Настоящее изобретение относится к способу ввода электрической мощности в сеть электроснабжения посредством управляемого конвертером (преобразователем, в частности вентильным преобразователем) устройства ввода, в частности ветропарка или ветроэнергетической установки. Кроме того, настоящее изобретение касается соответствующего ветропарка, и оно касается соответствующей ветроэнергетической установки.
Ввод электрической мощности ветропарком или по меньшей мере одной единственной ветроэнергетической установкой известен. Современные ветроэнергетические установки или, соответственно, ветропарки применяют для этого блоки преобразователей, чтобы надлежащим образом подготавливать к вводу вырабатываемую из ветра электрическую мощность, в частности адаптировать по частоте, фазе и амплитуде.
При этом известно также, что посредством ветроэнергетических установок или, соответственно, ветропарков производится поддержка сети электроснабжения, что также упрощенно может называться поддержкой сети.
Для такой поддержки сети, в частности, ввод мощности адаптируется к конкретной ситуации сети. Сюда относится повышение или понижение вводимой мощности в зависимости от ситуации сети или в зависимости от требования сети. Возможен также ввод реактивной мощности в зависимости от ситуации сети или в зависимости от требования сети. При этом требованием сети является такое требование, которое направляется оператором сети электроснабжения, то есть сетевым оператором, ветроэнергетической установке или, соответственно, ветропарку.
Часто для такой поддержки сети в ветроэнергетической установке или, соответственно, ветропарке заложены жесткие предписания по управлению. Такие предписания по управлению могут, например, содержать зависимое от частоты сети регулирование мощности, которое описано, например, в патенте US 6,891,281. В качестве другого примера возможно зависимое от напряжения регулирование фазного угла, которое показывает взаимосвязь между фазным углом, описывающим разность фаз между током и напряжением, и электрическим напряжением сети электроснабжения или, соответственно, напряжением, определяемым сетью электроснабжения. Такое зависимое от напряжения регулирование фазного угла описано в патенте US 6,965,174. Возможно также, чтобы при быстром падении частоты соответственно краткосрочно и кратковременно предоставлялось повышение мощности в виде мгновенного резерва, причем это повышение мощности может отбираться от кинетической энергии вращения вращающегося ветроколеса ветроэнергетической установки. Такой вариант содержится, например, в патенте US 9,279,411.
Многие из этих мер по поддержке, в частности зависимые от частоты изменения мощности, исходят из сети электроснабжения определенного, общепринятого в настоящее время вида. В частности, вообще предполагается, что сеть электроснабжения управляется крупными электростанциями, которые применяют большие, непосредственно связанные с сетью электроснабжения синхронные генераторы. Например, этим объясняется зависимое от частоты изменение мощности, которое учитывает именно поведение такого непосредственно связанного синхронного генератора. При таком поведении такой синхронный генератор ускоряется, когда он не может отдавать в сеть электроснабжения мощность, с которой он механически вращается, например, с помощью паровой турбины. Поскольку генератор электрически непосредственно связан с сетью электроснабжения, это повышение частоты вращения приводит к повышению вводимой частоты, и это по существу является причиной того, почему повышенная в сети электроснабжения частота может показывать избыточное предложение мощности в сети электроснабжения.
Также эффекты напряжения в сети электроснабжения часто объясняются поведением такого непосредственно связанного большого синхронного генератора. Во-первых, эти синхронные генераторы по существу управляют напряжением в сети электроснабжения, при этом зависимые от места варианты дополнительно обусловливаются по существу трансформаторами и линиями передачи. С другой стороны, такие эффекты, как скачки фаз, тоже могут объясняться поведением синхронных генераторов.
Итак, если структура сети электроснабжения изменяется, это может иметь следствием то, что предусмотренные меры по поддержке сети больше не будут пригодны или больше не будут так хорошо пригодны для поддержки сети.
В том числе, на поведение сети электроснабжения влияет также, каким образом в сети электроснабжения распределены производители и потребители. Участки, которые являются децентрализованными и к которым подключены много ветроэнергетических установок или ветропарков, ведут себя, например, иначе, чем участки сети, которые имеют много потребителей вблизи крупной электростанции.
Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам в приоритетной заявке к настоящей заявке выявило следующий уровень техники: EP 2 182 626 A1; DE 10 2014 214 151 A1; DE 10 2013 207 264 A1; US 6,891,281 B2; US 6,965,174 B2 и US 9,279,411 B2.
Таким образом, в основе изобретения лежит задача решить по меньшей мере одну из вышеназванных проблем. В частности, должно быть предложено решение по улучшению поддержки сети с помощью управляемых конвертером устройств ввода, в частности ветропарков и вместе с тем ветроэнергетических установок или, соответственно, улучшению с точки зрения поддержки сети или стабилизации сети с помощью таких управляемых конвертером устройств ввода, то есть организации ввода более приемлемым для сети образом. Должно быть предложено по меньшей мере одно решение, альтернативное известным до сих пор решениям.
В соответствии с изобретением предлагается способ ввода по п.1 формулы изобретения. Соответственно ему электрическая мощность вводится в сеть электроснабжения посредством управляемого конвертером устройства ввода. Но в качестве управляемого конвертером устройства ввода здесь предлагаются, в частности, ветропарки или ветроэнергетические установки. Управляемым конвертером устройством ввода является устройство, которое генерирует вводимый ток или, соответственно, вводимое напряжение посредством конвертера или инвертора, а именно, по частоте, положению фаз и амплитуде. Также с его помощью может, например, настраиваться доля высшей гармоники.
Для этого предлагается, чтобы для ввода электрической мощности был возможен выбор по меньшей мере между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения. При этом в рабочем режиме с возбуждением тока осуществляется управление или регулирование на номинальное значение тока, а в рабочем режиме с возбуждением напряжения осуществляется управление или регулирование на номинальное значение напряжение. Поэтому эти два рабочих режима коренным образом отличаются. Рабочий режим с возбуждением тока реализуется, в частности, так, что вводимый номинальный ток задается по частоте, положению фаз и амплитуде. Но эта уставка может быть динамической и постоянно изменяться при текущей эксплуатации. В частности, уставка соответствующего номинального значения тока может постоянно адаптироваться к имеющейся в распоряжении мощности. В частности, в случае ветроэнергетической установки это означает, что этот номинальный ток может постоянно адаптироваться к имеющейся в распоряжении мощности ветра, то есть к мощности, которую ветроэнергетическая установка в данный момент может забирать из ветра.
В частности, такое управляемое конвертером устройство ввода может иметь несколько блоков ввода, а именно, несколько конвертеров или, соответственно, инвертеров. Даже в одной ветроэнергетической установке могут иметься несколько таких блоков. Часто по одному такому блоку ввода может иметься в каждом распределительном шкафу.
При этом рабочий режим с возбуждением напряжения или с возбуждением тока может означать, что каждый блок ввода, то есть каждый конвертер или инвертер или, соответственно, каждый распределительный шкаф эксплуатируется в соответствующем рабочем режиме. То есть это может означать, что каждый затронутый распределительный шкаф осуществляет ввод с возбуждением напряжения или каждый осуществляет ввод с возбуждением тока.
Но предпочтительно по одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы также был возможен смешанный режим, при котором только некоторые блоки ввода имеют преобладающий рабочий режим. Если доминируют блоки ввода, возбуждающие напряжение, можно говорить о режиме с возбуждением напряжения, или, соответственно, если доминируют блоки ввода, возбуждающие ток, можно говорить о режиме с возбуждением тока.
Если в рабочем режиме с возбуждением тока электрическая мощность вводится так, что для этого всегда задается ток ввода, это может, в частности, означать, что каждый блок ввода задает собственный соответствующий ток ввода в качестве номинального тока и затем также вырабатывает такой заданный ток ввода.
При этом центральный блок управления может управлять отдельными блоками ввода и, например, имеющейся в распоряжении мощностью, то есть, в частности, имеющейся в распоряжении мощностью из ветра, соответственно распределять по отдельным блокам ввода, каждый из которых в зависимости от этого задают затем вводимый и при этом настраиваемый номинальный ток.
Таким же образом может также эксплуатироваться ветропарк, в котором предусмотрено центральное управление парка, которое может задавать соответствующие номинальные значения отдельным ветроэнергетическим установкам, а в ветроэнергетических установках могут быть предусмотрены собственные отдельные устройства управления, которые тогда активируют в них отдельные блоки ввода.
При этом в рабочем режиме с возбуждением тока вводится ток в соответствии с заданным номинальным значением тока. Если моментальное значение или, соответственно, мгновенное значение тока изменяется, соответствующий блок ввода реагирует на это и пытается противодействовать изменению.
В режиме с возбуждением напряжения вместо этого задается напряжение, и упомянутый блок ввода пытается удерживать свое напряжение ввода на этом заданном значении напряжения. Соответственно блок ввода реагирует на возникновение изменения напряжения.
Итак, если изменяется моментальное значение напряжения на выходе, имеющем соответствующий блок ввода, это может немедленно приводить к реакции блока ввода, возбуждающего напряжение. Такое изменение напряжения может также представлять собой изменение частоты или скачок фаз в напряжении. Возбуждающий напряжение блок может непосредственно реагировать на это. Этим он отличается от блока, возбуждающего ток. Потому что блок, возбуждающий ток, не реагирует на изменения напряжения.
Сеть электроснабжения имеет сегодня в качестве управляющей величины напряжение. То есть задано сетевое напряжение, а не сетевой ток. Сеть рассчитана так, что сетевое напряжение по возможности остается постоянным, в отличие от чего ввод мощности, отбор или, соответственно, передача достигается по существу за счет величины тока. Другими словами, ток в принципе настраивается в зависимости от потребности и сначала мало информативен для состояния сети электроснабжения, при этом, конечно, есть исключения, когда, например, в сети электроснабжения возникает короткое замыкание или вводу электрического тока препятствует прерывание. В противоположность этому, изменение напряжения означает, как правило, изменение какого-либо сетевого свойства, и поэтому может лучше и чаще всего быстрее давать сведения об изменении в сети электроснабжения.
Во всяком случае, изменения в сети электроснабжения чаще всего сначала проявляются в виде изменений напряжения, возможно также, чтобы они проявлялись только в виде изменений напряжения. На них мгновенно, независимо от наложенного регулирования мощности, реагируют возбуждающие напряжение блоки, в то время как возбуждающие ток блоки регистрируют такие изменения только позднее или, в иных случаях, даже не регистрируют. Реакция возбуждающего ток блока на изменение в сети электроснабжения часто учитывается только путем изменения уставки его номинального тока, в частности таким образом, что такое изменение сети регистрируется измерительной техникой и в соответствии с предписанием по регулированию приводит к измененному номинальному значению тока.
В результате возбуждающие напряжение блоки ввода оказываются, в частности, блоками, возбуждающими сеть, которые благодаря их принципу действия особенно быстро и вместе с тем особенно динамично противодействуют изменениям в сети электроснабжения. Блоки ввода, работающие с возбуждением тока, напротив, отличаются тем, что они, скорее, с замедлением реагируя на события в сети, вводят ток и вместе с тем мощность в сеть электроснабжения.
Благодаря предложенному переключению между режимом с возбуждением тока, с одной стороны, и режимом с возбуждением напряжения, с другой стороны, эта особенность используется в технике регулирования. При этом возможно переключение на рабочий режим с возбуждением напряжения, когда управляемыми конвертером устройствами ввода должна предоставляться особенно динамичная поддержка.
Благодаря этому возможно также реагирование, в частности, на измененную топологию в сети электроснабжения. Когда, например, расположенная поблизости крупная электростанция, будь то временно или постоянно, отключается, прекращается также регулирующее действие этой крупной электростанции на сеть электроснабжения. В частности, в таком случае можно было бы предложить переключение на рабочий режим с возбуждением напряжения, чтобы возместить этим некоторую часть такого свойства названной для примера крупной электростанции для сети электроснабжения.
По одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы текущий рабочий режим мог изменяться между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения в несколько этапов или плавным переходом. При этом могут также выбираться рабочие режимы, которые не являются исключительно возбуждающими напряжение или исключительно возбуждающими ток, а могут быть в различной степени возбуждающими ток или возбуждающими напряжение. Благодаря этому возможно, чтобы предложенный выбор между возбуждением тока и возбуждением напряжения не должен был ограничиваться только экстремальными случаями, а может также динамически адаптироваться к соответствующим ситуациям сети.
Описанные выше или ниже критерии выбора между рабочим режимом с возбуждением тока или с возбуждением напряжения целесообразным образом могут также переноситься по смыслу на соответствующие промежуточные рабочие режимы.
По одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы переключение или, соответственно, выбор между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения осуществлялся в зависимости от по меньшей мере одного из следующих критериев, при этом здесь возможен также, в зависимости от этого, выбор какого-либо рабочего режима между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения. В качестве критериев предлагаются следующие:
- уровень колебания напряжения в сети электроснабжения;
- уровень ограничения тока, который является мерой того, как часто возбуждающие напряжение блоки управляемого конвертером устройства ввода достигали ограничения тока;
- отношение осуществляющих ввод в сеть электроснабжения, непосредственно связанных синхронных генераторов к осуществляющим ввод в сеть электроснабжения, управляемым конвертером устройствам ввода, при этом в качестве исходной величины используется, в частности, соответствующая текущая вводимая мощность, в частности активная мощность или, соответственно, отношение соответствующей вводимой мощности и активной мощности;
- уровень колебания частоты в сети электроснабжения;
- уровень скачков фаз в сети;
- сетевое свойство сети электроснабжения, в частности восприимчивость сети;
- рабочее состояние управляемого конвертером устройства ввода, в частности текущая вводимая мощность, в частности активная мощность, относительно номинальной мощности управляемого конвертером устройства ввода;
- доля осуществляющих ввод в сеть электроснабжения возбуждающих напряжение устройств ввода;
- доля осуществляющих ввод в сеть электроснабжения ветроэнергетических установок;
- доля осуществляющих ввод в сеть электроснабжения солнечных генераторов;
- мощность короткого замыкания в точке подключения к сети;
- сетевой импеданс в точке подключения к сети;
- отношение короткого замыкания в точке подключения к сети;
- обнаружение образования отдельной сети, в частности образования автономной сети и
- внешний сигнал переключения или сигнал выбора, в частности сигнал переключения, заданный оператором сети электроснабжения.
Таким образом, одним из предложенных критериев является использование уровня колебания напряжения в сети электроснабжения. Например, за основу может браться средняя величина колебаний. Здесь, например, может сниматься колебание напряжения за предопределенный период времени, такой как минута, десять минут или час, при этом снимаются среднее значение максимально возникающего напряжения к среднему значению минимально возникающего напряжения, например, относительно эффективного значения сетевого напряжения. Интервал между найденными таким образом максимальными значениями напряжения и минимальными значениями напряжения может браться за основу в качестве величины колебания. Тогда за основу может браться предельное значение, и в зависимости от того, превышает ли определенная таким образом величина колебания это предельное значение или нет, может выбираться рабочий режим с возбуждением напряжения или рабочий режим с возбуждением тока. Предпочтительно рабочий режим с возбуждением напряжения выбирается, когда колебания напряжения сильные, то есть величина колебания большая, то есть превышается предельное значение. Если изменение между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения осуществляется в несколько этапов, то для соответствующих промежуточных рабочих режимов может предусматриваться другое предельное значение или другие предельные значения.
В качестве одного из возможных критериев предлагается уровень ограничения тока, который является мерой того, как часто возбуждающие напряжение блоки управляемого конвертером устройства ввода достигали ограничения тока. Было обнаружено, что возбуждающие напряжение блоки работают так, что при изменении моментального значения или, соответственно, мгновенного значения напряжения на выходе соответствующего блока ввода это может немедленно приводить к реакции возбуждающего напряжение блока ввода. Возбуждающий напряжение блок пытается при этом удерживать данное напряжение. Этот эффект желателен, но может приводить к высокому току, вводимому возбуждающим напряжение блоком. Когда этот ток становится столь высок, что упомянутый блок достигает предела тока, это знак того, что этот блок вряд ли еще может или более не может удерживать данное напряжение.
Поэтому регулярное достижение предела тока принимается за индикатор того, что нужно больше возбуждающих напряжение блоков. Соответственно предлагается, в зависимости от этого переводить большее блоков в режим с возбуждением напряжения, по меньшей мере повышать долю возбуждающих напряжение блоков.
Предпочтительно при этом предлагается подсчитывать, как часто возбуждающие напряжение блоки устройства ввода достигают ограничения тока за заданный контрольный период времени на один блок, и брать это за основу в качестве частоты ограничения тока, и в зависимости от этой частоты ограничения тока переходить в режим с возбуждением напряжения, по меньшей мере повышать долю возбуждающих напряжение блоков.
Предпочтительно предлагается, чтобы уровень ограничения тока, или, соответственно, частота ограничения тока учитывалась в зависимости от по меньшей мере одного параметра регулирования возбуждающего напряжение блока. Это может быть, в частности, усиление регулирования или постоянная времени регулирования. В частности, указанный по меньшей мере один параметр регулирования может учитываться посредством взвешивания, причем это взвешивание выбирается, в частности, тем меньше, чем меньше усиление регулирования, а именно, возрастание плавности спадания возбуждающего напряжение блока. При этом такая характеристика спадания указывает для зависимой от эффективного тока подстройки частоты уровень усиления, который указывает на линейную зависимость настраиваемой частоты от вводимого эффективного тока или от вводимой активной мощности.
Например, предлагается, чтобы при сильном усилении регулирования, которое соответствует при этом большому усилению регулирования или, соответственно, малой постоянной времени регулирования, достижение ограничения тока рассматривалось как сильный признак того, что надо сделать долю возбуждающих напряжение блоков выше, чем при более слабом регуляторе. При более слабом регуляторе следует скорее рассчитывать на то, что он достигнет своего предела, чем, что этого предела достигнет более сильный регулятор. Поэтому достижение предела при более слабом регуляторе является скорее нормальным и вместе с тем малоинформативным для того, что для поддержки мог бы потребоваться другой возбуждающий напряжение блок. Но при сильном регуляторе уже при малом уровне ограничения тока, или, соответственно, малой частоте ограничения тока надо переходить в режим с возбуждением напряжения, по меньшей мере повышать долю возбуждающих напряжение блоков.
Отношение осуществляющих ввод в сеть электроснабжения, непосредственно связанных синхронных генераторов к осуществляющим ввод в сеть электроснабжения, управляемым конвертером устройствам ввода дает сведения о принципиальном поведении или, соответственно, поведении при регулировании сети электроснабжения. В частности, непосредственно связанные синхронные генераторы имеют определенное, упрощенно выражаясь, скорее возбуждающее напряжение поведение в сети. Чем меньше таких непосредственно связанных синхронных генераторов влияют на сеть, тем больше могут предлагаться возбуждающих напряжение блоков ввода, чтобы по меньшей мере частично брать на себя эту функцию непосредственно связанных синхронных генераторов.
При этом для поведения важно не количество, потому что непосредственно связанные синхронные генераторы крупных электростанций, как правило, имеют во много раз большую номинальную мощность, чем простая ветроэнергетическая установка, а здесь за основу берется исходная величина, связанная с мощностью. В частности, предлагается использовать соответствующие текущие активные мощности непосредственно связанных синхронных генераторов, с одной стороны, и управляемых конвертером устройств ввода, с другой стороны. Альтернативно может также использоваться соответственно номинальная мощность.
Другим критерием является уровень колебания частоты. И этот уровень колебания частоты может сниматься аналогично уровню колебания напряжения, когда, например, вместо величины колебания напряжения снимается величина колебания частоты. И здесь предпочтительно предлагается, чтобы при высокой величине колебания частоты выбирался рабочий режим с возбуждением напряжения, или рабочий режим по меньшей мере перемещается в направлении рабочего режима с возбуждением напряжения.
Уровень скачков фаз в сети предлагается в качестве критерия по другому варианту. Скачки фаз возникают при резком изменении тока, которое может возникать, например, при сбросе нагрузки. Тогда такие резкие изменения тока из-за соответствующего изменения напряжения на сетевом импедансе приводят к таким скачкам фаз. Было обнаружено, что скачки фаз, при которых синусоидальный характер изменения сетевого напряжения скачкообразно смещается, предотвращаются синхронными генераторами, которые непосредственно связаны с сетью электроснабжения. Но при этом такие скачки фаз возникают, в частности, тогда, когда имеется мало таких синхронных генераторов, или, соответственно, когда в сети они находятся далеко, потому что чем больше синхронных генераторов действуют в сети электроснабжения, тем сильнее они могут предотвращать скачки фаз. В частности, непосредственно связанные синхронные генераторы могут образовывать центральный узел. Чем дальше какая-либо точка в сети электроснабжения удалена от центрального узла сети, тем больше была бы потребность в возбуждающих напряжение блоках. Поэтому предлагается, тем скорее переключаться на режим с возбуждением напряжения, по меньшей мере повышать долю возбуждающих напряжение блоков в сети электроснабжения, чем чаще и/или чем сильнее возникают скачки фаз.
Также критерием может служить какое-либо сетевое свойство сети электроснабжения. В частности, предлагается восприимчивость сети. При этом сетевое свойство следует отличать от моментального состояния. Моментальным состоянием является, например, текущая частота или текущая величина напряжения. Сетевым свойством является, в отличие от этого, свойство сети, то есть как сеть реагирует на изменение. Поэтому, в частности, предлагается учет восприимчивости сети в качестве сетевого свойства. Восприимчивость сети здесь предпочтительно определяется как отношение изменения напряжения в качестве реакции на изменение вводимой активной мощности, и она относится к точке подключения к сети, а именно, точке подключения к сети, в которой осуществляет ввод управляемое конвертером устройство ввода. То есть при этом может предоставляться мера того, как сеть электроснабжения ведет себя при изменениях. Соответственно в зависимости от этого может осуществляться выбор между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения или, соответственно, может выбираться целесообразная промежуточная ступень. Предпочтительно при высокой восприимчивости сети, то есть, когда сеть сильно реагирует на изменения ввода активной мощности, предлагается рабочий режим с возбуждением напряжения.
В качестве другого критерия предлагается текущее рабочее состояние управляемого конвертером устройства ввода, в частности текущая вводимая мощность, в частности активная мощность. Он может устанавливаться относительно номинальной мощности управляемого конвертером устройства ввода. Если рабочее состояние таково, что вводится относительно мало активной мощности, чтобы улучшить поддерживающие свойства управляемого конвертером устройства ввода, может предлагаться выбор рабочего режима с возбуждением напряжения.
Также может рассматриваться доля осуществляющих ввод в сеть электроснабжения возбуждающих напряжение устройств ввода. Чем больше возбуждающих напряжение устройств ввода уже активны в сети электроснабжения, тем меньше требуется выбирать рабочий режим с возбуждением напряжения. И здесь доля возбуждающих напряжение устройств ввода может рассматриваться, в частности, с точки зрения их вводимой активной мощности.
В качестве другого критерия предлагается рассматривать, насколько велика доля осуществляющих ввод в сеть электроснабжения ветроэнергетических установок или, соответственно, ветропарков. И здесь в качестве меры предлагается вводимая активная мощность. При рассмотрении этой активной мощности практически не требуется даже различие между долей ветроэнергетических установок или долей ветропарков. При этом связанном с мощностью рассмотрении доли ветроэнергетических установок можно вместе с тем учитывать, как сильно колебания ветра могут сказываться на вводимой в сеть электроснабжения мощности в целом, то есть сколь велика доля вводимой активной мощности, которая зависит от ветра. И здесь при высокой доле ветроэнергетических установок может скорее предлагаться режим с возбуждением напряжения.
Также в качестве критерия предлагается доля осуществляющих ввод в сеть электроснабжения солнечных энергогенераторов. Здесь имеет место аналогичное рассуждение, как и для доли ветроэнергетических установок, причем здесь за основу берется зависимый от солнечного или, соответственно, светового излучения учет вводимой активной мощности. Чем больше доля зависимой от солнца активной мощности, тем скорее будет предлагаться рабочий режим с возбуждением напряжения.
Для учета доли ветра и/или доли солнца возможен также учет текущей ситуации ввода.
С другой стороны, при большой доле ветроэнергетических установок в сети электроснабжения может также предлагаться, скорее выбирать рабочий режим с возбуждением тока, потому что ветроэнергетические установки как таковые имеют быстрые свойства регулирования также уже в рабочем режиме с возбуждением тока.
В качестве другого критерия предлагается рассматривать мощность короткого замыкания в точке подключения к сети. Так называется мощность короткого замыкания, которую могла бы предоставлять сеть электроснабжения в точке подключения к сети в случае короткого замыкания. Поэтому мощность короткого замыкания в точке подключения к сети тоже представляет собой сетевое свойство сети электроснабжения относительно этой точки подключения к сети. Чем выше такая мощность короткого замыкания, тем сильнее или, соответственно, стабильнее сеть электроснабжения в этой области. Соответственно требуется меньше регулирования, и поэтому предлагается при малой мощности короткого замыкания переключаться на рабочий режим с возбуждением напряжения.
Сетевой импеданс в точке подключения к сети тоже может быть предусмотрен в качестве критерия, и чем меньше там сетевой импеданс, тем меньше потребность в рабочем режиме с возбуждением напряжения. Таким образом, рабочий режим с возбуждением напряжения предлагается, когда сетевой импеданс большой, например, превышает предопределенное предельное значение.
Отношение короткого замыкания в точке подключения к сети является другим критерием, в зависимости от которого может делаться выбор между рабочим режимом с возбуждением напряжения или рабочим режимом с возбуждением тока. Отношением короткого замыкания называется отношение предоставляемой сетью в точке подключения к сети мощности короткого замыкания относительно номинальной мощности подключенного там в точке подключения к сети устройства ввода. Чем меньше отношение короткого замыкания, тем сильнее загружена точка подключения к сети подключенным устройством ввода. Соответственно ввод посредством такого устройства ввода в точке подключения к сети тем стабильнее, чем больше отношение короткого замыкания. Например, обычно отношение короткого замыкания, равное 10 или даже еще отношение короткого замыкания, равное 6, представляет собой очень стабильное состояние. Начиная с отношения короткого замыкания, равного 4 или меньше, может предлагаться повышение доли возбуждающих напряжение блоков ввода. Предпочтительно при отношении короткого замыкания, равном 2 или меньше, в частности при отношении короткого замыкания меньше 1,5, предлагается выбирать рабочий режим с возбуждением напряжения.
Обнаружение образования отдельной сети может тоже представлять собой один из предпочтительных критериев. Образованием отдельной сети называется ситуация, при которой части сети электроснабжения отделяются друг от друга. Оставшаяся часть, то есть оставшаяся отдельная сеть, в которой находится точка подключения к сети управляемого конвертером устройства ввода, может быть ослаблена таким образованием отдельной сети и быть склонна к нестабильностям или по меньшей мере колеблющемуся поведению. Соответственно при обнаружении образования отдельной сети предлагается выбирать рабочий режим с возбуждением напряжения.
Особой ситуацией образования отдельной сети является образование автономной сети, при котором отдельная сеть, к которой устройство ввода подключено через его точку подключения к сети, образует собственную систему. В этом случае производители, которые соединены с этой автономной сетью, должны самостоятельно брать на себя регулирование или, соответственно, управление этой автономной сетью. В частности, такая ситуация может учитываться рабочим режимом с возбуждением напряжения, и, по меньшей мере, учитываться лучше, чем в рабочем режиме в основном с возбуждением тока.
Другим критерием является, что выбор осуществляется с помощью внешнего сигнала переключения. Такой сигнал переключения может поступать, в частности, от оператора сети электроснабжения, то есть оператора сети и тем самым этому оператору сети дается возможность воздействовать на свойства регулирования устройства ввода. Например, оператор сети может при этом также заблаговременно приводить управляемое конвертером устройство ввода в более сильно регулирующий рабочий режим, а именно, рабочий режим с возбуждением напряжения.
Такой сигнал переключения или сигнал выбора может быть также организован так, чтобы настраивался смешанный рабочий режим. Смешанным рабочим режимом является такой рабочий режим, который имеет или, соответственно, комбинирует возбуждающие ток и возбуждающие напряжение свойства. Такая комбинация и вместе с тем такой смешанный рабочий режим может достигаться, в частности, таким образом, что некоторые блоки ввода работают с возбуждением тока, а некоторые с возбуждением напряжения.
Критерии, по которым осуществляется переключение между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения, или, соответственно, по которым осуществляется переход на смешанный рабочий режим между ними, могут также комбинироваться. Комбинация двух или больше признаков может, в принципе, формироваться так, что каждый критерий нормируется на одно единое значение. Примером было бы принятие для каждого критерия значения от 0 до 1, то есть от 0 до 100 процентов. Такое значение может характеризовать данный критерий как таковой.
Но возможно также, чтобы только результат критерия приводился соответственно к такому единому значению. То есть каждый критерий сначала рассматривается и оценивается в отдельности. Затем эта оценка приводится к единым пределам. Так, например, результатом оценки может быть наличие слабой потребности в переключении на рабочий режим с возбуждением напряжения. Эта потребность может указываться, например, как 30 процентов, или выясняется, что имеется сильная потребность в таком переключении, которая, например, может указываться как 70 процентов. Точно так же для каждого критерия такая потребность может указываться в виде значения потребности в переключении или не переключении, имеющей значение от 0 до 1, то есть от 0 до 100 процентов. Тогда если учитываются несколько критериев, их выданные значения потребности, то есть описанные значения, которые могут лежать в пределах от 0 до 1 или, соответственно, от 0 до 100 процентов, могут усредняться.
Возможно также, чтобы, кроме того, критерии снабжались взвешиванием, так чтобы, например, один критерий взвешивался со значением 5, а один критерий, например, взвешивался со значением 2. Тогда общее рассмотрение данных значений потребности критериев может осуществляться, например, так, что каждое значение потребности перемножается с соответствующим взвешиванием лежащего в основе критерия, и из найденных таким образом результатов для каждого критерия составляется среднее значение, в котором суммируются все взвешенные таким образом значения потребности, и эта сумма делится на сумму коэффициентов взвешивания, чтобы назвать только один пример.
По одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы для переключения между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения, что также включает в себя выбор некоторого промежуточного положения, было предусмотрен задающий контроллер переключения, и этот контроллер переключения содержал имплементированный критерий переключения. То есть этот критерий переключения проверяется в этом контроллере переключения, и затем при необходимости выполняется переключение.
Кроме того или альтернативно котроллер переключения осуществляет переключение в зависимости от по меньшей мере одного из поясненных выше критериев. При этом критерии, или по меньшей мере один из них, могут внедряться в контроллер переключения.
Переключение посредством контроллера переключения может, например, осуществляться так, что контроллер переключения посылает соответствующий сигнал переключения затронутым блокам ввода, и они вследствие этого переходят из рабочего режима с возбуждением тока в рабочий режим с возбуждением напряжения. В частности, для переключения на смешанный рабочий режим может быть предусмотрено, чтобы контроллер переключения был связан для этого с несколькими блоками ввода, и контроллер переключения устанавливал некоторые из этих блоков ввода на рабочий режим с возбуждением тока, а другие из блоков ввода устанавливало на рабочий режим с возбуждением напряжения. Благодаря этому в зависимости от количества блоков ввода, которые выбираются для каждого рабочего режима, может осуществляться соответствующее управление смешанным режимом. Чистый рабочий режим с возбуждением тока или с возбуждением напряжения достижим тогда, когда все из этих блоков напряжения устанавливаются контроллером переключения в режим с возбуждением тока или, соответственно, с возбуждением напряжения.
Кроме того или альтернативно предлагается, чтобы в контроллер переключением был имплементирован алгоритм адаптации. Он может использовать какой-либо критерий и посредством какого-либо показателя качества качественно и/или количественно оценивать изменения после переключения. И здесь предлагается учет смешанного рабочего режима по одному из вариантов осуществления.
Итак, чтобы назвать какой-либо пример, может, например, оцениваться, могло ли уменьшиться колебание напряжения после переключения из рабочего режима с возбуждением тока в рабочий режим с возбуждением напряжения, или, соответственно, как сильно оно могло уменьшиться. Если в этом примере наблюдается, что колебание напряжения значительно снизилось, то переключение может, в принципе, оцениваться как хорошее. Если эффект был низким, может, например, рассматриваться уже более раннее, то есть при более низких колебаниях напряжения, переключение на рабочий режим с возбуждением напряжения.
В частности, чтобы остановиться на примере колебания напряжения, при одновременном учете смешанного режима может повышаться доля возбуждающих напряжение блоков, то есть блоков, которые перешли в рабочий режим с возбуждением напряжения, если выяснилось, что выбранный ранее смешанный вариант, то есть выбранный ранее смешанный рабочий режим был еще не достаточен.
Полученные таким образом сведения, будь то, таким образом, с наличием смешанного рабочего режима или без него, могут имплементироваться и закладываться так, чтобы контроллер переключения в целом модифицировался, а именно, адаптировался. То есть тогда отмеченные здесь изменения алгоритмов переключения предусматриваются на будущее путем соответствующей адаптации. В простейшем примере это может означать, что, для примера колебания напряжения, изменяется предел напряжения для переключения, и в следующий раз используется этот измеренный предел. Но таким образом могут адаптироваться и более сложные зависимости.
По другому варианту осуществления предлагается, чтобы дополнительно мог выбираться рабочий режим с возбуждением частоты, при этом управляемое конвертером устройство ввода управляется или регулируется на некоторое номинальное значение частоты, в частности, что может осуществляться переключение между рабочим режимом с возбуждением частоты и рабочим режимом с открытой частотой. При этом управляемое конвертером устройство ввода в рабочем режиме с открытой частотой регулируется на зарегистрированную в сети электроснабжения частоту. То есть если устройство ввода находится в рабочем режиме с открытой частотой, зарегистрированная в сети электроснабжения частота берется за основу, и в зависимости от нее задается соответствующий номинальный сигнал. Это означает, что в режиме с возбуждением напряжения задается напряжение, имеющее это значение частоты, или, соответственно, в режиме с возбуждением тока задается ток, то есть номинальный ток, имеющий это значение частоты. В режиме с возбуждением частоты создается сигнал напряжения, имеющий заданную частоту, и эта заданная частота может подстраиваться к сетевой частоте. Для этого предлагается, чтобы эта подстройка частоты осуществлялась с большой постоянной времени.
Итак, если устройство ввода переходит в режим с возбуждением частоты, что, в частности, предусмотрено для режима с возбуждением напряжения, то соответствующее номинальное значение, то есть, в частности, в режиме с возбуждением напряжения номинальное значение напряжения, не подстраивается к зарегистрированной в сети электроснабжения частоте, или, возможно, подстраивается только с замедлением. Вместо этого задается частота, и номинальное значение напряжения, то есть последовательность мгновенных значений, задается тогда с этой заданной частотой. Благодаря этому устройство ввода может выполнять или поддерживать управление частотой или, соответственно, способствовать более высокому постоянству частоты. Такой режим с возбуждением частоты предпочтителен, в частности, в случае обнаруженного образования отдельной сети, в частности в случае обнаруженного образования автономной сети, и тогда предпочтительно предлагается.
По другому варианту осуществления предлагается, чтобы управляемое конвертером устройство ввода выдавало на выходе напряжения сигнал напряжения. Выход напряжения подключен к дросселю, так что в зависимости от сигнала напряжения, в зависимости от напряжения в сети электроснабжения и в зависимости от дросселя получаются выходной ток и выходное напряжение на выходе дросселя. При этом получаются выходное напряжение на выходе дросселя и выходной ток тоже на выходе дросселя. Это выходное напряжение и этот выходной ток используются для следующих этапов регулирования.
Исходя из этого, в рабочем режиме с возбуждением тока используется регулирование тока, и описанный выходной ток возвращается в качестве действительного значения. Соответственно он сравнивается с номинальным значением выходного тока, в смысле сравнения номинального и действительного значения в технике регулирования.
Кроме того или альтернативно в рабочем режиме с возбуждением напряжения используется регулирование напряжения, и описанное выходное напряжение на выходе дросселя возвращается в качестве действительного значения. Затем оно может сравниваться с номинальным значением напряжения.
Эту обратную связь и сравнение выходного тока или, соответственно, выходного напряжения следует понимать как сравнение моментальных значений.
По другому варианту осуществления предлагается, чтобы переключение или выбор между рабочим режимом с возбуждением напряжения и рабочим режимом с возбуждением тока реализовывался с помощью имплементированного в компьютере контура управления. При этом в нем в имплементированном в компьютере управлении могут простым образом реализовываться критерии и предписания по управлению и результирующие управляющие команды. Возможные изменения могут достигаться путем перепрограммирования или, соответственно, инсталляции обновления. Кроме того, здесь простым образом может также исполняться более сложное управление, включая алгоритм адаптации.
В частности, для этой реализации с помощью имплементированного в компьютере контура управления в качестве постоянной обратной связи предусмотрена регистрация для возврата выходного тока и выходного напряжения. При этом возвращаются обе величины, и таким образом имплементированное в компьютере управление может обращаться к обеим величинам и выбирать между зарегистрированным выходным током и зарегистрированным выходным напряжением в качестве возвращаемого действительного значения. То есть при этом простым образом может также краткосрочно, а также кратковременно осуществляться переход между рабочими режимами.
В частности, предлагается, чтобы такое имплементированное в компьютере управление было предусмотрено на каждом блоке ввода. При необходимости каждому из этих имплементированных в компьютере контуров управления могут даваться требования к переключению в виде сигнала требования от вышестоящего центрального блока управления.
По другому варианту осуществления предлагается, чтобы управляемое конвертером устройство ввода имело по меньшей мере один конвертер, чтоб создавать сигнал напряжения в некоторой последовательности импульсов в виде импульсного сигнала напряжения, и при этом последовательность импульсов создается в зависимости от выбранного рабочего режима и возвращаемого действительного значения. То есть если в качестве рабочего режима выбран рабочий режим с возбуждением тока, для настройки моментальных значений соответственно используется возвращаемое действительное значение выходного тока, и при этом сравнивается с соответствующим номинальным током, причем каждая последовательность мгновенных значений. Соответственно тогда, когда выбран рабочий режим с возбуждением напряжения, используется возвращаемый действительный сигнал напряжения и сравнивается с номинальным значением напряжения. При этом простым образом исполнимо переключение между режимом с возбуждением тока и режимом с возбуждением напряжения.
По другому варианту осуществления предлагается, чтобы в качестве номинального значения тока или номинального значения напряжения задавался диапазон тока или, соответственно, диапазон напряжения. Тогда вырабатываемый выходной ток или, соответственно, вырабатываемое выходное напряжение должно реализовываться только так, чтобы он или оно лежало в этом диапазоне тока или, соответственно, диапазоне напряжения. Благодаря этому можно также избежать слишком сильного регулирования. В частности, может быть также предусмотрено, чтобы регулирование не осуществлялось, пока фактический сигнал тока или фактический сигнал напряжения лежит в соответствующем диапазоне, то есть в диапазоне тока или, соответственно, диапазоне напряжения. И это относится в каждом случае к последовательности мгновенных значений.
В соответствии с изобретением предлагается также устройство ввода, в частности ветроэнергетическая установка или ветропарк. Это устройство ввода предусмотрено для ввода электрической мощности в сеть электроснабжения в точке подключения к сети. Оно имеет по меньшей мере один конвертер или инвертор для выполнения ввода, так что устройство ввода работает, будучи управляемо конвертером. Конвертер или, соответственно, инвертор служит, в частности, для того, чтобы для ввода в сеть электроснабжения генерировался сигнал ввода, имеющий соответствующую амплитуду напряжения, частоту и положение фаз. Производится ли это с помощью инвертора, который на входной стороне имеет постоянное напряжение в качестве источника питания, или с помощью конвертера, который на входной стороне имеет переменное напряжение в качестве источника энергии, не имеет значения, пока этот конвертер или, соответственно, инвертор на выходной стороне выдает соответствующий сигнал, имеющий соответствующую амплитуду, частоту и фазу.
Итак, для этого устройства ввода предлагается, чтобы оно имело по меньшей мере один задающий контроллер переключения для переключения между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения. Такой контроллер переключения может предпочтительно реализовываться с помощью имплементированного в компьютер управления.
При этом рабочий режим с возбуждением тока представляет собой такой режим, при котором осуществляется управление или регулирование на некоторое номинальное значение тока, а рабочий режим с возбуждением напряжения - такой режим, при котором осуществляется управление или регулирование на некоторое номинальное значение напряжения.
И здесь возможно, чтобы указанное по меньшей мере одно управление переключением предусматривало также включение или выбор смешанного рабочего режима.
Предпочтительно устройство ввода работает так, как указывается по меньшей мере по одному вышеописанному варианту осуществления описанного способа ввода электрической мощности в сеть электроснабжения.
При этом этим устройством ввода могут реализовываться возможности и преимущества, которые описывались в связи по меньшей мере с одним вариантом осуществления способа ввода.
Далее изобретение поясняется подробнее для примера на вариантах осуществления со ссылкой на сопроводительные фигуры.
фиг.1: показана ветроэнергетическая установка на изображении в перспективе;
фиг.2: показан ветропарк на схематичном изображении;
фиг.3: наглядно показано географическое распределение устройств ввода с возбуждением тока и с возбуждением напряжения на примере Европейской объединенной сети;
фиг.4: схематично показан участок сети электроснабжения, имеющий несколько соединенных ветропарков;
фиг.5: схематично показано изображение, содержащее блок ввода с возбуждением тока и блок ввода с возбуждением напряжения;
фиг.6: наглядно показан участок сети электроснабжения.
На фиг.1 показана ветроэнергетическая установка 100, имеющая башню 102 и гондолу 104. На гондоле 104 расположен ротор 106, имеющее три лопасти 108 ротора и обтекатель 110. Ротор 106 при эксплуатации приводится ветром во вращательное движение и при этом осуществляет привод генератора в гондоле 104.
На фиг.2 показан ветропарк 112, имеющий в качестве примера три ветроэнергетические установки 100, которые могут быть одинаковыми или разными. Эти три ветроэнергетические установки 100 представляют, таким образом, по сути, любое количество ветроэнергетических установок ветропарка 112. Ветроэнергетические установки 100 предоставляют свою мощность, а именно, в частности, вырабатываемый ток, через электрическую сеть 114 парка. При этом вырабатываемые токи или, соответственно, мощности каждой из отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и чаще всего предусмотрен трансформатор 116, который повышает трансформированием напряжение в парке, чтобы затем вводить в точке 118 ввода, которая также обычно обозначается как PCC (power control center, анг. энергетический центр управления), в сеть 120 снабжения. На фиг.2 показано только упрощенное изображение ветропарка 112, на котором, например, не показано управление, хотя управление, конечно, имеется. Также, например, сеть 114 парка может быть организована иначе, когда, например, имеется также трансформатор на выходе каждой ветроэнергетической установки 100, чтобы назвать только один другой пример осуществления.
На фиг.3 показан фрагмент очертания Европы и при этом фрагмент, на котором Европейская объединенная сеть образует большие части сети электроснабжения. Наглядно на чертеже фиг.3 нанесены распределенные по региону ветропарки и крупные электростанции. Они приведены только как пример разных других производителей, и поэтому это изображение не является окончательным для Европейской объединенной сети.
Во всяком случае, показаны некоторые крупные электростанции 310 и различные ветропарки. Причем на чертеже нанесены ветропарки 320, работающие с возбуждением тока, и ветропарки 330, работающие с возбуждением напряжения. Для лучшей обзорности на чертеже нанесены только некоторые ссылочные обозначения, но те и другие различные ветропарки 320 и 330 могут также отличаться друг от друга по изображенным символам. Для ветропарков 320 с возбуждением тока в качестве символа указана простая ветроэнергетическая установка, а для ветропарков 330 с возбуждением напряжения в качестве символа выбрана простая ветроэнергетическая установка, имеющая V у подножья башни. Таким образом, буква V у подножья башни должна наглядно показывать возбуждение напряжения.
При этом на фиг.3 по существу поясняется, что устройства ввода с возбуждением напряжения распределены по показанной географической области, причем либо в виде крупных электростанций 310, либо в виде возбуждающих напряжение ветропарков 330. Например, без отображения этим современного действительного состояния, на иберийских полуостровах, итальянском полуострове, в Дании, а также в Бретани изображены не крупные электростанции 310, а возбуждающие напряжение ветропарки 330. Но и там изображены не только ветропарки, возбуждающие напряжение, но и ветропарки 320, возбуждающие ток. Таким образом, было достигнуто хорошее распределение.
Но показанное распределение фиг.3 может быть изменяемым. Например, могут отключаться крупные электростанции. В частности, в Германии в ближайшем будущем будут отключены некоторые атомные электростанции. Но крупные электростанции могут также временно подключаться или отключаться, в частности, спонтанно подключаемые для поддержки сети электроснабжения или отключаемые газовые электростанции, или гидроаккумулирующие электростанции, чтобы назвать только некоторые примеры. Также может иметь место варьирование в отношении вводимого количества активной мощности вследствие изменения условий ветра. Например, чтобы остановиться на наглядном примере фиг.3, может быть предусмотрено переключение на иберийском полуострове других ветропарков 320, которые в настоящий момент работают с возбуждением тока, в рабочий режим с возбуждением напряжения или преобладающим образом с возбуждением напряжения, когда показанные возбуждающие напряжение ветропарки 330, например, из-за слабого ветра будут вводить меньше активной мощности и при этом могут также осуществлять менее сильное регулирование.
Исполнение такой общей концепции сети электроснабжения наглядно показано на фиг.4. По сути, на фиг.4 схематично показана только сеть 440 электроснабжения, часть которой образуют, по сути, все элементы, которые еще будут описаны ниже. При этом сеть 440 электроснабжения изображена на фиг.4 также обычным символом.
Итак, на фиг.4 в качестве примера в этой связи показаны три ветропарка 450. Для всех трех ветропарков были использованы одни и те же ссылочные обозначения, хотя они, конечно, могут отличаться своим видом или же своим текущим рабочим режимом. Один из ветропарков 450, который изображен в левой половине, изображен в более крупных деталях и имеет в качестве примера три ветроэнергетические установки 400. Эти три ветроэнергетические установки, которые могут представлять другие ветроэнергетические установки, могут быть, например, одинаковыми по конструкции. Для лучшей обзорности все три приведенные в качестве примера ветроэнергетические установки обозначены одним и тем же ссылочным обозначением 400. Две из этих ветроэнергетических установок 400 изображены только в виде символа, а одна ветроэнергетическая установка 400 для наглядности поясняемой структуры изображена в виде штрихового блока, который в качестве примера имеет четыре блока 460 ввода. Каждый из этих блоков 460 ввода может представлять инвертор, или, соответственно, распределительный шкаф, который содержит такой инвертор.
Для каждого из этих 460 блоков ввода возможно переключение между рабочим режимом I с возбуждением тока и рабочим режимом V с возбуждением напряжения. В каждом из блоков 460 ввода это показано наглядно выключателем, который может осуществлять выбор между рабочим режимом I с возбуждением тока и рабочим режимом V с возбуждением напряжения. При этом в качестве примера у одного из блоков 460 ввода, а именно, у блока ввода, изображенного на изображении фиг.4 внизу, выбран рабочий режим I с возбуждением тока, в отличие от чего остальные три приведенных в качестве примера блока 460 ввода положением выключателя символизируют, что они работают в рабочем режиме с возбуждением напряжения.
Такой выбор может производиться с помощью задающего контроллера 466. Для этого контроллер 466 ветроэнергетической установки через шину 468 данных ветроэнергетической установки соединен с каждым блоком 460 ввода. Через эту шину 468 данных к блокам 460 ввода могут направляться соответствующие управляющие команды. В этой связи на фиг.4 показано, что эта шина 468 данных пересылает изображенному в самом низу блоку 460 управления управляющую команду с содержанием I, то есть управляющую команду выбора рабочего режима с возбуждением тока. Соответственно остальные три показанные в качестве примера блока 460 ввода получают в качестве управляющей команды информацию V, то есть управляющую команду выбора рабочего режима V с возбуждением напряжения.
При этом задающий контроллер 466 ветроэнергетической установки может исполнять управляющую команду более высокого уровня блока 470 управления ветропарка. При этом блок 470 управления ветропарка может через шину 472 данных парка давать соответствующие управляющие команды отдельным ветроэнергетическим установкам 400. В наглядно показанном на фиг.4 примере управляющая команда, которая идет к первой ветроэнергетической установке 400, может, например, означать, что работа должна на 75 процентов выполняться с возбуждением напряжения. Это наглядно показано на входной стороне задающего контроллера 466 ветроэнергетической установки в виде «V75» и может быть указанием работы на 75 процентов с возбуждением напряжения. Такой же сигнал, то есть сигнал V75, идет также к другим двум ветроэнергетическим установкам 400, но ветроэнергетическим установкам 400 могут быть также даны различные команды.
в свою очередь, блок 470 управления ветропарка получает переданный оператором 480 сети сигнал выбора. Это только пример, и вместо этого или дополнительно ветропарк 450 или, соответственно, блок 470 управления ветропарка может также предусматривать переключение или, соответственно, выбор соответствующего рабочего режима на основании других критериев.
Но в этом наглядном примере фиг.4 предусмотрено, что оператор 480 сети передает соответствующий сигнал выбора ветропаркам 450 по каналу 482 передачи данных оператора. Причем к этому каналу 482 передачи данных не должны ставиться высокие требования с точки зрения скорости передачи, потому что переключение между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения или, соответственно, смешанным рабочим режимом не является ни постоянно предусмотренным, ни особенно критичным в отношении времени, а также требует только небольшого количества данных для передачи.
На фиг.5 наглядно показано, как конвертер или инвертор, то есть как блок ввода может реализовывать рабочий режим с возбуждением тока или рабочий режим с возбуждением напряжения.
На фиг.5 наглядно показана соединительная структура 800, которая через разъединитель 802 и соединительный трансформатор 804 может связываться с сетью 806 электроснабжения. Эта соединительная структура 800 может, например, представлять собой соединение нескольких возбуждающих ток или напряжение блоков, которые вместе предоставляют электрическую мощность через соединительную структуру. Соединительная структура может, например, образовывать или включать в себя связь всех силовых шкафов в ветроэнергетической установке.
Наглядно поясняющим образом показаны возбуждающий напряжение блок 808 и возбуждающий ток блок 810, которые сами также являются частью соединительной структуры 800. Оба блока могут быть размещены, например, в ветроэнергетической установке. Кроме того, предусмотрено, что они являются переключаемыми, то есть что они могут работать каждый выборочно как блок, возбуждающий напряжение, или как блок, возбуждающий ток. Но соответствующие датчики для простоты не изображены.
Возбуждающий напряжение блок 808 имеет возбуждающий напряжение инвертор 812, который вырабатывает напряжение u(t) на своем выходе, которое, в частности, измеряется на выходе обозначенного первого выходного фильтра 814. Напряжение u(t) постоянно измеряется и возвращается в первый микроконтроллер 816. При этом этот первый микроконтроллер 816 оценивает мгновенные значения этого измеренного напряжения u(t). И эти измеренные значения, точно так же, как и выданное напряжение, являются трехфазными. Но для пояснения фиг.6 не требуется подробно останавливаться на этой трехфазности. Это относится также к возбуждающему ток блоку 810.
Первый микроконтроллер 816 получает, кроме того, номинальное значение usoll, w напряжения, которое специфицирует настраиваемое напряжение по модулю, частоте и фазе.
Это номинальное значение usoll, w напряжения вырабатывается в первом задающем контроллере 818 инвертора. Оно зависит от номинального напряжения Usoll, N и измеренных значений U, I, f, φ, которые измеряются на выходе первого сетевого дросселя 820.
Возбуждающий ток блок 810, который работает с возбуждением тока, имеет возбуждающий ток инвертор 822, который работает аналогично возбуждающему напряжение инвертору 812, но регулируется на выходной ток i(t). Этот выходной ток i(t) регистрируется на выходе обозначенного второго выходного фильтра 824 и оценивается во втором микроконтроллере 826. При этом второй микроконтроллер 826 получает номинальное значение isoll, w тока, которое определяют вырабатываемый ток i(t) по модулю, частоте и фазе. Второй микроконтроллер 826 управляет соответственно операциями переключения в возбуждающем ток инверторе 822, что обозначено ссылочным обозначением S. Соответственно в то же время первый микроконтроллер 816 управляет операциями переключения в инверторе 812.
Номинальное значение isoll, w тока определяется во втором задающем контроллере 828 инвертора. Оно зависит от напряжения U, тока I, частоты f и фазного угла φ, и эти величины регистрируются на выходе второго сетевого дросселя 830. И второй задающий контроллер 828 инвертора также еще принимает в качестве входной величины номинальное значение Usoll, N напряжения. Первый и второй задающие контроллеры 818 и 828 могут также объединяться в один общий задающий контроллер инверторов.
При этом возбуждающий напряжение блок 808 вырабатывает в результате первый ток I1, а возбуждающий ток блок 819 вырабатывает в результате второй ток I2. Эти два тока I1 и I2 суммируются в общий ток IG. Этот ток течет наглядным образом в схематично изображенной сети 800 парка. Это следует понимать как наглядное пояснение, потому что возбуждающий напряжение блок 808 и возбуждающий ток блок 810 также являются частью сети 800 парка. Поэтому в оставшейся части сети парка течет общий ток IG.
При эксплуатации, когда, например, возникает скачок реактивной мощности или скачок фазы в сети 800 парка, это проявляется в общем токе IG. При этом, так как выходной ток I2 возбуждающего ток блока 810 регулируется им, изменение общего тока IG приводит сначала только к изменению первого тока I1 возбуждающего напряжение блока 808.
Таким образом, изменение общего тока IG привело сначала к изменению первого тока I1, и это зарегистрировал первый задающий контроллер 818 инвертора. Первый задающий контроллер 818 инвертора определяет отсюда, в зависимости от спадания реактивной мощности или спадания активной мощности, новое значение амплитуды напряжения и/или частоты. Соответственно номинальный сигнал usoll, w напряжения адаптируется и передается первому микроконтроллеру 816. Тогда этот микроконтроллер соответственно активирует возбуждающий напряжение инвертер 812. Это приводит соответственно к изменению амплитуды напряжения и/или частоты напряжения, и измеряется возбуждающим ток блоком 810 путем измерения на выходе второго сетевого дросселя 830 и оценивается во втором задающем контроллере 828 инвертора. Тогда в зависимости от этого рассчитывается новое значение реактивной мощности и/или новое значение активной мощности, причем в зависимости от положенного в основу спадания реактивной мощности или спадания активной мощности. Соответственно задается сигнал isoll, w номинального тока и передается второму микроконтроллеру 826. Тогда этот микроконтроллер соответственно активирует возбуждающий ток инвертор 822. В результате теперь второй ток I2 изменяется, вследствие чего первый ток I1 также изменяется и, в свою очередь, приводит к новой адаптации с помощью первого задающего контроллера 818 инвертора, причем снова базирующейся на соответствующих спаданиях, то есть спадании реактивной мощности и спадании активной мощности.
В результате при этом возбуждающий напряжение блок 808 и возбуждающий ток блок 810 будут настраиваться друг на друга так, чтобы они вводили соответствующую активную или реактивную мощность соответственно релевантному для них спаданию при одинаковом отклонении напряжения или, соответственно, одинаковой частоте.
На фиг.5 описана принципиальная эксплуатация блока 808, возбуждающего напряжение, и возбуждающего ток, и оба они могут также эксплуатироваться вместе и осуществлять ввод в одну и ту же сеть. Но могут также работать вместе существенно больше, чем только два блока. Каждый блок в отдельности может работать, как описано выше. Итак, предлагается в зависимости от ситуации сделать акцент на режиме с возбуждением напряжения или режиме с возбуждением тока. В упрощенном примере фиг.5 это означало бы, что оба блока работают с возбуждением напряжения или, соответственно, оба блока - с возбуждением тока. При большом количестве блоков, то есть больше двух блоков, в зависимости от ситуации, может быть достаточно, чтобы не все, а большинство, или по меньшей мере несколько работало с возбуждением напряжения или, соответственно, с возбуждением тока.
На фиг.6 наглядно показан участок 650 сети электроснабжения, который включает в себя крупную электростанцию 652, населенные пункты 658, промышленного потребителя 654, город 656 и несколько ветропарков WP1-WP3. Каждый из этих элементов являются также примером других элементов их вида и для наглядности они соединены через трансформатор T с одной общей линией. Каждый ветропарк WP1-WP3 образует управляемое конвертером устройство ввода.
С помощью приведенных в качестве примера ветропарков WP1-WP3 электрическая мощность может вводиться в сеть 650 электроснабжения. Эти ветропарки WP1-WP3, в принципе, работают с возбуждением тока, но могут также содержать возбуждающие напряжение блоки ввода, и они могут выборочно эксплуатировать блоки ввода с возбуждением тока или с возбуждением напряжения. Они могут также координированным образом управляться устройством 651 управления сети, причем это, в частности, касается управления номинальными значениями. Моментальными значениями или, соответственно, мгновенными значениями каждая ветроэнергетическая установка управляет или, соответственно, регулирует самостоятельно. Устройство 651 управления сети может также управлять переключением одного или нескольких ветропарков WP1-WP3 из режима с возбуждением тока в рабочий режим с возбуждением напряжения, или наоборот. Оно может также задавать долю возбуждающих ток или возбуждающих напряжение блоков ввода и таким образом в несколько этапов или плавным переходом осуществлять изменение между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения.
Для передачи таких уставок, включая передачу номинальных значений, предусмотрено средство передачи, которое по каналу 653 передачи данных передает ветропаркам WP1-WP3 данные, которые вводятся в каждом из них через интерфейс. Для этого каждый ветропарк WP1-WP3 может иметь центральный блок управления парка, чтобы распределять заданные устройством 651 управления сети значения по ветроэнергетическим установкам ветропарка. При этом каждая ветроэнергетическая установка может иметь несколько блоков ввода, и при этом каждая ветроэнергетическая установка может также поэтапно переходить из рабочего режима с возбуждением тока в рабочий режим с возбуждением напряжения.
Связь между ветропарками WP1-WP3 и устройством 651 управления сети может также осуществляться двунаправленно, как наглядно показывает соответствующее изображение каналов передачи данных стрелками в двух направлениях. Передача может осуществляться по кабелю или без кабеля, или в комбинации того и другого.
При этом устройство 651 управления сети может также учитывать данные каждого ветропарка. При этом оно может, например, получать и оценивать информацию о достигнутых ограничениях тока. Двунаправленная передача информации открывает также возможность выполнения ветропарком функции измерительного сенсора и снятия измеренных значений сети 650 электроснабжения, в частности напряжения и частоты, и передачи этих измеренных данных для дальнейшего применения в устройство управления сети. Отсюда может приниматься и оцениваться информация, в частности, о состояниях сети или свойствах сети, чтобы затем учитывать критерии переключения между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения.
По одному из примеров возможен случай, когда электростанция, например, электростанция 652, будет отключена. Тогда вследствие этого может возникнуть скачок фаз и/или изменение частоты. Это может регистрировать, например, устройство 651 управления сети, или это передается ему в виде информации от оператора сети. Тогда устройство 651 управления сети может давать ветропаркам WP1-WP3, или по меньшей мере одному из них, сигнал повышения возбуждающих напряжение свойств. Тогда затронутые ветропарки могут переключаться, или, соответственно, переходить в рабочий режим с возбуждением напряжения, или по меньшей мере повышать долю возбуждающих напряжение блоков путем переключения.
В соответствии с изобретением было, в частности, обнаружено, что сети электроснабжения могут изменяться. Это может касаться, например, Европейской объединенной сети, которая названа здесь в качестве примера и упрощенно называется Объединенной сетью, представляющей также другие объединенные сети. При замещении традиционных электростанций базирующимися на конвертере, обновляемыми энергетическими установками из Объединенной системы могут исключаться производители, возбуждающие напряжение.
При бесперебойной эксплуатации Объединенная сеть при определенных обстоятельствах может эксплуатироваться с очень малым количеством распределенных наиболее равномерным возможным образом возбуждающих напряжение блоков, вплоть до их отсутствия.
Но было обнаружено, что при нарушенной эксплуатации, в режиме восстановления сети или в случае пуска из полностью обесточенного состояния, при определенных обстоятельствах может быть, однако, необходимо, по меньшей мере может быть полезно поведение с возбуждением напряжения.
Чтобы реализовать это, предлагается, чтобы установки, то есть, в частности, ветроэнергетические установки или ветропарки, в зависимости от свойств сети, и/или рабочей точки установок работали либо с возбуждением тока, либо с возбуждением напряжения и динамически переключали эти свойства.
Одним из достижимых преимуществ этого решения было бы избегание нестабильностей из-за скопления слишком большого количества возбуждающих напряжение систем при одновременном покрытии минимальной потребности возбуждающих напряжение систем в сети.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам ввода электрической мощности в сеть электроснабжения. Технический результат заключается в улучшении поддержки сети и стабилизации сети с помощью управляемых конвертером устройств ввода. Достигается тем, что для ввода электрической мощности возможен выбор по меньшей мере между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения, и при этом в рабочем режиме с возбуждением тока осуществляют управление или регулирование на номинальное значение тока, а в рабочем режиме с возбуждением напряжения осуществляют управление или регулирование на номинальное значение напряжение, и причем текущий рабочий режим может изменяться между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения в несколько этапов или с плавным переходом, и причем может устанавливаться смешанный рабочий режим, который, в частности, имеет или, соответственно, комбинирует свойство возбуждения тока и свойство возбуждения напряжения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ ввода электрической мощности в сеть (120) электроснабжения в точке подключения к сети посредством управляемого конвертером устройства ввода, в частности посредством ветропарка (112) или ветроэнергетической установки (100), при этом
- для ввода электрической мощности возможен выбор по меньшей мере между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения, и при этом
- в рабочем режиме с возбуждением тока осуществляют управление или регулирование на номинальное значение тока, а
- в рабочем режиме с возбуждением напряжения осуществляют управление или регулирование на номинальное значение напряжение, и причем
- текущий рабочий режим может изменяться между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения в несколько этапов или с плавным переходом, и причем
- может устанавливаться смешанный рабочий режим, который, в частности, имеет или, соответственно, комбинирует свойство возбуждения тока и свойство возбуждения напряжения.
2. Способ по п.1,
отличающийся тем, что
переключение между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения осуществляют в зависимости от по меньшей мере одного из следующих критериев из списка, включающего в себя:
- уровень колебания напряжения в сети электроснабжения;
- уровень ограничения тока, который является мерой того, как часто возбуждающие напряжение блоки управляемого конвертером устройства ввода достигали ограничения тока;
- отношение осуществляющих ввод в сеть электроснабжения, непосредственно связанных синхронных генераторов к осуществляющим ввод в сеть электроснабжения, управляемым конвертером устройствам ввода, при этом в качестве исходной величины используют, в частности, соответствующую текущую вводимую мощность, в частности активную мощность или, соответственно, отношение соответствующей вводимой мощности и активной мощности;
- уровень колебания частоты в сети электроснабжения;
- уровень скачков фаз в сети;
- сетевое свойство сети электроснабжения, в частности восприимчивость сети;
- рабочее состояние управляемого конвертером устройства ввода, в частности текущую вводимую мощность, в частности активную мощность, относительно номинальной мощности управляемого конвертером устройства ввода;
- долю осуществляющих ввод в сеть электроснабжения возбуждающих напряжение устройств ввода;
- долю осуществляющих ввод в сеть электроснабжения ветроэнергетических установок;
- долю осуществляющих ввод в сеть электроснабжения солнечных генераторов;
- мощность короткого замыкания в точке подключения к сети;
- сетевой импеданс в точке подключения к сети;
- отношение короткого замыкания в точке подключения к сети;
- обнаружение образования отдельной сети, в частности образования автономной сети; и
- внешний сигнал переключения или сигнал выбора, в частности сигнал переключения, заданный оператором сети электроснабжения.
3. Способ по любому из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
для переключения между рабочим режимом с возбуждением тока и с возбуждением напряжения предусмотрено управление переключением, причем это управление переключением
- имеет имплементированный критерий переключения,
- осуществляет переключение в зависимости от по меньшей мере одного критерия по п.2, и/или
- имеет имплементированный алгоритм адаптации, который использует критерий, в частности критерий по п.2, и качественно и/или количественно оценивает изменения после переключения посредством параметра качества.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
дополнительно может выбираться рабочий режим с возбуждением частоты, в котором управляемое конвертером устройство ввода управляется или регулируется на номинальное значение частоты, в частности, может осуществляться переключение между рабочим режимом с возбуждением частоты и рабочим режимом с открытой частотой, при этом управляемое конвертером устройство ввода в рабочем режиме с открытой частотой регулируют на зарегистрированную в сети электроснабжения частоту.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
управляемое конвертером устройство ввода выводит сигнал напряжения на выходе напряжения,
- выход напряжения подключен к дросселю, так что в зависимости от сигнала напряжения, от напряжения в сети электроснабжения и от дросселя получают выходной ток и выходное напряжение на выходе дросселя, при этом
- в рабочем режиме с возбуждением тока используется регулирование тока, и выходной ток возвращается в качестве действительного значения, и/или
- в рабочем режиме с возбуждением напряжения используется регулирование напряжения, и выходное напряжение на выходе дросселя возвращается в качестве действительного значения.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
- переключение или выбор между рабочим режимом с возбуждением напряжения и рабочим режимом с возбуждением тока реализуют с помощью реализованного в компьютере управления, в частности, что
- регистрацию для возврата какого-либо или, соответственно, указанного выходного тока и какого-либо или, соответственно, указанного выходного напряжения осуществляют постоянно, и реализованным в компьютере управлением может осуществляться выбор между зарегистрированным выходным током и зарегистрированным выходным напряжением в качестве возвращаемого действительного значения, и/или
- управляемое конвертером устройство ввода имеет по меньшей мере один конвертер для генерирования сигнала напряжения посредством последовательности импульсов в виде импульсного сигнала напряжения, и при этом последовательность импульсов генерируют в зависимости от выбранного рабочего режима и возвращаемого действительного значения.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
- в качестве номинального значения тока или номинального значения напряжения задают диапазон тока или, соответственно, диапазон напряжения.
8. Устройство ввода, в частности ветроэнергетическая установка (100) или ветропарк (112), для ввода электрической мощности в сеть (120) электроснабжения в точке (118) подключения к сети, включающее в себя
- по меньшей мере один конвертер или инвертор (808, 810) для осуществления ввода, так что устройство ввода работает при управлении конвертером;
- по меньшей мере один контроллер (466) переключения для переключения между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения, при этом
- в рабочем режиме с возбуждением тока осуществляется управление или регулирование на номинальное значение тока, а
- в рабочем режиме с возбуждением напряжения осуществляется управление или регулирование на номинальное значение напряжения, и
- текущий рабочий режим можно изменять между рабочим режимом с возбуждением тока и рабочим режимом с возбуждением напряжения в несколько этапов или с плавным переходом, и причем
- может быть установлен смешанный рабочий режим, который, в частности, имеет или, соответственно, комбинирует свойство возбуждения тока и свойство возбуждения напряжения.
9. Устройство ввода по п.8,
отличающееся тем, что
устройство ввода выполнено с возможностью осуществляется способа по любому из пп. 1-7.
| US 2013215652 A1, 22.08.2013 | |||
| US 2017018932 A1, 19.01.2017 | |||
| US 2001048290 A1, 06.12.2001 | |||
| US 8664788 B1, 04.03.2014 | |||
| СИЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ | 2006 |
|
RU2408971C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ | 2013 |
|
RU2605083C2 |
