Данное изобретение касается способа подачи электрической мощности в точке подключения к сети в сеть электроснабжения с помощью управляемого преобразователем генераторного блока, в частности, посредством ветроэнергетической установки. Кроме того, данное изобретение касается ветроэнергетической системы, в частности, ветроэнергетической установки или ветропарка для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения.
Известна подача электрической мощности в сеть электроснабжения с помощью управляемого преобразователем генераторного блока. Такими управляемыми преобразователем генераторными блоками являются, в частности, ветроэнергетические установки или ветропарки. Однако к ним в качестве примера могут быть отнесены, например, и фотоэлектрические энергетические установки.
Доля таких управляемых преобразователем генераторных блоков в сети электроснабжения, которая в дальнейшем упрощенно называется сетью, возрастает, и тем самым может также меняться структура и поведение сети, подчас значительно. Управляемые преобразователем генераторные блоки, т.е. генераторные блоки, которые подают энергию в сеть электроснабжения посредством частотного преобразователя или частотного инвертора, в настоящее время являются наиболее быстро регулирующими блоками управления в сети. Они могут, например, очень быстро и контролируемо реагировать на изменения частоты или изменения напряжения, или на технические требования, при этом такого рода реакция может задаваться, по существу, путем соответствующего программирования или регулировки. Это в свою очередь может вести к тому, что каждый управляемый преобразователем генераторный блок реагирует индивидуально и при этом быстро.
Таким образом, такие управляемые преобразователем генераторные блоки значительно отличаются от мощных электростанций, которые подают энергию в сеть с помощью непосредственно подключенных синхронных генераторов. Такие непосредственно подключенные синхронные генераторы отличаются скорее стабильным поведением, по существу, заданным физикой синхронного генератора. Быстрая реакция в принципе является ожидаемой лишь в той мере, в какой она обусловлена физикой синхронного генератора.
Кроме того, эти управляемые преобразователем генераторные блоки большей частью устанавливаются децентрализовано, т.е. географически они распределены по области сети. Таким образом, отдельные регулирующие воздействия генераторных блоков тоже распределены по сети. Для некоторых мер по управлению и коммутации в сети может быть важным, чтобы поведение сети при этом было хорошо известным, в частности, могли надежно задаваться. Особенно это важно в случае восстановления сети, когда подключаются друг с другом части сети.
Благодаря более высокой доле управляемых преобразователем генераторных блоков при этом получаются измененное поведение сети. В ответ на это реакция может осуществляться при необходимости за счет того, что измененная таким образом сеть снова анализируется. При необходимости регулирующие воздействия можно также предварительно задавать этим управляемым преобразователем генераторным блокам.
Однако проблемой остается то, что с учетом системных факторов управляемые преобразователем генераторные блоки ведут себя иначе, чем синхронные генераторы, непосредственно связанные с сетью. Тот факт, что такие управляемые преобразователем генераторные блоки установлены большей частью децентрализованно, не может быть изменен. В результате сеть за счет высокой доли управляемых преобразователем генераторных блоков тем самым превращается в сеть с меньшей долей управляемых преобразователем генераторных блоков.
Немецкое патентное ведомство при проведении информационного поиска по приоритетной заявке выявило следующий уровень техники: DE 762 134 A, DE 32 36 071 A1, DE 10 2005 026 062 A1, DE 10 2013 207 264 A1, 2014 214 151 A1, DE 10 2015 203 367 A1 и US 2015/0260159 A1.
В основе данного изобретения, таким образом, лежит задача решения по меньшей мере одной из вышеназванных проблем. В частности, должно быть предложено решение, которое при воздействиях на сеть, в частности, при соединении частей сети во время восстановления сети делает возможной стабилизацию сети даже при высокой доле управляемых преобразователем генераторных блоков в сети. По меньшей мере должно быть предложено одно решение, альтернативное известным до сих пор решениям.
Согласно изобретению, предлагается способ согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. В соответствии с этим предусмотрен способ подачи электрической мощности в точке подключения к сети в эту сеть электроснабжения посредством управляемого преобразователем генераторного блока. Указанная сеть электроснабжения при этом имеет частоту сети.
При этом подача электрической мощности предусмотрена в зависимости от управляющей функции, причем эта электрическая мощность может содержать активную и реактивную мощность. Таким образом, предлагается подавать в сеть активную и/или реактивную мощность в зависимости от управляющей функции. В частности, возможно, что эта управляющая функция создает взаимосвязь между подаваемой мощностью и состоянием в сети электроснабжения. Таким состоянием сети электроснабжения может быть высота напряжения, изменение напряжения, уровень частоты, изменение частоты или же сигнал оператора сети, который может указывать, например, требуемую мощность или избыточное предложение мощности (приведено в качестве примера).
Предлагается, чтобы в качестве управляющей функции можно было выбирать между функцией нормального управления и по меньшей мере одной функцией управления с поддержанием частоты (Frequenzhaltesteuerfunktion), отличной от функции нормального управления. Функция нормального управления выбирается в том случае, если было установлено, что сеть электроснабжения работает в нормальном состоянии. Таким нормальным состоянием является при этом состояние сети электроснабжения, в котором управляемые преобразователем генераторные блоки, а также другие генераторные блоки в сети электроснабжения, по существу, работают так, что они подают в сеть электрическую мощность для снабжения потребителей, без необходимости учета таких особенностей, как восстановление сети. В нормальном состоянии, однако тоже могут возникать колебания частоты сети или колебания напряжения в сети электроснабжения, даже в такой мере, что указанные управляемые преобразователем генераторные блоки должны на них реагировать. Функция нормального управления может, тем самым, содержать также реакцию, например, на увеличение частоты сети в виде снижения подаваемой активной мощности (названо в качестве примера).
Указанная функция управления с поддержанием частоты выбирается тогда, когда имеется или готовится рабочее состояние с установившейся частотой (Frequenzruhe). Такое рабочее состояние с установившейся частотой представляет собой рабочее состояние сети электроснабжения, при котором эта частота сети держится на постоянном значении. В принципе это может происходить также и на участке сети, который не является или в данный момент не является частью сети электроснабжения. В принципе это рабочее состояние с установившейся частотой является, однако, рабочим состоянием сети электроснабжения.
Такое рабочее состояние с установившейся частотой может при этом заранее задаваться оператором сети электроснабжения, который называется также оператором сети, или другим центральным управляющим блоком. Оператор сети может также в случае подготовки запланированной им ситуации, в которой ему требуется рабочее состояние с установившейся частотой, подавать соответствующую информацию на управляемый преобразователем генераторный блок. Благодаря этому он может также уже при подготовке такого рабочего состояния выбирать функцию управления с поддержанием частоты.
Рабочее состояние с установившейся частотой является при этом рабочим состоянием, при котором частота сети должна удерживаться на постоянном значении. В принципе, естественно, всегда следует предусматривать для сети электроснабжения, по существу, постоянную частоту сети, которая, однако, может колебаться в определенных границах, и такое колебание допускается. В частности, управляемые преобразователем генераторные блоки, особенно если они могут работать в так называемом параллельном режиме работы, обычно подстраиваются под эту частоту. Это означает, что они определяют частоту сети и помимо этого постоянно определяют также соответствующую фазу и подгоняют свою мощность с соответствующей частотой и фазой для подачи в сеть. Это поведение является также поведением при функции нормального управления. И если требуются это поведение, то в этом смысле имеет место нормальное состояние.
В рабочем состоянии с установившейся частотой вместо этого частота сети должна, однако, поддерживаться на постоянном значении, и это может означать, что управляемый преобразователем генераторный блок тоже не пытается следовать за непрерывно определяемой частотой сети, но пытается подавать энергию в сеть с фиксированным значением частоты, или по меньшей мере требует особенно высоких затрат на поддержание частоты. В отличие от этого, нормальным состоянием может называться, по существу, любое рабочее состояние, которое не касается рабочего состояния с установившейся частотой.
Предпочтительно предлагается, чтобы функция управления с поддержанием частоты управляла мощностью по меньшей мере в зависимости от частоты сети электроснабжения таким образом, что частота сети будет поддерживаться, причем эта функция управления с поддержанием частоты образуется и/или параметрируется так, что она поддерживает частоту сети сильнее, чем функция нормального управления поддерживает эту частоту сети.
Указанная функция нормального управления как уже было упомянуто выше, может иметь регулирование, соответственно, управление, зависящее от частоты, как, например, зависящее от частоты управление мощностью, причем в дальнейшем в принципе управление или управляющая функция может содержать также регулирование, соответственно, функцию регулирования. Такое управление предусматривает, тем самым, реакцию для изменения частоты сети, которая должна противодействовать этому изменению частоты. Одним важным примером этого является уменьшение подаваемой мощности при повышении частоты, а при снижении частоты – повышение подаваемой мощности. Это противодействует определенному изменению частоты или измеренному слишком высокому или слишком низкому значению частоты. Это обычно предусмотрено уже для функции нормального управления.
Для функции управления с поддержанием частоты предусматривается, что эта характеристика управления выбирается еще более сильной. В простейшем случае это может означать повышение коэффициента усиления или, соответственно, повышение крутизны статической характеристики регулирования. Если, например, при функции нормального управления для падения частоты в 0,1% предусмотрено повышение мощности в 5%, то при функции управления с поддержанием частоты для этого может быть предусмотрено повышение подаваемой мощности на 20% (приведен пример для наглядности).
Однако, возможно также, что такая зависящая от частоты управляющая функция, а именно управляющая функция для поддержания частоты сети в принципе работает совсем иначе. Например, при функции нормального управления может быть предусмотрена зона нечувствительности, в которой для незначительных отклонений частоты сети от номинальной частоты сети не предусмотрено вообще никакой реакции, тогда как для функции управления с поддержанием частоты может быть предусмотрено вмешательство при любом изменении частоты. Для функции управления с поддержанием частоты может быть также предусмотрено для стабилизации частоты брать за основу текущее, или задаваемое извне значение частоты, которое может отклоняться от номинальной частоты сети (приведено в качестве еще одного примера).
В частности, первоочередной задачей регулирования – и не только для этого варианта выполнения – у функции управления с поддержанием частоты является поддержание частоты сети на постоянном значении.
Выбор функции управления с поддержанием частоты может также означать или, соответственно, функция управления с поддержанием частоты может означать, что другие зависящие от состояния сети виды управления ослабляются или даже на короткое время приостанавливаются. Например, функция нормального управления может также предусмотреть зависящую от напряжения подачу в сеть реактивной энергии, причем реактивная мощность в зависимости от напряжения подается в точке подключения к сети или, соответственно, изменяется. Для функции управления с поддержанием частоты может быть предусмотрено, что такая зависящая от напряжения подача в сеть реактивной энергии приостанавливается. Благодаря этому может гарантироваться, что вся управляемость управляемого преобразователем генераторного блока предоставляется для стабилизации частоты. В частности, способность управляющего воздействия каждого управляемого преобразователем генераторного блока может быть ограничена амплитудой, в смысле действующего значения, подаваемого тока. Посредством подачи в сеть реактивной энергии и, тем самым, подачи реактивного тока может быть ограничена возможная доля активного тока, что в результате ограничивает также и активную мощность. Это можно обойти во время функции управления с поддержанием частоты, поскольку в данный момент можно отказаться от подачи в сеть реактивной энергии, и весь подаваемый в сеть ток может быть активным током (указано в качестве примера).
Такая функция управления с поддержанием частоты, соответственно, такое рабочее состояние с установившейся частотой требуется, в частности, для совместного включения двух отдельных частей сети электроснабжения. Когда обе эти части сети подключаются совместно, особенно важным является то, чтобы они в таком случае имели одну и ту же частоту сети. При этом такой процесс совместного включения двух таких участков сети является сравнительно коротким. Таким образом, может быть достаточно отказаться от необходимых в противном случае устройств управления сетью электроснабжения или, соответственно, отодвинуть их на второй план, а для краткого процесса совместного включения обоих отдельных участков сети в первую очередь следует предусмотреть стабилизацию частоты. Управляемые преобразователем генераторные блоки могут усилить это благодаря предлагаемому решению. Эта поддержка будет, естественно, особенно эффективной за счет того, что максимально много и максимально мощных управляемых преобразователем генераторных блоков работают, как предложено, в соответствующей области сети электроснабжения.
Было установлено также, что эта стабилизация частоты сети может быть обеспечена не только за счет сравнительно инерционно работающих мощных электростанций, т.е. может обеспечиваться непосредственное подключение синхронных генераторов, но и что вместо этого в готовность быстрого регулирования большой вклад могут вносить управляемые преобразователем генераторные блоки за счет соответствующей параметризации, соответственно, за счет выбора соответствующей функции управления с поддержанием частоты. Для этого используемые, хотя и распределенные децентрализованно управляемые преобразователем генераторные блоки не нуждаются в детально координированном управлении. Может быть достаточно того, чтобы эти управляемые преобразователем генераторные блоки переключались на рекомендуемые характеристики управления, согласованные с рабочим состоянием с установившейся частотой.
Согласно одному варианту выполнения предлагается, чтобы функция управления с поддержанием частоты включала в себя эмуляцию поведения синхронной машины с виртуальной вращающейся инерционной массой с моментом инерции. Для этого предлагается, чтобы мощность подавалась с частотой, которая задается пропорционально частоте вращения указанной виртуальной вращающейся инерционной массы. Предпочтительно этот виртуальный момент инерции является регулируемым. В частности, вращающаяся инерционная масса в непосредственно подключенной синхронной машине является основой сравнительно инерционного поведения этой синхронной машины и тем самым сравнительно инерционного поведения подаваемой частоты, вырабатываемой этой синхронной машиной.
Эта взаимосвязь здесь взята за основу, причем вместо фактически вращающейся инерционной массы выбирается виртуально вращающаяся инерционная масса с виртуальным моментом инерции. Для этого, например, в вычислительной программе вращающий момент, который может быть пропорционален разности мощностей, может непрерывно объединяться с частотой. Указанная разность мощностей может соответствовать изменению подаваемой мощности.
Таким образом, зависящее от крутящего момента изменение частоты зависит от постоянной времени интегрирования, и это соответствует инверсии виртуального момента инерции. Чем больше выбран виртуальный момент инерции, тем меньше постоянная времени интегрирования, и тем меньше или медленнее изменяется частота. Чем большим выбран этот виртуальный момент инерции, тем меньше будет постоянная времени интегрирования, и тем меньше или медленнее меняется частота. Благодаря этому может, таким образом, обеспечиваться поддержание постоянства частоты. В частности, при этом указанная мощность подается в сеть с частотой, которая задается частотой вращения виртуальной инерционной массы. Таким образом, здесь не мощность просто следует своей частотой за частотой в сети, а указанная частота, с которой мощность подается в сеть, может по меньшей мере частично удерживаться на своем значении.
Предпочтительно виртуальный момент инерции может регулироваться, и для функции управления с поддержанием частоты устанавливается больший виртуальный момент инерции, чем для функции нормального управления. При этом следует учитывать, что благодаря такой по меньшей мере частичной фиксации частоты при подаче мощности в сеть, эта мощность может меняться и тем самым может оказывать влияние на виртуальную частоту вращения, и таким образом на подаваемую частоту. Если этот виртуальный момент инерции имеет небольшое значение, то частота поддерживается лишь слабо, что в результате ведет к хорошему слежению за частотой, что предусмотрено в нормальном состоянии или, соответственно, что может соответствовать поведению при функции нормального управления. За счет увеличения виртуального момента инерции, особенно за счет значительного увеличения виртуального момента инерции частота удерживается сильнее, и она может при этом поддерживаться настолько сильно, что эта фиксация частоты доминирует, и тем самым достигается сильная стабилизация частоты.
Предпочтительно виртуальный момент инерции функции управления с поддержанием частоты по меньшей мере в два раза больше по сравнению со функцией нормального управления. Предпочтительно он по меньшей мере в пять раз больше и, в частности, предлагается, что он по меньшей мере в 10 раз больше. Таким образом, предлагаются такие значительные увеличения виртуального момента инерции, благодаря чему стабилизация частоты становится доминирующей. Вследствие этого рабочее состояние с установившейся частотой может хорошо поддерживаться.
Согласно одному варианту выполнения предлагается, чтобы для подачи мощности в сеть подавался ток с частотой и фазой, причем частота и опционально фаза подаваемого тока задается посредством виртуальной массы, вращающейся с виртуальной частотой вращения ωv, причем вращающаяся виртуальная масса имеет регулируемый виртуальный момент инерции Jv, так что в этой вращающейся массе накапливается виртуальная кинетическая энергия Ev согласно формуле:
Ev=1/2∙Jv ωv2 ,
причем частота f подаваемого тока пропорциональна виртуальной частоте вращения ωv, в частности, с зависимостью: ωv=2πf, и
виртуальная кинетическая энергия изменяется в зависимости от отклонения мощности, причем это отклонение мощности выражает превышение подаваемой активной мощности над начальной активной мощностью или над предварительно заданной активной мощностью, и
указанное изменение виртуальной кинетической энергии происходит, в частности, так, что
она изменяется на интегрированное по времени отклонение мощности и при этом соответственно изменяется ее виртуальная частота вращения, а именно согласно формуле Ev=1/2∙Jv ωv2.
Таким образом, этот вариант выполнения представляет собой возможность устанавливать подаваемую частоту в зависимости от вращающейся виртуальной массы и, соответственно, подавать мощность с соответствующей частотой. При этом отклонение мощности ведет к изменению виртуальной кинетической энергии, вследствие чего может получиться изменение частоты вращения и, тем самым, подаваемой частоты. При этом инерционность такого изменения частоты может регулироваться, поскольку виртуальный момент инерции регулируется. Чем большим он выбирается, тем более инерционной является эта система, и тем более сильно поддерживается частота.
Согласно одному варианту выполнения предлагается определять фактическое значение частоты, в частности, в точке подключения к сети,
отклонение частоты определяется как отклонение этого определенного фактического значения частоты от опорной частоты,
указанная функция управления с поддержанием частоты задает подаваемую мощность, в частности, активную мощность в зависимости от отклонения частоты посредством функции регулятора с регулируемым коэффициентом усиления регулятора, и
коэффициент усиления регулятора задается так, что частота сети поддерживается сильнее, чем за счет применения функции нормального управления.
Согласно этому варианту выполнения первоочередная цель регулирования, заключающаяся в поддержании частоты сети на максимально постоянном значении, реализуется путем соответствующей регулировки коэффициента усиления регулятора. При этом имеет место подача мощности в зависимости от отклонения частоты. Эта зависимость реализуется посредством функции регулятора с устанавливаемым коэффициентом усиления регулятора. Для функции управления с поддержанием частоты соответственно по модулю выбирается очень большой коэффициент усиления регулятора, так что уже при небольшом отклонении частоты вызывается большое изменение подачи в сеть активной мощности.
В частности, здесь предусмотрено, чтобы функция управления с поддержанием частоты и функция нормального управления реализовали одну и ту же функцию регулятора, с помощью которой подаваемая мощность задается в зависимости от отклонения частоты. При функции управления с поддержанием частоты при этом, однако, коэффициент усиления регулятора по модулю больше, в частности, значительно больше, чем при функции нормального управления, и/или временная константа регулятора меньше, в частности, значительно меньше, чем при функции нормального управления. Таким образом, просто посредством регулировки этого коэффициента усиления регулятора может быть улучшена стабилизация частоты, в частности, за счет этого она благодаря соответственно сильно измененному коэффициенту усиления регулятора может быть сделана первоочередной целью регулирования.
Предпочтительно предусмотрено, что функция нормального управления тоже задает подаваемую мощность, в частности, активную мощность в зависимости от отклонения частоты через функцию регулятора с регулируемым коэффициентом усиления регулятора, причем этот коэффициент усиления регулятора при управлении с поддержанием частоты устанавливается по меньшей мере на 2–кратное, предпочтительно по меньшей мере на 5–кратное и в частности, по меньшей мере на 10–кратное значение по сравнению с функцией нормального управления.
Согласно одному варианту выполнения для функции управления с поддержанием частоты предлагается интегральная составляющая в регуляторе, чтобы обеспечить стационарную точность. Если уже при функции нормального управления имеется интегральная составляющая, то для функции управления с поддержанием частоты предлагается увеличить эту интегральную составляющую, в частности, по меньшей мере удвоить.
Для такого управления с поддержанием частоты предусмотрено, тем самым, по меньшей мере удвоенное значение коэффициента усиления регулятора, в частности, по меньшей мере 5–кратное и, в частности, по меньшей мере 10–кратное. Благодаря этому коэффициент усиления регулятора при управлении с поддержанием частоты значительно повышается по сравнению с коэффициентом усиления регулятора при функции нормального управления. Сообразно с этим коэффициент усиления регулятора должен значительно повыситься.
Согласно следующему варианту выполнения предлагается применять управление с поддержанием частоты только для заранее определенного периода установившейся частоты (Frequenzruhezeitraum), и это заранее определенный период установившейся частоты составляет менее 1 мин, предпочтительно менее 30 сек и, в частности, менее 15 сек.
Управление с поддержанием частоты предусматривается, таким образом, только для очень короткого отрезка времени, а именно, в частности, менее одной минуты, менее 30 сек или даже менее 15 сек. За счет этого, в частности, может поддерживаться описанная коммутационная операция и, соответственно, сеть во время такой коммутационной операции. Благодаря тому, что эта функция управления с поддержанием частоты применяется лишь кратковременно, то можно выдержать очень существенные затраты для поддержания постоянной частоты, которая является основной целью регулирования в течение этого короткого периода времени. В частности, при необходимости можно также использовать большие количества энергии, например, из инерционной массы, в частности аэродинамического ротора ветроэнергетической установки или, соответственно, нескольких ветроэнергетических установок в случае ветропарка. Такая кинетическая энергия инерционной массы может быть быстро израсходована, однако, ее может оказаться достаточно на указанный короткий промежуток времени, в который требуется эта внешняя функция регулирования.
Предпочтительно предлагается также, чтобы указанный управляемый преобразователем генераторный блок содержал по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку с аэродинамическим ротором или являлся такой установкой; управление с поддержанием частоты для поддержания частоты сети использует больше мощности, чем функция нормального управления, так что для периода установившейся частоты дополнительная мощность может подаваться в электрическую сеть, или из нее может также отбираться дополнительная мощность, или ее часть из кинетической энергии ротора, или в форме кинетической энергии запасаться в роторе.
За счет этого используется энергия инерционной массы аэродинамического ротора ветроэнергетической установки или, соответственно, нескольких ветроэнергетических установок в случае ветропарка и тем самым значительно повышается потенциал энергии, предоставляемой для управления с поддержанием частоты. В частности, благодаря этому можно также предоставлять возможно требуемую поддерживающую мощность (Stützleistung), которая выходит за уровень мощности, получаемой в данный момент из ветра.
Предпочтительно предусмотрено, что при переключении со функции нормального управления на функцию управления с поддержанием частоты актуальное в данный момент значение определенной частоты сети или среднее значение определяемой частоты выбирается в качестве заданного значения частоты, в частности, выбранное таким образом заданное значение частоты устанавливается в качестве постоянного значения на весь период установившейся частоты, и, в частности, в течение всего периода установившейся частоты с функцией управления с поддержанием частоты корректируется на это заданное значение частоты.
Таким образом, здесь предлагается, определенное в конкретный момент значение частоты, что может также включать в себя среднее значение частоты или иначе отфильтрованное значение частоты, принять за основное значение в течение периода первоочередной стабилизации частоты. Такое регулирование стремится поддерживать это значение частоты и благодаря этому может обеспечить стабилизацию частоты сети. В частности, здесь используется определяемая частота сети в точке подключения к сети. В любом случае гарантируется, что текущая частота, по существу, удерживается на своем текущем значении. В частности, посредством сигнала от оператора сети, или иным сигналом может произойти переключение на функцию управления с поддержанием частоты, и благодаря этому поддерживается актуальная в данный момент частота.
В частности, это предложение эффективно в том случае, если такое регулирование осуществляется максимально большим количеством, в идеале всеми управляемыми преобразователем блоками подачи питания рассматриваемого участка сети. В этом случае частота может удерживаться на этом последнем значении. В частности, в том случае, в котором рассматриваемая часть сети, к которой также подключен рассматриваемый управляемый преобразователем блок подачи питания, не содержит никакого непосредственно подключенного синхронного генератора, благодаря этому все используемые управляемые преобразователем блоки подачи питания могут регулироваться на одно и то же подлежащее корректировке значение частоты. Для этого не требуется никакого общего заданного значения, которое переносится на все рассматриваемые управляемые статическим преобразователем блоки подачи питания, а лишь один общий временной сигнал для запуска. Соответственно, предпочтительно предлагается также, чтобы центральный блок управления посылал общий сигнал запуска на несколько управляемых преобразователем генераторных блоков.
Благодаря тому, что это значение частоты устанавливается на весь промежуток времени предусмотренной стабилизации частоты, получается единое стабильное заданное значение частоты в качестве заданного значения регулируемой величины для всех рассматриваемых управляемых преобразователем генераторных блоков.
Предпочтительно указанная сеть электроснабжения разделена на части сети, и функция управления с поддержанием частоты выбирается в том случае, когда эти части сети должны соединяться. В частности, для такого случая соединения этих частей сети, что может быть релевантным, в частности, в случае восстановления сети, частота тоже устанавливается посредством управляемых преобразователем генераторных блоков, и обе части сети могут соединяться при максимально постоянной частоте.
Согласно следующему варианту выполнения предлагается дополнительно предусмотреть функцию управления с согласованием частоты (Frequenzanpasssteuerfunktion), чтобы частоту одной части сети или, соответственно, одной из частей сети согласовать с частотой второй части сети или, соответственно, второй из частей сети, и при подготовке рабочего состояния с установившейся частотой сначала после функции нормального управления выбирается указанная функция управления с согласованием частоты, чтобы осуществить указанное согласование частот, а затем, когда эти частоты согласованы, следует выбрать функцию управления с поддержанием частоты.
Таким образом, предусмотрена функция управления с согласованием частоты. Эта функция управления с согласованием частоты должна по меньшей мере согласовать частоту одной части сети с частотой другой части сети. Предпочтительно такая функция управления с согласованием частоты предусмотрена в каждой из частей сети, так что они взаимно приближаются. Однако, для указанного управления управляемым преобразователем генераторным блоком это означает, что частота того участка части сети, к которому генераторный блок подключен, должна быть согласована с частотой другой части сети, а именной той части сети, к которой этот участок должен быть подключен.
Указанная функция управления с согласованием частоты может, например, работать так, что она получает значение частоты от другой части сети, или что обе части сети получают общий частотный сигнал от ответственного за обе части сети оператора сети. Тем самым, функция управления с согласованием частоты, в частности, предусмотрена тогда, когда частоты обеих подлежащих соединению частей сети в данный момент не идентичны. В таком случае предпочтительно выбирается значение частоты между текущими значениями частот обеих частей сети. Возможно также предусмотреть другую частоту в качестве запланированной частоты, например, номинальную частоту. Номинальную частоту сети, однако, выбирать не нужно, если, например, частоты обеих частей сети лежат значительно ниже этой номинальной частоты сети. Указанная функция управления с согласованием частоты может, тем самым, отличаться, например, от функции нормального управления и функции управления с поддержанием частоты тем, что она получает заданное внешнее значение частоты, которое в свою очередь не соответствует текущему значению частоты сети.
Таким образом, управляемый преобразователем генераторный блок сначала эксплуатируется в нормальном состоянии. Затем должно предприниматься соединение двух частей сети, и в таком случае сначала выбирается функция управления с согласованием частоты, чтобы согласовать частоты обеих частей сети. Если это успешно удалось выполнить, то, наконец, может выбираться функция управления с поддержанием частоты.
Предпочтительно предлагается, чтобы после выбора функции управления с поддержанием частоты по меньшей мере обе части сети были соединены друг с другом и, в частности, автоматически осуществлялись следующие этапы по подготовке рабочего состояния с установившейся частотой: сначала после функции нормального управления выбрать функцию управления с согласованием частоты, затем, когда эти частоты согласованы, выбрать функцию управления с поддержанием частоты, и опционально после выбора функции управления с поддержанием частоты соединить по меньшей мере указанные две части сети друг с другом.
После того, как функция управления с поддержанием частоты была выбрана, обе части сети могут быть соединены. Это тоже должно происходить максимально быстро, чтобы указанная функция управления с поддержанием частоты не была активной слишком долго.
Для обеспечения быстрого процесса предлагается, тем самым, осуществлять указанные этапы автоматизированно. И в конце концов, с помощью компьютера могут оцениваться основополагающие критерии. Предпочтительно такое автоматическое управление осуществляется посредством центрального управления, например, оператором сети. Таким образом, предлагается центральное управление, которое ответственно за несколько управляемых преобразователем генераторных блоков. В частности, координационные затраты и необходимость в передаче данных от такого центрального управляющего блока к отдельным управляемым преобразователем генераторным блокам сравнительно невелики. В принципе такой центральный управляющий блок нуждается только в задании соответствующих переключающих сигналов, а именно сначала переключающий сигнал для переключения со функции нормального управления на функцию управления с согласованием частоты, затем с функции управления с согласованием частоты на функцию управления с поддержанием частоты и, наконец, он может выдать сигнал для соединения частей сети или, соответственно, сам произвести затем это соединение.
Таким образом, предпочтительно соединение или повторное соединение двух разделенных частей сети возможно даже при большом количестве управляемых преобразователем генераторных блоков.
В частности, поскольку управляемые преобразователем генераторные блоки, как правило, располагают несколькими управляющими функциями и управляющими устройствами, которые часто могут управляться извне, или могут по меньшей мере получать извне информацию, такой процесс соединения частей сети может при этом успешно осуществляться автоматически.
Согласно одному варианту выполнения предлагается задавать переходную функцию для задания или управления изменением с функции управления с поддержанием частоты на функцию нормального управления, и/или со функции нормального управления на функцию управления с поддержанием частоты, причем предпочтительно эта переходная функция каждый раз для изменения регулировок, в частности, параметров задает соответствующую временную характеристику, так что указанные регулировки, соответственно, параметры могут изменяться по этой временной характеристике. В соответствии с этим предложением можно обеспечить, что рассматриваемые регулировки сети могут точно следовать за указанными изменениями.
В частности, было установлено, что после соединения двух разделенных участков сети указанная функция управления с поддержанием частоты хотя больше и не требуется, поскольку частота больше не должна поддерживаться в особой мере, однако прямо после соединения сеть еще может быть подвержена помехам, и жесткое переключение с функции управления с поддержанием частоты обратно на функция нормального управления может угрожать стабильности сети. Благодаря переходной функции может задаваться переход, чтобы избежать этой жесткой коммутации.
Однако, такая переходная функция предпочтительна и для смены функции нормального управления на функцию управления с поддержанием частоты. К этому моменту сеть работает довольно стабильно, однако, для подготовляемой установившейся частоты нежелательны даже небольшие колебания. Указанная переходная функция может, тем самым, применяться в обоих направлениях, причем она предпочтительно параметрируется по–разному в зависимости от направления изменения.
Для изменения регулировок, в частности изменения параметров, задается предпочтительно по одной временной характеристике, так что эти регулировки, соответственно, параметры изменяются соответственно одной такой характеристике. Благодаря этому может задаваться их изменение, и можно избежать скачков. Такая временная характеристика показывает изменение во времени соответствующего значения регулировки, соответственно, параметра.
В принципе переходная функция по смыслу может применяться для перехода с функции нормального управления на функцию управления с согласованием частоты.
Предпочтительно указанный способ характеризуется тем, что переходная функция для изменения задает временной промежуток перехода, причем этот промежуток времени предпочтительно лежит в диапазоне от 1 до 10 сек, в частности, от 2 до 5 сек,
и в этом временном диапазоне перехода регулировки, по меньшей мере параметры, отличающиеся между функцией управления с поддержанием частоты и функцией нормального управления, изменяются постоянно, предпочтительно строго монотонно, в частности, линейно соответственно от своего соответствующего значения при функции управления с поддержанием частоты до своего соответствующего значения при функции нормального управления и, соответственно, наоборот, и/или
что на этот временной промежуток перехода для изменений значений отдачи реактивной мощности и/или значений отдачи активной мощности n-управляемого преобразователем генераторного блока задаются предельные градиенты, так что значения отдачи реактивной мощности и/или значения отдачи активной мощности изменяются по модулю максимум так быстро, что указанные предельные градиенты не превышаются.
Таким образом, предлагается, чтобы параметры от одного значения к другому изменялись, в частности, линейно. Возможно также и иное строго монотонноe изменение, например, по сплайн–функции с опорными положениями. Такое линейноe изменение или указанная в качестве примера сплайн–функция являются примерами временной характеристики.
В любом случае по меньшей мере не должно предприниматься никакого скачкообразного изменения. Однако, такое не скачкообразное, задаваемое переходной функцией изменение возможно и для других свойств, как и для различных структур. Структуры между функцией управления с поддержанием частоты и функцией нормального управления различаются, например, в том, что одна структура имеет интегральную составляющую, а другая не имеет ее, то эта интегральная составляющая может добавляться или, соответственно, удаляться с помощью переходного весового множителя, который изменяется от нуля до 1 или, соответственно, наоборот. Таким образом могут добавляться или, соответственно, убираться без жесткой коммутации в принципе любые структурные элементы.
Кроме того, или альтернативно предлагается ограничивать изменения реактивной мощности и/или изменения активной мощности. Это касается отдачи реактивной мощности, соответственно, отдачи активной мощности управляемого преобразователем генераторного блока, но это может касаться в принципе и приема реактивной мощности или приема активной мощности управляемым преобразователем генераторным блоком, т.е. отрицательной отдачи.
В частности, было установлено, что за счет функции управления с поддержанием частоты могут наступать большие изменения в отдаче реактивной мощности и/или отдаче активной мощности. В функции нормального управления эти значения снова скорректировались бы обратно, что могло бы привести к большим изменениям, которые могли бы быть настолько велики, что могли бы возникнуть проблемы со стабильностью. Это предотвращается путем задания предельных градиентов. Каждый предельный градиент показывает, тем самым, максимально допустимое изменение реактивной мощности, соответственно, активной мощности во времени. Значения этих предельных градиентов предпочтительно различны для отдачи реактивной мощности и отдачи активной мощности.
Однако, такие предельные градиенты могут быть целесообразны также и для смены функции нормального управления на функцию управления с поддержанием частоты, так как различные управляющие функции могут приводить к различным значениям отдачи реактивной мощности и/или значениям отдачи активной мощности, и тогда слишком быстроe изменение могло бы быть неблагоприятным для функции управления с поддержанием частоты.
Не скачкообразный переход свойств, как и задание предельных градиентов, могут также комбинироваться, например, таким образом, что оба предложения применяются одновременно. В идеальном случае посредством указанного не скачкообразного перехода эти предельные градиенты совсем не достигались бы и могли бы тогда действовать как дополнительная мера безопасности.
Предпочтительно предлагается также выбирать функцию управления с поддержанием частоты и опционально функцию нормального управления, и при необходимости функцию управления с согласованием частоты в зависимости от по меньшей мере одного внешнего запроса, в частности, от оператора сети, причем предпочтительно указанный генераторный блок через интерфейс, в частности интерфейс данных может принимать одно или несколько таких внешних запросов.
За счет этого возможна предпочтительная координация нескольких управляемых преобразователем генераторных блоков. Кроме того, оператор сети может, тем самым, использовать регулируемые таким образом, управляемые преобразователем генераторные блоки для управления своей сетью электроснабжения, в частности, он может при этом использовать их также для зачастую критичного соединения двух частей сети.
Согласно одному варианту выполнения предлагается при выборе функции поддержания частоты управляемый преобразователем генераторный блок переключать с режима источника тока (stromprägende Betrieb) на режим источника напряжения (spannungsprägende Betrieb), или по меньшей мере при использовании нескольких блоков преобразователей или блоков инверторов переключать по меньшей мере один или несколько из этих блоков преобразователей или блоков инверторов на режим источника напряжения.
Таким образом, предлагается для функции поддержания частоты предусмотреть режим источника напряжения или по меньшей мере эксплуатировать в режиме источника напряжения несколько преобразователей или инверторов.
В основе этого лежит идея, что режим источника напряжения может гораздо быстрее реагировать на отклонения мгновенных значений напряжения и, тем самым, может гораздо быстрее реагировать на малейшие отклонения частоты, которые проявляются именно в соответствующих отклонениях напряжения. Для этого не должен обязательно весь управляемый преобразователем генераторный блок переключаться в режим источника напряжения. Может быть предпочтительным уже то, если режим источника напряжения предусмотрен по меньшей мере частично или, соответственно, больше, чем при функции нормального управления. Даже если такой управляемый преобразователем генераторный блок содержит лишь одну ветроэнергетическую установку, то можно и в этой ветроэнергетической установке осуществлять переключение только некоторых из используемых преобразователей или инверторов в режим источника напряжения. То же справедливо и для ветропарка, если он образует такой управляемый преобразователем генераторный блок. В таком случае может быть предусмотрено, что некоторые из ветроэнергетических установок работают в режиме источника напряжения, или что также и там в каждой ветроэнергетической установке имеется несколько преобразователей или инверторов и, соответственно, в этих ветроэнергетических установках некоторые из преобразователей или инверторов переключены на режим источника напряжения.
Согласно изобретению, предлагается также ветроэнергетическая система. Такая ветроэнергетическая система может представлять собой ветроэнергетическую установку или ветропарк, содержащий несколько ветроэнергетических установок. Такая ветроэнергетическая система предназначена для того, чтобы в качестве управляемого преобразователем генераторного блока подавать электрическую мощность в точке подключения к сети в сеть электроснабжения, имеющую частоту сети. Эта ветроэнергетическая система содержит блок подачи питания для подачи электрической мощности в зависимости от управляющей функции, причем эта электрическая мощность может содержать активную и реактивную мощность, управляющий блок, в котором реализована управляющая функция и который предназначен для того, чтобы иметь возможность выбора в качестве управляющей функции между функцией нормального управления и по меньшей мере одной функцией управления с поддержанием частоты, отличной от функции нормального управления, причем этот управляющий блок предназначен для того, чтобы выбирать функцию нормального управления, если было установлено, что сеть электроснабжения работает в нормальном состоянии, и выбирать функцию управления с поддержанием частоты, если имеет место или готовится рабочее состояние с установившейся частотой, причем рабочее состояние с установившейся частотой, в частности, описывает рабочее состояние сети электроснабжения, в котором частоту сети необходимо поддерживать на постоянном значении.
В частности, таким образом, эта ветроэнергетическая система предназначена для того, чтобы применять или, соответственно, использовать по меньшей мере вышеописанный способ. Такая ветроэнергетическая система предпочтительно может также иметь аккумулирующее устройство для накопления электрической энергии. Такая электрическая энергия затем может при необходимости использоваться функцией управления с поддержанием частоты. В частности, этой функции управления с поддержанием частоты может кратковременно и краткосрочно потребоваться сравнительно большое количество энергии на то, чтобы реализовать ее задачу регулирования. В качестве первостепенной задачи регулирования здесь может быть названо поддержание частоты. Такой накопитель энергии требует соответственно также таких размеров, чтобы он мог предоставить энергию для функции поддержания частоты и, тем самым, также лишь на короткий период установившейся частоты. Предпочтительно такой накопитель энергии выполнен как батарея или блок батарей и может, тем самым, непосредственно запасать электрическую энергию.
Согласно одному варианту выполнения предлагается предусмотреть интерфейс, в частности, интерфейс данных, чтобы получать по меньшей мере один запрос на выбор управляющей функции. Таким образом, через этот интерфейс данных может получаться соответствующий сигнал, например, от оператора сети или от иного центрального управляющего блока.
Предпочтительно указанная ветроэнергетическая система предназначена для того, чтобы осуществлять способ согласно по меньшей мере одному вышеописанному варианту выполнения.
Ниже данное изобретение описывается более подробно на примерах выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах показано:
Фиг. 1 - ветроэнергетическая установка на виде в перспективе.
Фиг. 2 - ветропарк в схематичном представлении.
Фиг. 3 - схематично, два подлежащих соединению участка сети.
Фиг. 4 - пример различных управляющих функций.
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 как 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 показан фрагмент сети 300 электроснабжения. Сеть 300 электроснабжения по Фиг. 3 имеет по меньшей мере одну первую и одну вторую части 301 и, соответственно, 302 сети. Каждая часть 301 и 302 сети имеет несколько потребителей 304, обозначаемых как населенные пункты, а также ветропарки 306. В частности, потребители 304, как и ветропарки 306 могут различаться в деталях, чему здесь уделяется меньше внимания, так что здесь для всех потребителей 304 используется одно и то же ссылочное обозначение. То же относится и к ветропаркам 306, а также к трансформаторам 308, через которые энергия подается в сеть 300 электроснабжения, соответственно, в одну из этих частей 301, 302 сети и, соответственно, через которые потребителями 304 отбирается мощность из этой сети 300 электроснабжения, соответственно, из частей 301, 302 сети. Для первой части 301 сети представлена также еще мощная электростанция 310, которая точно так же подает энергию через трансформатор 308 в сеть 300 электроснабжения, здесь именно в первую часть 301 сети. Эта мощная электростанция 310 имеет при этом подключенный прямо к сети 300 электроснабжения, соответственно, к первой части 301 сети синхронный генератор 312, который здесь лишь обозначен.
На Фиг. 3 при этом показано состояние, при котором первая и вторая часть 301, 302 сети отделены друг от друга, что обозначено разомкнутым соединительным выключателем 314.
Соединительный выключатель 314 соединен с центральным управляющим блоком 316, а именно через канал 318 передачи данных, по которому может осуществляться двунаправленный обмен данными. В частности, соединительный выключатель 314 может передавать свое состояние на центральный управляющий блок 316, а именно, в частности, разомкнут он или замкнут. Центральный управляющий блок 316 может передавать на соединительный выключатель 314 по каналу 318 передачи данных команду на замыкание.
Центральный управляющий блок 316 соединен с ветропарками 306 посредством дополнительных каналов 318 передачи данных, которые здесь ради простоты снабжены одинаковыми ссылочными позициями. Ветропарки 306, таким образом, являются также репрезентативными для других управляемых преобразователем генераторных блоков. Для обмена данными помимо канала 318 передачи данных на каждом ветропарке 306 предусмотрена парковая ЭВМ 320. Для мощной электростанции 310 тоже предусмотрен канал 318 передачи данных, чтобы можно было обмениваться данными между центральным управляющим блоком 316 и этой мощной электростанцией 310.
Для того, чтобы теперь снова соединить указанные обе части 301 и 302 сети, указанный центральный управляющий блок 316 инициирует управление с согласованием частоты. Это может происходить, например, так, что команда на применение управления с согласованием частоты посылается только на ветропарки 306 второй части 302 сети, если первая часть 301 сети твердо управляется мощной электростанцией 310. Возможно также, что указанный центральный управляющий блок 316 для обеих частей 301 и 302 сети предусматривает применение управления с согласованием частоты. При необходимости можно передавать при этом и заданное значение частоты.
Если теперь обе частоты первой и второй частей 301, 302 сети уравнены, то это может быть сообщено, например, от ветропарков 306 на центральный управляющий блок 316, поскольку ветропарки 306 и без того постоянно определяют частоту. В этом случае центральный управляющий блок 316 может переслать на ветропарки 306 соответствующий сигнал о том, чтобы они теперь переключались в управление с поддержанием частоты.
Как только произведено такое переключение в управление с поддержанием частоты, указанный центральный управляющий блок 316 может отдать на соединительный выключатель 314 команду, связать, а именно соединить обе части 301 и 302 сети. Для этого соответственно символически представленный соединительный выключатель 314 замкнут. Естественно, эта сеть электроснабжения, включая соединительный выключатель 314, выполнена трехфазной, что здесь для простоты не показано.
Если теперь соединительный выключатель 314 замкнут, и указанные обе части 301 и 302 сети взаимодействуют в таком случае, по существу, стабильно как одна сеть, то можно снова переключиться обратно на функцию нормального управления. Это может также управляться с помощью центрального управляющего блока 316. Этот центральный управляющий блок 316 может для этого сначала собрать данные с ветропарков 306 и мощной электростанции 310. При необходимости, однако, центральный управляющий блок 316 располагает, например, собственным измерительным блоком, чтобы определять состояние сети 300 электроснабжения.
Однако если сеть 300 электроснабжения после соединения обеих частей 301 и 302 сети находится в стабильном состоянии, то центральный управляющий блок 316 может дать команду ветропаркам на переключение обратно на функцию нормального управления.
Одна возможность использования управления с поддержанием частоты по сравнению со стандартным управлением наглядно представлена на Фиг. 4. На Фиг. 4 показано зависящее от частоты регулирование мощности. Для этого представлены кривая 402 стандартного регулирования и кривая 404 регулирования с поддержанием частоты.
Кривая 402 стандартного регулирования предусмотрена для применения в качестве функции нормального управления или со функцией нормального управления. Кривая 402 стандартного регулирования имеет зону 406 нечувствительности, которая лежит равномерно вокруг номинальной частоты fN. Вне этой зоны 406 нечувствительности обе ветви кривой 402 стандартного регулирования поднимаются или, соответственно, падают со сравнительно слабым подъемом. Таким образом, если частота f находится вблизи номинальной частоты fN, то не подается никакой дополнительной активной мощности P или, соответственно, текущее значение подаваемой активной мощности не уменьшается.
Для кривой 404 регулирования с поддержанием частоты в этом примере предлагается, чтобы не было никакой зоны нечувствительности. Зависящее от частоты повышение мощности или уменьшение имеет место, тем самым, сразу при любом отклонении частоты.
Кроме того, установлено, что кривая 404 регулирования с поддержанием частоты по модулю имеет значительно больший подъем, чем кривая 402 стандартного регулирования. Таким образом, даже при отклонениях частоты в сеть подается сравнительно много активной мощности или, соответственно, дополняется по сравнению с текущим значением подаваемой активной мощности, или уменьшается. Если предусмотрено повышение активной мощности, то ее можно взять, например, из инерционной массы ротора ветроэнергетической установки, или использовать для этого накопитель энергии, в частности, батарею.
Кроме того, обозначены две стрелки 408 смещения, которые должны разъяснять, что кривая 404 регулирования с поддержанием частоты не обязательно должна пересекать ось частоты при номинальной частоте fN. Вместо этого в качестве базовой частоты, на которую нужно устанавливать, в качестве заданного значения частоты используется частота, имеющаяся в данный момент, если произошло переключение на функцию поддержания частоты.
Согласно изобретению, в качестве цели была названа реализация специального режима работы с синхронизацией сети ветроэнергетических установок или ветропарков. Для этого они могут достигать установившейся частоты или поддерживать ее.
При этом было установлено, что при восстановлении сети частота может сильно колебаться при подключении нагрузки и производителей. Таким образом, может иметь место необходимое состояние нестабильности частоты.
Было также установлено, что в том случае, если хотят соединить две сооруженных отдельных сети, т.е. хотят их для этого синхронизировать, то частота обеих частей сети должна быть уравнена. В частности, подключение производителей и потребителей в таком случае должно прерываться, и должна быть запрошена или, соответственно, задана установившаяся частота, причем эта частота должна постоянно поддерживаться.
Согласно одному варианту выполнения одной из отдельных сетей, которая должна быть соединена с другой частью сети электроснабжения, может быть ветропарк.
Была установлена еще одна проблема, состоящая в том, что в том случае, если сеть обладает очень небольшим мгновенным резервом, в частности, имеет мало вращающихся масс, то даже при небольших изменениях нагрузки частота колеблется, а синхронизация затрудняется.
В качестве решения предлагается:
- фиксация частоты в сети за короткий промежуток времени, практически одним нажатием кнопки.
- Для этого за короткий промежуток времени может эмулироваться очень большая инерционная масса, или может активироваться очень быстроe зависящее от частоты регулирование мощности. В частности, оно регулирует в положительном и в отрицательном направлении, и в качестве заданного значения частоты предлагается текущее фактическое значение частоты.
В качестве опции предлагаются функциональные возможности для согласования частот в подлежащих синхронизации частях сети. Одно предложение для этого состоит в согласовании мощностей в обеих частях сети. Таким образом, частоты должны быть уравнены, чтобы обеспечить общую запланированную частоту синхронизации, для чего может предлагаться такое изменение мощности в одной из частей сети, или в обеих из частей сети, чтобы рассматриваемая частота изменилась в направлении запланированной частоты синхронизации.
Предлагается также автоматическое ведение процесса, при котором последовательно отрабатываются следующие этапы: быстроe согласование частоты подлежащих соединению сетей, затем подключение отделенного участка сети или, соответственно, соединение указанных частей сети, а затем совместная эксплуатация этих соединенных частей сети.
Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – обеспечение возможности при воздействиях на сеть, в частности, при соединении частей сети во время восстановления сети, стабилизацию сети даже при высокой доле управляемых преобразователем генераторных блоков в сети. Данное изобретение касается способа подачи электрической мощности в точке подключения к сети (118) в сеть (120, 300) электроснабжения, имеющую частоту сети, посредством управляемого преобразователем генераторного блока (100), в частности, ветроэнергетической установки (100), причем способ включает в себя следующие этапы: подачу электрической мощности в зависимости от управляющей функции, причем электрическая мощность может содержать активную и реактивную мощность, и в качестве управляющей функции может делаться выбор между функцией нормального управления и по меньшей мере одной функцией управления с поддержанием частоты, отличной от функции нормального управления, и указанная функция нормального управления выбирается, если было установлено, что сеть (120, 300) электроснабжения работает в нормальном состоянии, а функция управления с поддержанием частоты выбирается, если имеет место или готовится рабочее состояние с установившейся частотой, причем рабочее состояние с установившейся частотой описывает рабочее состояние, в частности, сети (120, 300) электроснабжения, в котором частоту сети нужно поддерживать на постоянном значении. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Способ подачи электрической мощности в точке (118) подключения к сети в сеть (120, 300) электроснабжения, имеющую частоту сети, с помощью управляемого преобразователем генераторного блока (100), в частности, ветроэнергетической установки (100), включающий в себя следующие этапы:
- подачу электрической мощности в зависимости от управляющей функции, причем электрическая мощность может включать в себя активную и реактивную мощность, и
- в качестве управляющей функции можно выбирать между функцией нормального управления и по меньшей мере одной функцией управления с поддержанием частоты, отличной от функции нормального управления, и
- функцию нормального управления выбирают, если было распознано, что сеть (120, 300) электроснабжения работает в нормальном состоянии, а
- функция управления с поддержанием частоты выбирают, если имеет место или подготавливают рабочее состояние с установившейся частотой, причем рабочее состояние с установившейся частотой описывает рабочее состояние, в частности, сети (120, 300) электроснабжения, в котором частоту сети необходимо поддерживать на постоянном значении.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функция управления с поддержанием частоты управляет мощностью по меньшей мере в зависимости от частоты сети (120, 300) электроснабжения таким образом, что поддерживается указанная частота сети, причем функция управления с поддержанием частоты образована и/или параметрирована так, что она поддерживает частоту сети сильнее, чем функция нормального управления.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
- функция управления с поддержанием частоты включает в себя эмуляцию поведения синхронной машины с виртуальной вращающейся инерционной массой с виртуальным моментом инерции, и
- мощность подают с частотой, которая задается пропорционально частоте вращения виртуальной вращающейся инерционной массы, причем предпочтительно указанный виртуальный момент инерции является регулируемым.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- управляющая функция включает в себя эмуляцию поведения синхронной машины с виртуальной вращающейся массой с виртуальным моментом инерции, и
- мощность подают с частотой, которая задается пропорционально частоте вращения виртуальной инерционной массы, причем
- виртуальный момент инерции является регулируемым, и для функции управления с поддержанием частоты устанавливается больший виртуальный момент инерции, чем для функции нормального управления.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что виртуальный момент инерции управления с поддержанием частоты устанавливается на значение, которое по меньшей мере в два раза, предпочтительно по меньшей мере в пять раз и, в частности, по меньшей мере в десять раз больше по сравнению с функцией нормального управления.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- для подачи мощности подают ток с частотой и фазой,
- частота и опционально фаза подаваемого тока задается виртуальной массой, вращающейся с виртуальной частотой (ωV) вращения,
- вращающаяся виртуальная масса имеет регулируемый виртуальный момент инерции (Jv), так что во вращающейся массе накапливается виртуальная кинетическая энергия (Ev) по формуле:
Ev=1/2∙Jv ωv2
- причем частота (f) подаваемого тока пропорциональна виртуальной частоте (ωV) вращения, в частности, со следующим соотношением: ωV=2πf, и
- виртуальная кинетическая энергия изменяется в зависимости от отклонения мощности, причем отклонение мощности выражает превышение накопленной активной мощности над начальной активной мощностью или над предварительно заданной активной мощностью, и
- изменение виртуальной кинетической энергии происходит, в частности, так, что она изменяется на интегрированное по времени отклонение мощности и при этом соответственно изменяет свою виртуальную частоту вращения.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- определяют фактическое значение частоты, в частности, в точке (118) подключения к сети,
- определяют отклонение частоты как отклонение установленного фактического значения частоты от опорной частоты,
- функция управления с поддержанием частоты задает подаваемую мощность, в частности, активную мощность в зависимости от отклонения частоты через функцию регулятора с регулируемым коэффициентом усиления регулятора, и
коэффициент усиления регулятора задается так, что частота сети поддерживается сильнее, чем за счет использования функции нормального управления.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что
функция нормального управления задает также подаваемую мощность, в частности, активную мощность в зависимости от отклонения частоты через функцию регулятора с регулируемым коэффициентом усиления регулятора, причем
- коэффициент усиления регулятора при управлении с поддержанием частоты устанавливается на значение, которое по меньшей мере в два раза, предпочтительно по меньшей мере в пять раз и, в частности, по меньшей мере в десять раз больше по сравнению с функцией нормального управления.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве опорной частоты используют определенную частоту или среднее значение определяемой частоты, в частности, частоты сети в точке подключения к сети в момент переключения на функцию управления с поддержанием частоты как постоянного значения частоты.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- управление с поддержанием частоты используют только в заранее заданный период установившейся частоты, и
- заранее заданный период установившейся частоты составляет менее 1 мин, предпочтительно менее 30 сек и, в частности, менее 15 сек.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- управляемый преобразователем генераторный блок содержит по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку (100) с аэродинамическим ротором или является такой ветроэнергетической установкой,
- управление с поддержанием частоты использует для поддержания частоты сети больше мощности, чем функция нормального управления, так что за период установившейся частоты в электрическую сеть может подаваться дополнительная мощность, или может из нее отбираться, и
- дополнительная мощность или ее часть отбирается из кинетической энергии ротора (106), или подается в виде кинетической энергии в ротор (106).
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- при переключении с функции нормального управления на функцию управления с поддержанием частоты в качестве заданного значения частоты выбирается актуальное в данный момент значение определяемой частоты сети или среднее значение определяемой частоты,
- в частности, выбранное таким образом заданное значение частоты устанавливается как постоянное значение на всю длительность периода установившейся частоты, и
- в частности, за весь период установившейся частоты с функцией управления с поддержанием частоты осуществляют регулирование по этому заданному значению частоты.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- сеть (120, 300) электроснабжения может разделяться на части (301, 302), и
- функция управления с поддержанием частоты выбирается в том случае, если такие части (301, 302) сети должны соединяться.
14. Способ по любому из предыдущих пунктов - дополнительно предусматривается функция управления с согласованием частоты, чтобы согласовать частоту одной части (301, 302) сети, соответственно, одной из частей (301, 302) сети с частотой второй части (302) сети, соответственно, второй из частей (302, 301) сети, и
- при подготовке рабочего состояния с установившейся частотой сначала после функции нормального управления выбирают функцию управления с согласованием частоты, чтобы произвести уравнивание частот, и
- затем, когда частоты согласованы, выбирают функцию управления с поддержанием частоты.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что
- после выбора функции управления с поддержанием частоты по меньшей мере обе части (301, 302) сети соединяют друг с другом и, в частности,
- автоматизировано осуществляют следующие этапы:
- при подготовке рабочего состояния с установившейся частотой после функции нормального управления сначала выбирают функцию управления с согласованием частоты,
- затем, когда частоты согласованы, выбирают функцию управления с поддержанием частоты, и
- опционально после выбора функции управления с поддержанием частоты по меньшей мере указанные обе части (301,302) сети соединяют друг с другом.
16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что предусматривается переходная функция для предварительного задания или управления сменой с функции управления с поддержанием частоты на функцию нормального управления, и/или с функции нормального управления на функцию управления с поддержанием частоты, причем предпочтительно переходная функция соответственно для изменения регулировок, в частности, параметров задает временную характеристику, так что регулировки, соответственно, параметры могут меняться в соответствии с этой временной характеристикой.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что переходная функция для изменения задает временной промежуток перехода, причем промежуток времени предпочтительно лежит в диапазоне от 1 до 10 сек, в частности, от 2 до 5 сек, и
- в течение временного диапазона перехода регулировки, значения которых различаются между функцией управления с поддержанием частоты и функцией нормального управления, или по меньшей мере параметры, изменяются постоянно, предпочтительно строго монотонно, в частности, линейно соответственно от их соответствующего значения при функции управления с поддержанием частоты до их соответствующего значения при функции нормального управления и, соответственно, наоборот, и/или
- для временного промежутка перехода для изменений значений отдачи реактивной мощности и/или значений отдачи активной мощности управляемого преобразователем генераторного блока задают предельные градиенты, так что значения отдачи реактивной мощности и/или значения отдачи активной мощности по модулю изменяются максимум так быстро, что предельные градиенты не превышаются.
18. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- функцию управления с поддержанием частоты и опционально функцию нормального управления, и при необходимости функцию управления с согласованием частоты выбирают в зависимости от по меньшей мере одного внешнего запроса, в частности, от оператора сети, причем предпочтительно
- генераторный блок через интерфейс, в частности интерфейс данных, может получать один или несколько таких внешних запросов.
19. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что
- при выборе функции поддержания частоты управляемый преобразователем генераторный блок (100) переключается с режима источника тока на режим источника напряжения, или – по меньшей мере при использовании нескольких блоков преобразователей или блоков инверторов – по меньшей мере один или несколько этих преобразователей или блоков инверторов переключаются на режим источника напряжения.
20. Ветроэнергетическая система (112), в частности, ветроэнергетическая установка (100) или ветропарк (112) выполнены с возможностью в качестве управляемого преобразователем генераторного блока подавать электрическую мощность в точке (118) подключения к сети в сеть (120, 300) электроснабжения, имеющую частоту сети, причем ветроэнергетическая система содержит:
- блок подачи питания для подачи электрической мощности в зависимости от управляющей функции, причем электрическая мощность может включать в себя активную и реактивную мощность,
- управляющий блок, в котором реализована управляющая функция, и который выполнен с возможностью выбора в качестве управляющей функции между функцией нормального управления и по меньшей мере одной функцией управления с поддержанием частоты, отличной от функции нормального управления, причем управляющий блок выполнен с возможностью:
- выбора функции нормального управления, если было распознано, что сеть (120, 300) электроснабжения работает в нормальном состоянии, и
- выбора функции управления с поддержанием частоты, если имеет место или подготавливается рабочее состояние с установившейся частотой, причем рабочее состояние с установившейся частотой описывает рабочее состояние, в частности, сети (120, 300) электроснабжения, в котором частота сети должна поддерживаться на постоянном значении.
21. Ветроэнергетическая система (112) по п. 20, отличающаяся тем, что
предусмотрен накопитель энергии для предоставления электрической энергии для осуществления функции управления с поддержанием частоты.
22. Ветроэнергетическая система (112) по п. 20 или 21, отличающаяся тем, что
предусмотрен интерфейс, в частности, интерфейс данных для приема по меньшей мере одного запроса для выбора управляющей функции.
23. Ветроэнергетическая система (112) по п. 20, 21 или 22, отличающаяся тем, что
ветроэнергетическая система (112) выполнена с возможностью осуществления способа по любому из пп. 1–19.
| WO 2010055322 A2, 20.05.2010 | |||
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ВВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В СЕТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ | 2013 |
|
RU2597235C2 |
| DE 102007049251 A1, 23.04.2008. | |||
