной области в свою отрицательную область или, соответственно, наоборот. В этом случае оба указанных варианта интерпретации разностной функции соответствуют друг другу.

В таком случае предлагается оценивать долю преобразователей в зависимости от указанного интеграла отклонения. Для того, чтобы можно было произвести и количественную оценку, могут задаваться, соответственно, устанавливаться соответствующие диапазоны значений для этого интеграла отклонения. Такие значения могут предопределяться, например, посредством моделирования. В частности, при рассмотрении плотности распределения или нормированного распределения здесь могут браться за основу абсолютные значения, например, 0,2 или 0,3 для средней доли преобразователей.

Согласно одному варианту выполнения, предлагается в зависимости от значения интеграла отклонения оценивать долю преобразователей таким образом, чтобы она при интеграле отклонения с нулевым значением тоже имела нулевое значение, а при значении интеграла отклонения 0,5 имела значение 100%, и здесь значения между ними выводятся из линейной зависимости между долей преобразователей и значением интеграла отклонения. Оцениваемая доля преобразователей, таким образом, возрастает линейно со значением интеграла отклонения, предпочтительно от 0 до 100% при значении интеграла отклонения от 0 до 0,5.

Согласно еще одному варианту выполнения предлагается, чтобы доля преобразователей оценивалась в зависимости от отклонения основной частоты от номинальной частоты сети, в частности, так, чтобы доля преобразователей оценивалась тем более высокой, чем дальше основная частота лежит над номинальной частотой.

В основу этого варианта выполнения положено знание о том, что зачастую в сети электроснабжения, которая имеет значительную долю управляемых преобразователями энергопроизводителей, мощные электростанции, т.е. источники питания с непосредственно связанными синхронными машинами склонны к определенному режиму работы с отрегулировкой частоты. Если ветроэнергетические установки, ветропарки или другие управляемые преобразователями питающие блоки подают значительное количество мощности в сеть электроснабжения или, соответственно, уведомляют об этом, то, в частности, не регенеративные мощные электростанции, которые подают энергию в сеть с помощью непосредственно связанного синхронного генератора, настраиваются на ожидаемую ситуацию. Это означает, что они, в частности, подготовлены к тому, чтобы взять на себя подачу мощности, которая не поступает от регенеративных источников питания. Это означает, что как раз тогда, когда такое перехватывание подачи части мощности совсем не требуется, как это чаще всего бывает, они эту мощность, т.е. как бы своего рода резервную мощность не отдают в сеть электроснабжения, и вследствие этого склонны к увеличению частоты вращения. Из-за частой приоритетности регенеративных источников питания такая резервная мощность не полностью тратится на регулирование частоты, так что это отклонение частоты может возникать в смысле остающегося отклонения регулируемой величины.

Было установлено, что, тем самым, основная частота, лежащая выше номинальной частоты сети, указывает на высокую долю преобразователей. Соответственно, предпочтительно предлагается, чтобы доля преобразователей оценивалась тем более высокой, чем дальше основная частота лежит над номинальной частотой сети.

Согласно еще одному варианту выполнения предлагается регистрировать спектр колебаний. Спектр колебаний представляет собой при этом колебания частоты во времени как спектр частоты, а именно, в частности, частоты сети. Таким образом, например, через заданный промежуток времени, например, в диапазоне от 0,1 до 2 сек, или через иной промежуток времени записываются значения частоты. В идеальном случае, когда частота сети не колеблется, при этом записывались бы лишь некоторые значения, а именно номинальная частота сети в качестве постоянного значения. Спектр, предлагаемый спектр колебаний, имел бы тогда только постоянную составляющую. Таким образом, если номинальная частота сети составляет, например, 50 Гц, то в спектре имелось бы лишь одно значение, а именно 50 Гц при 0 Гц. Измеренная частота здесь равна, тем самым, 50 Гц и не колеблется. Для такого варианта рассмотрения названные здесь в качестве примера 50 Гц образуют постоянную составляющую.

Фактически же частота сети обычно не постоянна, а колеблется, и эти колебания регистрируются через чисто символически указанное время, и они ведут, тем самым, к колеблющейся амплитуде частоты, при указанной постоянной составляющей, например, в 50 Гц. Эти колебания во времени могут, таким образом, исследоваться как спектр. Если приведенная в качестве примера частота в 50 Гц колеблется, т.е., например, 12 раз в течение минуты от 49,97 Гц до 50,03 Гц и обратно, то получается составляющая спектра при 0,2 Гц, а именно 12/60 сек. Амплитуда этого спектрального значения составляет при этом 0,3 Гц, поскольку амплитуда колебаний составила колебание от 49,97 Гц до 50,03 Гц. Таким образом, на диаграмме соответствующая частота наносится как по оси абсцисс, так и по оси ординат.

К тому же предлагается оценивать долю преобразователей в зависимости от спектра колебаний. В частности, было установлено, что такой спектр частоты, т.е. вид, каким образом колеблется частота, как эта частота отклоняется от своего идеального значения постоянной номинальной частоты сети, является характеристикой этой сети электроснабжения, что здесь, как и в остальных случаях, в принципе относится к рассматриваемой точке подключения к сети.

Поэтому предлагается также делать заключение о доле преобразователей в сети с использованием таких характеристик. Например, большие непосредственно связанные с сетью синхронные генераторы могут приводить к постоянному колебанию сети, что для каждого генератора может проявляться в соответствующем значении в спектре частоты. При высокой доле преобразователей следует исходить из того, что они не вызывают таких колебаний в сети, однако, скорее могут вызывать высокочастотные сигналы, которые в свою очередь вследствие большого числа индивидуальных преобразователей могут соответственно рассеиваться. Соответственно, скорее следует считаться с шумовыми свойствами, чем с изолированными частотами качаний в спектре частоты, т.е. в спектре колебаний, если доля преобразователей велика.

Предпочтительно предлагается оценивать долю преобразователей в зависимости от по меньшей мере одной амплитуды колебаний одной частоты колебаний спектра колебаний. Таким образом, рассматривается по меньшей мере одно значение в спектре, а именно амплитуда колебаний, и она получается при частоте спектра, которая здесь обозначается как частота колебаний. Тем самым, рассматривается изолированное, в частности, выделяющееся значение, и для него может быть задан эталон, чтобы в зависимости от него оценивать долю преобразователей.

Предпочтительно, однако, учитываются несколько таких амплитуд колебаний, в данном случае каждая при иной частоте колебаний. В частности, здесь тоже можно предложить сравнение с опорным спектром колебаний. Затем по изменениям между соответствующим актуально записанным спектром колебаний и опорным спектром колебаний можно сделать заключение об изменении сети электроснабжения, также и в отношении доли преобразователей.

Предпочтительно предлагается, чтобы частота колебаний лежала в диапазоне от 0,1 Гц до 0,5 Гц, и предпочтительно доля преобразователей оценивалась тем меньшей, чем больше амплитуда колебаний. В основе этого лежит суждение о том, что эта амплитуда колебаний вызывается по меньшей мере одним непосредственно связанным синхронным генератором, и, тем самым, не преобразователем. Таким образом, чем больше эта амплитуда, тем больше доминирование непосредственного связанного синхронного генератора, и, соответственно, тем меньше доля преобразователей.

Для расчета спектра колебаний может применяться FFT, т.е. так называемое быстрое преобразование Фурье (БПФ). Предпочтительно из записанной частотной характеристики сначала вычитается постоянная составляющая, т.е., в частности, номинальная частота сети, например, 50 Гц или 60 Гц.

Согласно одному варианту выполнения предлагается записывать спектр напряжений для напряжения сети с помощью преобразования FFT напряжения сети, и определять долю преобразователей в зависимости от этого спектра напряжений. Таким образом, предлагается интерпретация напряжения сети посредством быстрого преобразования Фурье, которое сокращенно обозначается как FFT. В зависимости от этого спектра напряжений могут определяться свойства сети электроснабжения, и по ним можно делать заключение о доле преобразователей.

Предпочтительно доля преобразователей оценивается тем меньшей, чем больше максимальное значение или сумма нескольких максимальных значений, или же чем больше среднее значение нескольких максимальных значений. В принципе здесь тоже следует ожидать максимального значения при основной частоте, в частности, при частоте сети. Его величина дает разъяснения о доле преобразователей в сети, и чем больше это значение, тем меньшей оценивается доля преобразователей. В принципе интерпретация этого спектра напряжений, по сути, может происходить и так, как это описано для функции распределения, что настоящим предлагается в качестве вариантов выполнения. В принципе для этого спектра напряжений тоже следует исходить из совершенно подобного подхода, что и для функции распределения. Может быть предпочтительным, что предлагается предусмотреть опорный спектр напряжений в качестве сравнительной кривой, и целесообразно осуществлять такие сравнительные интерпретации, как это описывалось в связи с функцией распределения.

Из-за использования метода FFT для получения спектра напряжений, однако, получаются различия по меньшей мере на практике. В частности, регистрация распределения или плотности распределения фактически может означать сильную фильтрацию, если, например, фиксировать значение посекундно или через подобные промежутки времени. При интерпретации с помощью FFT вместо этого используют очень много регистрируемых значений в секунду, и частота тоже определяется не для каждого регистрируемого значения, а напряжение сканируется как функция напряжения и регистрируется, а затем оценивается в своей совокупности. В частности, может получиться наглядно хорошо объяснимая разница. А именно, в спектре напряжений, который был определен с помощью FFT, вместо максимального значения в середине спектра, т.е. при основной частоте, в частности, при частоте сети, получается график с двумя максимальными значениями, которые находятся, по существу, при одной несколько меньшей и одной несколько большей частоте, чем основная частота. Таким образом, основная частота лежит между этими двумя максимальными значениями, а при собственно основной частоте не устанавливается никакого максимального значения. Это обосновано тем, что указанная основная частота зачастую точно не поддерживается или, соответственно, поддерживается не долго, и более того, возникают частоты вблизи, и при переходе с несколько большей на несколько меньшую частоту эта основная частота достигается лишь на короткое время. Метод FFT определяет эти тонкости, которые как правило не определяются при вышеописанной регистрации отдельных значений частоты, чтобы определить распределение или плотность распределения. Этот эффект, что возникают два таких максимума, может быть вызван зоной нечувствительности первичного регулирования. В таком случае оба эти максимума наступают примерно на обоих краях зоны нечувствительности, поскольку там впервые происходит регулирование, и благодаря этому там впервые частота как бы фиксируется.

Поэтому альтернативно предлагается также, вместо рассмотрения одного максимального значения рассматривать сумму нескольких максимальных значений, в частности, двух максимальных значений, или рассматривать среднее значение нескольких максимальных значений. Если сумма нескольких максимальных значений делится на количество, то она соответствует среднему значению и, соответственно, здесь в основе лежит лишь разница в масштабировании. При этом предлагается скорее масштабировать это среднее значение до указанной суммы, чем эту сумму масштабировать путем деления количества до среднего значения. В основе этого лежит идея, что среднее значение двух таких максимальных значений, которые лежат немного перед основной частотой и немного за основной частотой, значительно меньше, чем одно отдельное максимальное значение, получающееся при функции распределения. Поэтому может быть предпочтительно, действительно использовать сумму двух максимальных значений, которая в таком случае скорее соответствует отдельному максимальному значению. И, наконец, существует, однако, вопрос масштабирования, и для оценки доли преобразователей дело, по существу, заключается в сравнении с опорным значением, в частности, с опорным спектром напряжений. До тех пор, пока эти значения масштабированы одинаковы, вид этого масштабирования имеет мало значения.

Предпочтительно в качестве оценки доли преобразователей различать между высокой и низкой долей преобразователей, и доля преобразователей оценивается как высокая, если максимальное значение, сумма нескольких максимальных значений или, соответственно, среднее значение нескольких максимальных значений находится ниже заданного опорного значения. Так, с помощью этого опорного значения может осуществляться хорошо воспроизводимая оценка. Такая оценка также может успешо использоваться в компьютерной программе или, соответственно, в соответствующем устройстве обработки данных.

Предпочтительно предлагается, чтобы подаваемая мощность изменялась посредством регулирования мощности в зависимости от отклонения частоты и/или в зависимости от градиента частоты. Кроме того, регулирование мощности зависит от определенной доли преобразователей.

Таким образом, такое зависящее от частоты регулирование мощности может настраиваться на долю преобразователей и адекватно реагировать соответственно определенной таким образом ситуации.

В частности, система регулирования мощности имеет коэффициент усиления регулятора и/или постоянную времени регулятора, и указанный коэффициент усиления регулятора, соответственно, указанная постоянная времени регулятора зависят от оцененной доли преобразователей. Таким образом, предлагается настраивать описанное зависящее от частоты регулирование мощности по-разному жестко, чтобы благодаря этому реагировать на конкретную ситуацию в сети, а именно на то, велика или мала доля преобразователей в сети.

В частности, предлагается выбирать коэффициент усиления регулятора тем большим и/или выбирать постоянную времени регулятора тем меньшей, чем больше эта оцененная доля преобразователей. В основу этого положено понимание того, что при высокой доле преобразователей соответственно меньше непосредственно связанных синхронных генераторов подают энергию в сеть электроснабжения, и, тем самым, в принципе меньшая инерционная масса предоставляется для стабилизации этой сети электроснабжения. Это может быть скомпенсировано за счет того, что благодаря жесткому или быстрому регулированию, т.е. благодаря высокому коэффициенту усиления регулятора быстрее реакция на возможное отклонение частоты или на изменения.

Альтернативно можно также переключаться на регулятор мощности с бόльшим усилением и/или меньшей временной константой, если доля преобразователей была оценена как высокая. Благодаря такому переключению регулятора, вместо непрерывной замены можно, в частности, избежать также того, что в текущем процессе будут постоянно изменяться коэффициенты усиления регулятора, что в неблагоприятном случае может привести к нежелательному колебанию.

Согласно одному варианту выполнения предлагается выбирать регулятор мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей из заранее подготовленного количества различных регуляторов мощности, причем это подготовленное количество различных регуляторов мощности может иметь различные конструкции регуляторов и/или различные характеристики частота/мощность.

Благодаря такому решению можно не только в отношении усиления реагировать на различные ситуации в сети, которые получаются из-за различно высокой доли преобразователей, но можно предусмотреть также структурно иные виды регулирования. Например, при малой доле преобразователей может быть предусмотрена зависящая от частоты кривая мощности с зоной нечувствительности, тогда как при высокой доле преобразователей, когда требуется максимально быстро реагировать на изменения, чтобы скомпенсировать небольшую долю синхронных генераторов с соответствующей инерционной массой, можно отказаться от такой зоны нечувствительности, или можно выбрать ее меньшей.

Еще один пример различных конструкций регулятора, когда при небольшой доле преобразователей для зависящего от частоты регулирования мощности может быть предусмотрен чистый П-регулятор (пропорциональный), который также допускает остающееся отклонение регулируемой величины. Но если доля преобразователей выше, так что возврат частоты до номинальной частоты ослаблен непосредственно связанными синхронными генераторами, то может быть предусмотрено, что управляемое преобразователями устройство подачи имеет регулятор, в частности, регулятор с интегральной составляющей, который может обеспечивать для частоты стационарную точность.

Согласно еще одному варианту выполнения предлагается в зависимости от оцененной доли преобразователей применять регулирование мощности в режиме источника напряжения, или чтобы его доля, т.е. доля регулирования мощности в режиме источника напряжения настраивалась на регулирование подаваемой мощности через взвешивание. При оцененной как высокая доле преобразователей предлагается, тем самым, взвешивать регулирование мощности в режиме источника напряжения сильнее, чтобы оно сильнее вводилось. Регулирование мощности в режиме источника напряжения и, тем самым, также подача энергии в режиме источника напряжения не только подает энергию в режиме источника напряжения, но она заключает в себе также, что при таком регулировании происходит непосредственная реакция на изменения напряжения. Такое регулирование является соответственно более быстрым уже с учетом системных факторов.

Такое регулирование мощности в режиме источника напряжения и, соответственно, подача энергии являются более быстрыми, в частности, в отношении поддержки сети или стабилизации сети, чем подача энергии в режиме источника тока, которая как правило лишь опосредованно реагирует на изменения напряжения. Таким образом, при высокой доле преобразователей, т.е. при небольшой доле непосредственно связанных синхронных генераторов посредством такого регулирования мощности в режиме источника напряжения или подачи энергии могут снова выравниваться режим источника напряжения или сохранение постоянства напряжения, которые были ослаблены за счет уже не подающих энергию или подающих меньше энергии непосредственно связанных синхронных генераторов.

Предпочтительно предлагается в зависимости от оцененной доли преобразователей использовать регулирование мощности посредством виртуальной инерционной массы, или настраивать ее долю на регулирование подаваемой мощности путем взвешивания.

В основе этого лежит понимание того, что по мере снижения числа непосредственно связанных синхронных генераторов уходит и их регулирующее влияние. Такие непосредственно связанные с сетью синхронные генераторы имеют особое, в принципе хорошо известное поведение, которое большей частью оказывает поддерживающее действие на сеть электроснабжения, и для компенсации сокращения таких непосредственно связанных синхронных генераторов предлагается, тем самым, компенсировать их поведение за счет соответствующего регулирования. Это предлагаемое регулирование мощности виртуальной инерционной массой является, тем самым, регулированием, которое по меньшей мере частично эмулирует указанное поведение непосредственно связанного синхронного генератора.

Согласно изобретению, предлагается также управляемое преобразователями устройство подачи, в частности, ветроэнергетическая установка или ветропарк. Такое управляемое преобразователями устройство подачи предназначено для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения, имеющую напряжение сети с номинальной частотой сети.

Управляемое преобразователями устройство подачи содержит средство подачи для подачи питающего тока в виде электрического переменного тока с частотой, фазой и с питающим напряжением; управляющее устройство для настройки по меньшей мере одной из величин, содержащихся в нижеприведенном списке:

- частота питающего тока,

- фаза питающего тока,

- подаваемая мощность и

- питающее напряжение,

- оценочное устройство, предназначенное для оценки доли преобразователей на одном участке сети электроснабжения, причем

долей преобразователей обозначает отношение мощности, подаваемой посредством преобразователей, к всей подаваемой мощности, и

- устройство адаптации для корректировки управления подачей электрической мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей.

Такое средство подачи выполнено, в частности, как преобразователь или инвертор. преобразователь на входе имеет переменное напряжение, тогда как инвертор имеет на входе постоянное напряжение. Однако, на выходе оба блока осуществляют управление питающим током. Соответственно, указанное устройство подачи является управляемым преобразователями устройством подачи, поскольку оно в качестве средства подачи имеет преобразователь или инвертор. Управляемое преобразователями устройство подачи может, однако, иметь несколько, в частности, много таких преобразователей или инверторов. Даже если этим устройством подачи является только одна ветроэнергетическая установка, она может иметь несколько преобразователей или инверторов. Выход этих преобразователей или инверторов может быть подключен, например, параллельно, чтобы благодаря этому всю произведенную мощность ветроэнергетической установки преобразовывать в питающий ток.

Управляющее устройство может быть предусмотрено, в частности, для управления преобразователем или инвертором. Предпочтительно преобразователь или инвертор могут переключаться между режимом источника тока и режимом источника напряжения.

Указанное управляющее устройство может управлять преобразователем или инвертором и за счет этого задавать, в частности, частоту, фазу и амплитуду подаваемого тока при сохранении соответствующего питающего напряжения.

При использовании ветропарка, имеющего несколько ветроэнергетических установок и, в частности, подающего энергию в сеть электроснабжения через одну общую точку подключения к сети, каждая ветроэнергетическая установка может иметь по меньшей мере одно средство подачи, т.е. по меньшей мере один преобразователь или один инвертор, и иметь соответственно одно управляющее устройство. Дополнительно, что тоже может пониматься как часть этого управляющего устройства, для указанного ветропарка может быть предусмотрена центральная система управления парком. В частности, возможные оценки доли преобразователей могут осуществляться централизованно указанной центральной системой управления парком.

Кроме того, предусмотрено оценочное устройство, которое может быть частью центральной системы управления парком, но может быть и частью управляющего устройства. Это оценочное устройство производит по меньшей мере одну описанную оценку доли преобразователей.

Предусмотрено также устройство адаптации, которое корректирует управление подачей электрической мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей. Сюда может относиться также, что оно изменяет параметры и/или делает выбор между различными управляющими функциями, или между различными характеристическими кривыми. Например, это устройство адаптации может для этого выдавать соответствующий сигнал выбора на управляющее устройство или на средство подачи. В принципе это устройство адаптации также может быть частью средства подачи или управляющего устройства.

В частности, предлагается подготовить управляемое преобразователями устройство подачи к тому, чтобы реализовать способ подачи электрической мощности согласно по меньшей мере одному вышеописанному варианту выполнения. В частности, указанное управляющее устройство и, кроме того, или альтернативно - указанное устройство адаптации выполнены с возможностью осуществления этого способа. Для этого в управляющем устройстве и/или в устройстве адаптации могут быть реализованы соответствующие алгоритмы. В частности, в случае ветропарка как управляемого преобразователями устройства подачи реализация может быть предусмотрена в центральной системе управления парком.

Ниже данное изобретение описывается более подробно на примерах выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах представлено следующее.

Фиг. 1 - ветроэнергетическая установка в перспективном изображении;

Фиг. 2 - ветропарк в схематичном изображении;

Фиг. 3 - управляемое преобразователями устройство подачи в схематичном изображении;

Фиг. 4 - функция частоты распределения с опорной функцией;

Фиг. 5 - спектр напряжения сети, проиллюстрированный на диаграмме;

Фиг. 6 - три диаграммы для иллюстрации спектра колебаний.

На Фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 установлен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и обтекателем 110. Ротор 106 при работе приводится ветром во вращательное движение и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104.

На Фиг. 2 показан ветропарк 112, в качестве примера содержащий три ветроэнергетических установки 100, которые могут быть одинаковыми или различными. Таким образом, эти три ветроэнергетические установки 100 являются репрезентативными в принципе для любого количества ветроэнергетических установок ветропарка 112. Ветроэнергетические установки 100 предоставляют свою мощность, а именно, в частности, производимый ток через электрическую сеть 114 парка. При этом соответствующие произведенные отдельными ветроэнергетическими установками 100 токи, соответственно, мощности суммируются, и большей частью предусмотрен трансформатор 116, который повышает напряжение в парке, чтобы затем в точке 118 подачи питания, в общем обозначаемой PCC, подать его в питающую сеть 120. На Фиг. 2 представлено упрощенное изображение ветропарка 112, на котором не показано, например, никакого управления, хотя естественно управление имеет место. Также сеть 114 парка может быть выполнена, например, и иначе, причем, например, трансформатор может быть предусмотрен на выходе каждой ветроэнергетической установки 100 (просто как пример)

На Фиг. 3 схематично показано управляемое преобразователями устройство 300 подачи вместе с сетью 320 электроснабжения, в которую управляемое преобразователями устройство подачи подает энергию в точке 318 подключения к сети. Управляемое преобразователями устройство 300 подачи здесь представлено как ветроэнергетическая установка с ротором 306 и генератором 302. При работе генератор 302 вырабатывает многофазный переменный электрический ток, который выпрямляется в выпрямительном средстве 304 и подается в инвертор 308. Инвертор 308 в таком случае производит трехфазный переменный ток I, причем задается также фаза φ, частота f и питающее напряжение U. Произведенный таким образом переменный ток затем через трансформатор 310 в точке 318 подключения к сети подается в сеть 320 электроснабжения. Путем задания подаваемого тока I, фазового угла φ и напряжения U и, соответственно, при учете напряжения сети U можно, тем самым, электрическую мощность подавать в сеть 320 электроснабжения.

На Фиг. 3 схематично проиллюстрированы детали регулирования активной мощности. К тому же обозначена регулирующая структура 312, которая в принципе может быть частью показанной ветроэнергетической установки, но на Фиг. 3 она для наглядности выведена из нее.

Сначала с помощью измерительного датчика 314 определяют частоту в сети 320 электроснабжения. В частности, измерительный датчик 314, который определяет частоту f, а именно частоту f сети, здесь можно считать репрезентативным также и для других или дополнительных измерительных датчиков. В частности, возможно также, что фактически этот измерительный датчик 314 регистрирует только напряжение, и это напряжение в таком случае может оцениваться в другом месте, чтобы из этого вывести частоту. Это измерение может происходить в точке 318 подключения к сети.

Эта частота f сети согласно показанному варианту выполнения по Фиг. 3 необходима для нескольких целей. Во-первых, она вводится в оценочное устройство 316. В оценочном устройстве 316 по этой введенной частоте f сети оценивается доля преобразователей в сети 320 электроснабжения. Это может происходить, например, так, как еще будет разъяснено в дальнейшем в связи с Фиг. 4.

Результат оценки, т.е. оцененная доля преобразователей в сети 320 электроснабжения затем подается в устройство 322 адаптации, что наглядно обозначено символом %.

Устройство 322 адаптации может в таком случае корректировать части регулирующей структуры 312 в соответствии с оцененной долей преобразователей.

Во-вторых, измеренная частота f сети применяется для зависящего от частоты регулирования мощности. Для этого в суммирующем элементе 324 происходит сравнение с заданной опорной частотой f_О. Отклонение е регулируемой величины образует тогда вход собственно регулятора 326. Эту регулирующую структуру с вводом отклонения е регулируемой величины тоже можно понимать как репрезентативную для других концепций регулирования. Например, возможно также, что определенная частота f сети вводится непосредственно в зависящий от частоты функциональный блок вместо того, чтобы подаваться на суммирующий элемент 324.

Представленный на Фиг. 3 регулятор 326 имеет регулируемый коэффициент K усиления регулятора в усилительном блоке 328 и функциональные блоки 330 регулятора. При этом предусмотрено несколько различных функциональных блоков 330, 330b - 330n регулятора, между которыми возможно переключение. Для переключения представлен многопозиционный переключатель 332 (Wählschalter), который состоит из одной части перед функциональными блоками 330 регулятора и одной части позади них. Этот многопозиционный переключатель 332 может управляться устройством 322 адаптации. Этот многопозиционный переключатель 332 при этом тоже можно рассматривать соответственно репрезентативным для других видов реализации, а именно, в частности, для реализации, при которой внутри управляющей ВМ возможно переключение между различными блоками регулятора и, тем самым, различными регулировочными функциями.

Усилительный блок 328 тоже может управляться устройством 322 адаптации. Альтернативно этот усилительный блок 328 может быть соответствующей частью функциональных блоков 330 регулятора. Возможно также, что устройство 322 адаптации изменяет как коэффициент K усиления, а именно путем управления усилительным блоком 328 или иначе, и кроме того, выбирают между тем или иным функциональными блоками 330 регулятора. Благодаря этому возможна бόльшая гибкость при корректировке соответствующего регулятора. Соответствующее управление для изменения коэффициента K усиления, соответственно, для переключения между функциональными блоками 330 регулятора происходит, тем самым, в зависимости от оцененной доли преобразователей.

С помощью соответственно выбранной настройкой регулятора, т.е. установленным коэффициентом усиления усилительного блока 328 и выбранной функцией регулятора согласно выбранному одному из блоков 330 регулятора в таком случае реализовано зависящее от частоты управление активной мощностью. Регулятор 326 выдает, тем самым, в зависимости от измеренной частоты сети, здесь именно в зависимости от отклонения е регулируемой величины, активную мощность P, и эта активная мощность P подается в инвертор 308, который в таком случае соответственно вырабатывает питающий ток I.

На Фиг. 4 показана диаграмма распределения, соответственно, плотности распределения, на которой это распределение нанесено в % по частоте в Гц. Таким образом, эта диаграмма показывает, какое %-ное значение частоты как часто возникает. Для этого построена кривая измерения частоты распределения, которая здесь нанесена как опорная кривая или, соответственно, опорная функция 400. Показанная опорная функция 400 была принята для сети электроснабжения без доли преобразователей, т.е. с долей преобразователей, равной нулю. Далее, нанесена также возможная функция 402 распределения, которая соответствует текущей функции распределения при большом количестве преобразователей в сети электроснабжения. Как опорная функция 400, так и текущая функция 402 распределения характеризуются некоторыми значениями частоты, а именно возрастающей частотой: сначала начальная частота 411, затем нижняя опорная частота 412, за ней основная частота 413, далее следует верхняя опорная частота 414 и, наконец, конечная частота 415. В области основной частоты 413 как опорная функция 400, так и текущая функция 402 распределения имеют по одному максимальному значению 423, соотв., 423’ распределения.

Нижней опорной частоте 412 и верхней опорной частоте 414 соответственно приданы нижнее опорное значение 422 распределения и верхнее опорное значение 424 распределения. Ни эти нижняя и верхняя опорная частота 412, соотв., 414, ни соответствующие нижнее опорное значение 422 распределения и, соответственно, верхнее опорное значение 424 распределения не должны быть одинаковыми для опорной функции 400 и функции 402 распределения. В зависимости от интерпретации эти значения частоты или эти опорные значения распределения могут быть различными у опорной функции 400 и у функции 402 распределения.

Помимо интерпретации амплитуды максимального значения 423, соотв., 423’ распределения, могут рассматриваться и другие варианты интерпретаций.

Один вариант интерпретации предлагает рассматривать ширину 404 функции 402 распределения. Ширина 404 предпочтительно рассматривается в одном фиксированном значении частоты, в данном случае для этого используется значение распределения в 5%. Показанная ширина 404 была нанесена для наглядности. Можно также это взятое в качестве примера значение в 5% использовать как в качестве верхнего, так и в качестве нижнего опорного значения 422, соотв., 424 распределения, и к тому же рассматривать устанавливающуюся нижнюю и, соответственно, верхнюю опорную частоту 412, соотв., 414, а для определения расстояния использовать разность между обоими этими значениями.

Согласно другому варианту выполнения в области вне обеих опорных частот 412, 414, т.е. для областей ниже нижней опорной частоты 412 и выше верхней опорной частоты 414 можно рассматривать отклонение определенной функции 402 распределения вверх по отношению к опорной функции 400. Такое повышение в этой области обозначено символизирующей повышение стрелкой 406. Для этого может рассматриваться, например, и соответствующее значение частоты. Например, возможно, что для этого верхняя опорная частота 414 устанавливается на более высокое, но предопределенное значение, и точно так же нижняя опорная частота 412 устанавливается на более низкое значение, что здесь явно не нанесено, но может быть в области пунктирной линии.

Можно также рассматривать интегральную поверхность 408, а именно ту площадь, которая лежит ниже измеренной функции 402 распределения и выше опорной функции 400. По существу, таким образом определена область выше верхней опорной частоты и ниже нижней опорной частоты 414, соотв., 412, если обе эти опорные частоты представлены соответственно, как на Фиг. 4, не пунктирными стрелками.

Этот интеграл или, соответственно, оба этих интеграла вместе могут определяться как интеграл отклонения или значение интеграла отклонения и сравниваться с опорным значением или с опорной шкалой, чтобы на основании этого оценить долю преобразователей в сети.

В качестве еще одного варианта можно провести FFT (БПФ) напряжения сети U. Результатом будет спектр напряжений, к которому относится пример на Фиг. 5. В основе этого примера по Фиг. 5 лежит сеть электроснабжения с номинальной частотой 50 Гц, что здесь тоже примерно соответствует основной частоте.

В частности, в этом спектре напряжений по Фиг. 5 можно видеть, что он, по существу, группируется вокруг значения 50 Гц. При этом, однако, точно при 50 Гц, т.е. точно при номинальной частоте, соответственно, при основной частоте нет никакого единичного максимального значения распределения, а здесь имеются два локальных максимальных значения 409 и 410, находящиеся по бокам от номинальной частоты, соответственно, основной частоты. Для оценки доли преобразователей в сети могут анализироваться оба этих локальных максимума, соответственно, локальных максимальных значения и на их основе может быть образовано общее максимальное значение, например, путем суммирования или получения среднего значения. Это может быть положено в основу оценки доли преобразователей.

Еще один вариант, который может быть скомбинирован с вышеописанными методами, состоит в интерпретации спектра колебаний. Для иллюстрации на Фиг. 6 представлено три диаграммы A - C.

Первая диаграмма A показывает график напряжения, например, в точке 318 подключения к сети по Фиг. 3. Этот график напряжения следует понимать схематично, и он должен символизировать синусоидальную кривую с колеблющимися частотами. Поэтому график 600 напряжения имеет - в преувеличенном виде - периоды различной продолжительности. Этот график 600 напряжения напоминает поэтому гармошку. Во всяком случае здесь должно быть проиллюстрировано, что этот график 600 напряжения в своей синусоиде колеблется во времени t. Это время t на диаграмме A нанесено от 0 до 15 сек. В это время график 600 напряжения примерно два с половиной раза изменяется между длинным и коротким периодами туда и обратно. Таким образом, его частота за эти 15 сек колеблется примерно два с половиной раза туда и обратно.

Это может быть представлено как частотная характеристика во времени, что проиллюстрировано в диаграмме B. Эта диаграмма B показывает, тем самым, график 602 частоты по времени. Исходят из того, что без колебания частоты установилась бы фиксированная частота 50 Гц. Соответственно, еще раз повторяется то, что представлено диаграммой A. Фактически, абстрагируясь от колебаний, на диаграмме A показан сигнал около 1 Гц. Тем не менее предполагается, что сигнал имеет основную частоту 50 Гц, и в этом отношении диаграмма А с приблизительно синусоидальной формой должна символизировать только сигнал 50 Гц.

Во всяком случае на диаграмме B можно видеть, что график 602 частоты колеблется вокруг основной частоты 50 Гц.

Этот колеблющийся сигнал, т.е. этот колеблющийся график 602 частоты может быть теперь проанализирован как спектр. Поскольку на диаграмме B частота исследуется в зависимости от времени, то при переносе в спектр частота получается в зависимости от частоты.

На диаграмме C показан соответствующий спектр частоты. Таким образом, на диаграмме C частота в Гц откладывается по частоте в Гц. Получается значения по оси абсцисс при 0 Гц, и там амплитуда составляет 50 Гц. Так образом, основное колебание имеет амплитуду 50 Гц, и она не меняется и поэтому равна 0 Гц. Кроме того, кривая 602 частоты на диаграмме B колеблется вокруг этого значения 50 Гц. Это колебание является таким, что она колеблется от 49 до 51 Гц. Таким образом, амплитуда колебаний составляет 1 Гц. Кроме того, она дважды за 10 сек колеблется туда и обратно, так что получается частота 0,2 Гц. Этот график 602 колебания частоты на диаграмме B, тем самым, в спектральном представлении диаграммы C является значением с амплитудой 1 Гц при частоте 0,2 Гц.

Соответственно, этот анализ спектра колебаний является также низкочастотным анализом. Диаграмма C на Фиг. 6 следует, однако, понимать чисто иллюстративно, и в принципе при таком анализе спектра колебаний следует рассчитывать не только на одно единственное спектральное значение, но на несколько спектральных значений. Во всяком случае по таким спектральным значениям представленного в диаграмме C спектра частоты можно сделать заключение о доле преобразователей в сети. В частности, предлагается, чтобы доля преобразователей оценивалась тем меньшей, чем больше амплитуда колебаний. Амплитуда колебаний сигнала по Фиг. 6 согласно представлению на диаграмме C равна 1 Гц, и ее значение составляет около 0,2 Гц.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – поддержка напряжения сети при изменениях свойств сети электроснабжения. Данное изобретение касается способа подачи электрической мощности в сеть (320) электроснабжения, имеющую напряжение (U) сети с частотой (f) сети, с номинальной частотой сети, посредством управляемого преобразователями устройства (300) подачи, в частности посредством ветропарка (112) или одной ветроэнергетической установки (100), причем это устройство подачи для подачи электрической мощности подает в сеть питающий ток (I) в виде переменного электрического тока (I) с частотой, фазой (φ) и с питающим напряжением (U), и по меньшей мере одна из величин из следующего списка: частота (f) питающего тока (I), фаза (φ) питающего тока (I), подаваемая мощность и питающее напряжение (U), является регулируемой, причем этот способ включает в себя следующие этапы: оценку доли преобразователей на одном участке сети (320) электроснабжения, причем эта доля преобразователей представляет собой отношение мощности, подаваемой посредством преобразователей, ко всей подаваемой мощности; и управление подачей электрической мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ подачи электрической мощности в сеть (320) электроснабжения, имеющую напряжение (U) сети с частотой (f) сети, имеющей номинальную частоту сети, посредством управляемого преобразователями устройства (300) подачи, в частности посредством ветропарка (112) или ветроэнергетической установки (100), причем

- упомянутое устройство подачи для подачи электрической мощности подает в сеть питающий ток (I) в форме переменного электрического тока (I) с частотой (f), фазой (φ) и питающим напряжением (U), и по меньшей мере одна из величин из списка:

- частота (f) питающего тока (I),

- фаза (φ) питающего тока (I),

- подаваемая мощность и

- питающее напряжение (U),

является регулируемой,

причем способ включает в себя:

- оценку доли преобразователей на участке сети (320) электроснабжения, причем

долей преобразователей обозначается отношение мощности, подаваемой в сеть посредством преобразователей, ко всей подаваемой мощности, и

- управление подачей электрической мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей.

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

- регистрируют цикличное изменение частоты (f) сети по амплитуде и/или продолжительности цикла, и

- долю преобразователей оценивают в зависимости от зарегистрированной амплитуды и/или от зарегистрированной продолжительности цикла, причем предпочтительно

- долю преобразователей оценивают тем большей, чем больше амплитуда цикличного изменения, и/или

- долю преобразователей оценивают тем большей, чем меньше продолжительность цикла,

- причем, в частности,

- долю преобразователей оценивают в зависимости от соотношения амплитуды изменений к продолжительности циклов изменений.

3. Способ по п. 2,

отличающийся тем, что в качестве оценки доли преобразователей различают между высокой и низкой долями преобразователей, и

- долю преобразователей оценивают как высокую, если амплитуда цикличного изменения больше, чем заданное предельное значение амплитуды, и/или

- долю преобразователей оценивают как высокую, если продолжительность цикла меньше, чем заданное предельное значение продолжительности цикла.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что

- регистрируют распределение или плотность распределения частоты (f) или градиента частоты, и

- долю преобразователей оценивают в зависимости от зарегистрированного распределения или, соответственно, плотности распределения.

5. Способ по п. 4,

отличающийся тем, что распределение или плотность распределения образует функцию (402) распределения в зависимости от частоты (f), и эта функция (402) распределения

- в области основной частоты (413), в частности номинальной частоты сети, имеет максимальное значение (423, 423’) распределения,

- возрастает от заданной начальной частоты, которая меньше, чем основная частота (413), до области основной частоты (413),

- снижается от области основной частоты (413) до заданной конечной частоты (415), которая больше, чем основная частота (413),

- в отношении нижней опорной частоты (412), которая больше, чем начальная частота (411), и меньше, чем основная частота (413), имеет нижнее опорное значение (422) распределения,

- в отношении верхней опорной частоты (414), которая больше, чем основная частота (413), и меньше, чем конечная частота (415), имеет верхнее опорное значение (424) распределения, причем

долю преобразователей оценивают в зависимости от максимального значения (423, 423’) распределения, и, кроме того, или альтернативно долю преобразователей оценивают

- в зависимости от расстояния между нижней и верхней опорными частотами (412, 414), которые соответственно устанавливаются при заданном нижнем или, соответственно, верхнем опорном значении (422, 424) распределения, причем нижнее и верхнее опорные значения (422, 424) распределения могут быть одинаковыми, и/или

- в зависимости от нижнего и/или верхнего значений (422, 424) распределения, которое устанавливается соответственно для заданной нижней или, соответственно, верхней опорной частоты (412, 414).

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

- долю преобразователей оценивают тем большей, чем меньше максимальное значение (423, 423’) распределения, и/или

- долю преобразователей оценивают тем большей, чем больше расстояние между верхней и нижней опорными частотами (414, 412), соответственно,

- долю преобразователей оценивают тем большей, чем больше верхнее или, соответственно, нижнее опорное значение (424, 422) распределения.

7. Способ по п. 5 или 6,

отличающийся тем, что в качестве оценки доли преобразователей различают между высокой и низкой долями преобразователей, и

- долю преобразователей оценивают как высокую, если максимальное значение (423, 423’) распределения находится ниже заданного предельного значения распределения, и/или

- долю преобразователей оценивают как высокую, если расстояние между верхней и нижней опорными частотами (414, 412) больше, чем заданное опорное значение расстояния, или соответственно,

- долю преобразователей оценивают как высокую, если верхнее и/или нижнее опорное значение (424, 422) распределения находится выше заданного базисного предельного значения.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что для распределения или плотности распределения задают опорную функцию (400), и долю преобразователей оценивают в зависимости от отклонения функции (402) распределения от этой опорной функции (400).

9. Способ по п. 8,

отличающийся тем, что

- в качестве опорной функции (400) выбирают функцию (402) распределения для доли преобразователей, равной нулю, и/или

- в качестве разностной функции образуют разность между функцией (402) распределения и опорной функцией (400), и

- разностную функцию для частотных диапазонов ниже нижней опорной частоты (412) и выше верхней опорной частоты (414) интегрируют с образованием интеграла отклонения, и/или

- только положительные области разностной функции интегрируют с образованием интеграла отклонения,

- долю преобразователей оценивают в зависимости от интеграла отклонения.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что долю преобразователей оценивают в зависимости от отклонения основной частоты (413) от номинальной частоты сети, в частности так, что долю преобразователей оценивают тем более высокой, чем более основная частота (413) превышает номинальную частоту сети.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что

- регистрируют спектр колебаний, причем спектр колебаний представляет колебания частоты (f) во времени (t) в качестве спектра частоты (f), в частности частоты (f) сети, и

- долю преобразователей оценивают в зависимости от спектра колебаний.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что

- долю преобразователей оценивают в зависимости от по меньшей мере одной амплитуды колебаний частоты колебаний спектра колебаний, причем, в частности,

- частота колебаний лежит в диапазоне от 0,1 Гц до 0,5 Гц, причем предпочтительно

- долю преобразователей оценивают тем меньшей, чем больше амплитуда колебаний.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что спектр напряжений (U) сети получается посредством быстрого преобразования Фурье (FFT) напряжения (U) сети, и долю преобразователей оценивают в зависимости от спектра напряжений.

14. Способ по п. 13,

отличающийся тем, что долю преобразователей оценивают тем меньшей, чем больше максимальное значение (409, 410), или сумма нескольких максимальных значений, или среднее значение нескольких максимальных значений.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что

- в качестве оценки доли преобразователей различают между высокой и низкой долями преобразователей, и

- долю преобразователей оценивают как высокую, если максимальное значение (409, 410), сумма нескольких максимальных значений или среднее значение нескольких максимальных значений лежит ниже заданного опорного значения.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что подаваемую мощность изменяют посредством регулирования мощности в зависимости от отклонения частоты и/или градиента частоты, и регулирование мощности зависит от оцененной доли преобразователей, в частности,

- система регулирования мощности имеет коэффициент (K) усиления регулятора и/или постоянную времени регулятора, и коэффициент (K) усиления регулятора и, соответственно, постоянная времени регулятора зависят от оцененной доли преобразователей, в частности,

- коэффициент (K) усиления регулятора выбирают тем большим или, соответственно, постоянную времени регулятора выбирают тем меньшей, чем больше оцененная доля преобразователей, или

- в случае, если доля преобразователей была оценена как высокая, переключаются на регулятор мощности с бόльшим усилением и/или меньшей постоянной времени регулятора, чем если бы доля преобразователей была оценена как низкая.

17. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что в зависимости от оцененной доли преобразователей из заранее подготовленного количества различных регуляторов мощности выбирают один регулятор мощности, причем подготовленное количество различных регуляторов мощности имеет различные конструкции регуляторов и/или различные характеристические кривые частота/мощность.

18. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что в зависимости от оцененной доли преобразователей применяют регулирование мощности в режиме источника напряжения или их долю устанавливают по регулированию подаваемой мощности путем взвешивания.

19. Способ по любому из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что в зависимости от оцененной доли преобразователей применяют регулирование мощности с виртуальной инерционной массой или их долю устанавливают по регулированию подаваемой мощности путем взвешивания.

20. Управляемое преобразователями устройство (300) подачи, в частности ветроэнергетическая установка (100) или ветропарк (112) для подачи электрической мощности в сеть (320) электроснабжения, имеющую напряжение (U) сети с частотой (f) сети, имеющей номинальную частоту сети, содержащее

- средство подачи для подачи питающего тока (I) в виде переменного электрического тока (I) с частотой (f), фазой (φ) и с питающим напряжением (U),

- управляющее устройство для регулировки по меньшей мере одной из величин из списка:

- частоты (f) питающего тока (I),

- фазы (φ) питающего тока (I),

- подаваемой мощности и

- питающего напряжения (U),

- оценочное устройство (316), предназначенное для оценки доли преобразователей на участке сети (320) электроснабжения, причем

- долей преобразователей обозначается отношение мощности, посредством преобразователей, ко всей подаваемой мощности, и

- устройство (322) адаптации для корректировки управления подачей электрической мощности в зависимости от оцененной доли преобразователей.

21. Управляемое преобразователями устройство (300) подачи по п. 20, отличающееся тем, что оно предназначено и, в частности, управляющее устройство и/или устройство (322) адаптации предназначены для осуществления способа по любому из пп. 1-19.