СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
METHOD OF POWER SUPPLY NETWORK RESTORATION

Настоящее изобретение касается способа восстановления сети электроснабжения оператора сети посредством по меньшей мере одной ветроэнергетической установки. Также настоящее изобретение касается ветроэнергетической установки, а также ветропарка.
Эксплуатация сети электроснабжения, такой как, например, европейская объединенная сеть, общеизвестна.
При этом в общем случае, сети электроснабжения имеют несколько участков сети, имеющих номинальное напряжение сети и сетевую номинальную частоту, которые соединены друг с другом через распределительные устройства.
При этом участки сети расположены друг относительно друга как горизонтально, то есть с одинаковым номинальным напряжением сети, так и вертикально, то есть с различным номинальным напряжением сети, и соединены друг с другом через распределительные устройства и при необходимости через трансформаторные станции.
При этом распределительные устройства предусмотрены для защиты сети электроснабжения. В частности, путем отсоединения участков сети, имеющих ошибку сети, т.н. неисправных участков сети, должна обеспечиваться надлежащая (дальнейшая) эксплуатация иных или, соответственно, дополнительных участков сети.
Из-за разных ошибок сети или, соответственно, неисправностей, например, вследствие выхода из строя нескольких электростанций на одном участке сети, может случиться, что напряжение сети электроснабжения, в частности напряжение сети неисправного участка сети, провалится или, соответственно, исчезнет или будет отсутствовать.
То есть затронутый этой неисправностью участок сети имеет по существу напряжение сети, которое недостаточно для надлежащей эксплуатации соответствующего участка сети. Тогда соответствующий участок сети обычно посредством распределительных устройств отключается от напряжения, то есть отсоединяется от сети электроснабжения или, соответственно, от дополнительных, связанных с этим участком сети участков сети. В обиходе это называется также прерыванием подачи тока.
В случае крупной неисправности также на нескольких участках сети может отсутствовать напряжение сети, или возможен блэкаут сети электроснабжения, как, например, это случилось в 2003 г. в Италии или в 2011 г. в США.
На такой случай оператор сети электроснабжения или, соответственно, неисправного участка сети обычно предусматривает, чтобы напряжение сети после разрешения ошибки восстанавливалось и стабилизировалось посредством больших традиционных электростанций, прежде чем соответствующий участок сети или, соответственно, сеть электроснабжения снова будет эксплуатироваться надлежащим образом. В частности, оператор сети предусматривает, чтобы в случае исчезновения напряжения традиционные электростанции восстанавливали и стабилизировали напряжение сети на затронутом участке сети. Этот процесс называется также восстановлением сети.
При этом восстановление напряжения сети неисправного или, соответственно, не имеющего напряжения участка сети может, в принципе, осуществляться посредством электростанций, способных к пуску из полностью обесточенного состояния, или посредством смежного через распределительные устройства дополнительного участка сети.
Таким образом для неисправного участка сети предоставляется напряжение восстановления сети, которое обычно нестабильно или, соответственно, лежит ниже номинального напряжения сети этого участка сети. Из-за этого неисправный участок сети, хотя и имеет снова напряжение сети, но не может эксплуатироваться надлежащим образом.
Соответственно плану действий оператора сети, теперь постепенно подключаются дополнительные потребители и традиционные электростанции, пока не будет снова возможна надлежащая эксплуатация указанного участка сети.
Только теперь к этому участку сети могут снова надлежащим образом подключаться дополнительные потребители и генераторы или, соответственно, снова эксплуатироваться надлежащим образом.
С учетом того факта, что все большее значение приобретают регенеративные генераторы, для восстановления сети может быть критично, что в случае исчезновений напряжения или, соответственно, блэкаутов соответствующее напряжение сети затронутого исчезновением напряжения участка сети стабилизируется множеством традиционных электростанций без учета многих регенеративных генераторов.
Немецкое ведомство по патентам и торговым маркам провело поиск по приоритетной заявке к настоящей заявке выявило следующий уровень техники: EP 1 993 184 A1 и EP 1 665 494 B1.
При этом задачей настоящего изобретения является решить по меньшей мере одну из вышеназванных проблем, в частности, должно быть предложено решение, которое позволит поддерживать напряжение сети участка сети электроснабжения во время восстановления сети электроснабжения без широкого и/или исключительного применения традиционных электростанций. Но по меньшей мере должна быть предложена альтернатива известным до сих пор решениям.
При этом в соответствии с изобретением предлагается способ восстановления сети электроснабжения оператора сети посредством по меньшей мере одной ветроэнергетической установки по п.1 формулы изобретения. Соответственно этому ветроэнергетическая установка соединяется с первым участком сети, причем первый участок сети имеет номинальное напряжение сети и через по меньшей мере одно распределительное устройство связан с дополнительным участком сети, причем это распределительное устройство предназначено для того, чтобы в случае ошибки отсоединять первый участок сети от указанного по меньшей мере одного дополнительного участка сети.
Под случаем ошибки должно, в частности, пониматься исчезновение/отключение напряжения сети первого участка сети, которое было обусловлено, например, коротким замыканием в первом участке сети. При исчезновении напряжения затронутый участок сети обычно уже не имеет напряжения сети. Но под случаем ошибки понимается также провал напряжения, который был вызван, например, тоже коротким замыканием в первом участке сети. При провале напряжения затронутый участок сети, хотя и имеет напряжение сети, но оно так нестабильно и/или является таким низким, что участок сети не может эксплуатироваться надлежащим образом.
Если возникает или, соответственно, был распознан случай ошибки, в соответствии с изобретением предлагается, чтобы ветроэнергетическая установка эксплуатировалась в режиме наблюдения. При этом указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка переходит из режима нормальной эксплуатации в режим наблюдения. В режиме наблюдения указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка не подает электрическую мощность в первый участок сети, а проверяет статус участка сети, в частности на предмет того, имеет ли участок сети напряжение восстановления сети.
Статус первого участка сети может проверяться, например, посредством регистрации напряжения или запрашиваться у оператора сети. Сама регистрация напряжения может осуществляться путем измерения напряжения сети первого участка сети, в частности посредством указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки или посредством паркового регулятора соответствующего ветропарка.
Таким образом, в режиме наблюдения указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка не подает электрическую мощность в первый участок сети, и одновременно контролирует статус первого участка сети. Предпочтительно также в режиме наблюдения регистрируется напряжение сети, чтобы констатировать, имеется ли в первом участке сети напряжение восстановления сети, то есть, в частности, имеет ли первый участок сети снова напряжение сети или, соответственно, квазистабильное напряжение. При этом регистрация напряжения сети может осуществляться указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой, например, с помощью вольтметра. При этом напряжение восстановления сети представляет собой, в частности, стабильное напряжение сети, которое имеет величину, лежащую в диапазоне допусков номинального напряжения сети. Причем диапазон допусков может, например, составлять 10% от номинального напряжения сети, так что достаточно соответствующего напряжения от 90% до 110% номинального напряжения сети. Тогда такое напряжение считается стабильным. Таким образом, напряжение восстановления сети имеется, когда напряжение сети стабильно движется в диапазоне допусков, в частности в течение нескольких минут, например, больше 10 минут.
Предпочтительно указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка в режиме наблюдения вырабатывает, к тому же, столько электрической энергии, сколько ей нужно для собственных нужд. Это может достигаться, например, за счет того, что указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка эксплуатируется сильно дросселируемым образом, например, при 1% номинальной мощности ветроэнергетической установки. Эта вырабатываемая при дросселируемой эксплуатации электрическая энергия используется затем, например, для эксплуатации светотехнических устройств указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки и/или отопительных устройств по меньшей мере одной ветроэнергетической установки и/или снабжения устройства связи с оператором сети и/или перестановки угла азимута гондолы указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, в частности для поворота указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки под ветер или, соответственно, ориентации по ветру. Таким образом, режим наблюдения указанной по меньшей мере одной включает в себя предпочтительно режим собственных нужд, который также может называться «self sustaining mode» (англ. самоподдерживающий режим), в котором указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка снабжает сама себя электрической энергией.
Итак, если в режиме наблюдения констатируется, что имеется напряжение восстановления сети, в частности напряжение сети, с которым первый участок сети может восстанавливаться посредством по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, в соответствии с изобретением предлагается, чтобы ветроэнергетическая установка эксплуатировалась в режиме восстановления сети или, соответственно, переходила в этот режим. При этом предлагается, чтобы указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка изменяла свой режим эксплуатации, предпочтительно с режима наблюдения на какой-либо или, соответственно, указанный режим восстановления сети, когда первый участок сети имеет напряжение восстановления сети, в частности чтобы поддерживать напряжение сети.
Тогда в режиме восстановления сети ветроэнергетическая установка имеет предпочтительно управление в зависимости от заданного напряжения. Соответственно этому ветроэнергетическая установка при восстановлении сети варьирует свою подаваемую реактивную мощность так, что поддерживается как можно более стабильное напряжение сети. То есть ветроэнергетическая установка подает в первый участок сети по существу столько электрической реактивной мощности, сколько необходимо, чтобы поддерживать стабильное напряжение сети, в частности, чтобы удерживать напряжение сети в некотором диапазоне допусков, который в одном из вариантов осуществления составляет 90-110 процентов номинального напряжения сети. При этом предпочтительно ветроэнергетическая установка в режиме восстановления сети регистрирует напряжение сети первого участка сети. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления, кроме того, управление подаваемой электрической эффективной мощностью указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки осуществляется посредством заданного значения эффективной мощности, которое установлено оператором сети. Соответственно этому электрическая реактивная мощность настраивается в зависимости от заданного напряжения, и электрическая эффективная мощность подстраивается под заданное значение эффективной мощности, которое установлено оператором сети.
Теперь, когда случай ошибки закончился, ветроэнергетическая установка продолжает эксплуатироваться в режиме нормальной эксплуатации или, соответственно, снова эксплуатируется в режиме нормальной эксплуатации. Это осуществляется предпочтительно по сигналу оператора сети, который показывает, что случай ошибки закончился. Тогда в режиме нормальной эксплуатации ветроэнергетическая установка снова подает электрическую эффективную и реактивную мощность, в частности в зависимости от преобладающего ветра и/или сетевой частоты первого участка сети.
Предпочтительно случай ошибки представляет собой падение напряжения в первом участке сети и/или завышенную частоту в первом участке сети и/или пониженную частоту в первом участке сети.
При этом случай ошибки возникает в участке сети, с которым соединена указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка.
Кроме того, ошибка представляет собой падение напряжения, в частности провал напряжения, при котором напряжение сети опускается ниже по меньшей мере некоторого значения напряжения, которое существенно меньше, чем номинальное напряжение сети, например, меньше, чем 90% номинального напряжения сети. В зависимости от конструкции участка сети или, соответственно, сети электроснабжения, это значение напряжения может быть также меньше 90% номинального напряжения сети.
Далее, ошибка может также представлять собой завышенную частоту или, соответственно, пониженную частоту. Завышенная частота имеется, например, когда сетевая частота превышает 52,5 Гц, а номинальная сетевая частота равна 50 Гц. Пониженная частота имеется, например, когда сетевая частота опускается ниже 47,5 Гц, а номинальная сетевая частота равна 50 Гц. Таким образом, случай ошибки может также регистрироваться по сетевой частоте. Особенно предпочтительно при регистрации сетевой частоты для нахождения случая ошибки, что сетевая частота может отображать случай ошибки, прежде чем произошел провал напряжения сети. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления случай ошибки имеется, когда как напряжение сети лежит ниже 90% номинального напряжения сети, так и сетевая частота лежит вне пределов частоты, которые определены от 47,5 до 52,5 Гц.
Предпочтительно случай ошибки констатируется по сообщению оператора сети и/или путем регистрации напряжения сети первого участка сети, причем зарегистрированное таким образом напряжение сети меньше 90% номинального напряжения сети.
Таким образом, случай ошибки при этом предложении констатируется оператором сети, в частности путем измерения напряжения сети предпочтительно в первом участке сети. Кроме того или альтернативно случай ошибки констатируется путем регистрации, в частности самой указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой или блоком управления ветропарка, имеющего указанную по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку. Особенно предпочтительно о случае ошибки оператор сети сообщает указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установке, и после этого ветроэнергетическая установка сама проверяет, действительно ли имеется случай ошибки, например, путем измерения напряжения сети первого участка сети. Случай ошибки имеется только тогда, когда измеренное напряжение сети также находится вне диапазона допусков, который лежит около номинального напряжения сети. Предпочтительно измеренное напряжение сети меньше 90 процентов номинального напряжения сети.
Предпочтительно то, что случай ошибки закончился, распознается по сообщению оператора сети и/или путем регистрации напряжения сети первого участка сети, при этом зарегистрированное таким образом напряжение сети больше 70%, предпочтительно 90% номинального напряжения сети, если оно прежде было ниже. В частности, для этого предлагается, чтобы для этого напряжение сети по меньшей мере в течение предопределенного минимального периода времени лежало выше данного значения.
Кроме того или альтернативно окончание случая ошибки может регистрироваться путем регистрации стабильности частоты, при этом стабильность частоты имеет место, когда сетевая частота в течение предопределенного периода времени движется в некотором диапазоне допусков, причем этот диапазон допусков имеет верхний и нижний предел, в частности при этом верхний предел лежит выше номинальной сетевой частоты, а нижний предел лежит ниже номинальной сетевой частоты, в частности при этом верхний предел составляет 51 Гц, а нижний предел 49 Гц, а номинальная сетевая частота равна 50 Гц, и/или с помощью распознавания сети, которое предназначено для того, чтобы варьировать подаваемую реактивную мощность и наблюдать за первым участком сети.
Случай ошибки имеет место до тех пор, пока оператор сети не сообщит, что случай ошибки закончился. Таким образом, случай ошибки определен, в частности, от сообщения оператора сети, что имеется случай ошибки, до сообщения оператора сети, что этот случай ошибки закончился. При этом упомянутый в сообщении случай ошибки может иметь место значительно дольше, чем собственно физическая ошибка в сети электроснабжения. При этом особенно предпочтительно, что оператор сети, который часто имеет значительно лучшие сведения о сети электроснабжения, может решать, когда целесообразно, чтобы указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка снова перешла в режим нормальной эксплуатации.
Альтернативно случай ошибки закончился, когда регистрируется напряжение сети первого участка сети, которое больше 70% номинального напряжения сети. Регистрация может осуществляться как оператором сети, так и ветроэнергетической установкой или, соответственно, блоком управления самого ветропарка, имеющего указанную по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку. При этом регистрация может осуществляться путем измерения напряжения сети первого участка сети.
Особенно предпочтительно случай ошибки закончился, когда оператор сети сообщает об этом указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установке, и после этого ветроэнергетическая установка сама проверяет, больше ли напряжение сети 90% номинального напряжения сети. То есть случай ошибки закончился только тогда, когда оператор сети сообщает об этом, и напряжение сети также действительно больше 90% номинального напряжения сети.
Согласно одному из вариантов предлагается распознавание сети, которое предназначено для того, чтобы возбуждать сеть и наблюдать первый участок сети, чтобы определять размер первого участка сети, предпочтительно чтобы определять статику первого участка сети. Таким образом, то, что случай ошибки закончился, может также подтверждаться путем регистрации стабильной частоты и/или путем оценки размера первого участка сети, например, по полному сопротивлению первого участка сети, и/или путем оценки статики сети. Это может осуществляться, например, путем варьирования подаваемой реактивной мощности и последующего наблюдения сетевой частоты и/или напряжения сети. Если реактивная мощность коротко повышается, а напряжение или частота сильно изменяется, то первый участок сети мал или, соответственно, еще не полностью восстановлен. Если реакция на варьирование подаваемой реактивной мощности в первый участок сети, напротив, незначительна, то можно исходить из того, что случай ошибки закончился.
Предпочтительно режим восстановления сети включает в себя режим эксплуатации с синхронизацией, при этом ветроэнергетическая установка синхронизируется с напряжением сети первого участка сети, предпочтительно когда напряжение сети по существу стабильно.
Режим восстановления сети указанной по меньшей мере одной полки ветроэнергетической установки включает в себя, таким образом, также режим эксплуатации  с синхронизацией. При работе с синхронизацией ветроэнергетическая установка проверяет, в частности, выполнены ли условия синхронизации для подключения к первому участку сети, который имеет напряжение восстановления сети, а именно, совпадают ли напряжение на клеммах ветроэнергетической установки и напряжение восстановления сети по своей частоте и величинам и имеют ли одинаковое положение фазы. В случае, когда указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка образует ветропарк, режим эксплуатации  с синхронизацией выполняется регулятором ветропарка, который управляет ветроэнергетическими установками ветропарка так, что напряжение на клеммах ветропарка синхронно с напряжением восстановления сети. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления синхронизация или, соответственно, режим эксплуатации с синхронизацией осуществляется не раньше, предпочтительно только, когда напряжение сети по существу стабильно, то есть пригодно для восстановления сети.
Предпочтительно режим восстановления сети включает в себя управление мощностью, при котором ветроэнергетическая установка подает электрическую мощность в первый участок сети в зависимости от заданного значения мощности, при этом предпочтительно заданное значение мощности устанавливается оператором сети и/или электрическая мощность повышается так, что она при остающемся рассогласовании медленно подстраивается, в частности посредством И-регулятора.
Восстановление сети включает в себя, таким образом, предпочтительно режим эксплуатации с синхронизацией, управление мощностью, посредством которого осуществляется управление электрической мощностью, в частности электрической эффективной мощностью указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки. При этом управление осуществляется в зависимости от заданного значения мощности, которое указывает, сколько электрической мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки должно подаваться в первый участок сети. Предпочтительно это заданное значение мощности устанавливается оператором сети, например, с помощью линейно изменяющейся функции. При этом уставка оператора сети может быть заложена в управление ветроэнергетической установки или передаваться непосредственно оператором сети. Ветроэнергетическая установка имеет при этом управление, включающее в себя управление мощностью, которое может быть имплементировано как в виде аппаратного обеспечения, так и в виде программного обеспечения и предназначено для того, чтобы принимать заданные значения мощности оператора сети и/или сохранять в памяти заданные значения мощности оператора сети для восстановления сети. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления управление электрической эффективной мощностью осуществляется независимо от управления электрической реактивной мощностью.
Кроме того или альтернативно, электрическая мощность подстраивается к отклонению сетевой частоты от номинальной сетевой частоты так, что отклонение минимизируется. При этом управление электрической мощностью, например, посредством И-регулятора, осуществляется так, что оно противодействует отклонению сетевой частоты от номинальной сетевой частоты.
Предпочтительно управление мощностью имеет поддержание частоты, которое удерживает часть электрической мощности, чтобы высвобождать ее, в частности подавать при необходимости для поддержания первого участка сети, и/или ограничивает подачу электрической мощности, когда первый участок сети имеет сетевую частоту, являющуюся завышенной частотой.
Таким образом, управление мощностью рассчитано так, чтобы оно намеренно удерживало часть электрической мощности, чтобы использовать ее для поддержания частоты, то есть, чтобы тем самым при необходимости поддерживать частоту напряжения сети электроснабжения. Например, управление мощностью имеет линейную зависимость эффективной мощности, имеющую подъем, который устанавливает подаваемую электрическую эффективную мощность. Итак, если эта линейная зависимость имеет заданное значение эффективной мощности, которое больше, чем потенциальная фактическая мощность ветроэнергетической установки, потому что, например, дует слишком слабый ветер, линейная зависимость эффективной мощности корректируется в сторону уменьшения и, в частности, подъем линейной зависимости уменьшается, и причем так, что новое заданное значение эффективной мощности меньше, чем потенциальная фактическая мощность ветроэнергетической установки. Тогда разность заданного значения эффективной мощности и потенциальной фактической мощности образует электрическую мощность, которая намеренно удерживается, чтобы при необходимости высвобождать или, соответственно, предлагать ее оператору сети для поддержания частоты первого участка сети и соответственно подавать при запросе оператора сети. При этом подача энергии указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки дросселируется путем поддержания частоты, чтобы удерживать некоторую часть на случай необходимости.
При этом особенно предпочтительно, что указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка при осуществлении предлагаемого изобретением способа предназначена для того, чтобы дополнительно предоставлять мощность регулирования, которая может использоваться на то, чтобы стабильно поддерживать частоту первого участка сети и/или стабилизировать частоту сети электроснабжения. Помимо этого, ветроэнергетическая установка может особенно быстро предоставлять эту мощность регулирования.
Кроме того или альтернативно, управление мощностью имеет ограничитель, который ограничивает подаваемую мощность указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, когда первый участок сети имеет завышенную частоту. Завышенная частота имеется, например, когда первый участок сети имеет номинальную сетевую частоту 50 Гц, и сетевая частота лежит выше 52,5 Гц или, соответственно, регистрируется сетевая частота, которая больше 52,5 Гц.
Предпочтительно ветроэнергетическая установка эксплуатируется так, что она удерживает и/или при необходимости подает предопределенную долю, в частности по меньшей мере 5 процентов, в частности по меньшей мере 10 процентов, своей номинальной мощности в качестве мощности регулирования, чтобы минимизировать возникающее колебание частоты в первом участке сети, и/или предоставляет, в частности сообщает оператору сети для дальнейших мер по регулированию.
При этом ветроэнергетическая установка, в частности во время режима восстановления сети, эксплуатируется так, что она удерживает по меньшей мере 5 процентов своей номинальной мощности в качестве мощности регулирования и подает только при необходимости, чтобы противодействовать возникающим колебаниям частоты в первом участке сети. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления ветроэнергетическая установка независимо от состояния первого участка сети эксплуатируется так, что она удерживает по меньшей мере 5 процентов своей номинальной мощности в качестве мощности регулирования.
Кроме того или альтернативно, управление ветроэнергетической установкой осуществляется в зависимости от отклонения частоты. При этом ветроэнергетическая установка подает в первый участок сети электрическую эффективную мощность, которая настраивается в зависимости от отклонения сетевой частоты от предопределенной заданной частоты, например, посредством П-регулятора. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления ветроэнергетическая установка имеет также И-регулятор, который предназначен для того, чтобы подстраивать, предпочтительно медленно подстраивать подаваемую эффективную мощность к отклонению частоты так, чтобы отклонение сетевой частоты от номинальной сетевой частоты минимизировалось или, соответственно, отрегулировалось.
Предпочтительно для режима восстановления сети регистрируется прогноз погоды, в частности для определения гарантированной минимальной мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, причем этот прогноз погоды составляется самой указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой и/или затребуется указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой, в частности затребуется у оператора сети.
Таким образом, режим восстановления сети, предпочтительно для режима эксплуатации с синхронизацией и управления мощностью, имеет прогноз погоды. Предпочтительно этот прогноз погоды пригоден по меньшей мере для того, чтобы предсказывать преобладающие условия ветра для указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки по меньшей мере на следующие два, предпочтительно четыре часа. При этом особенно предпочтительно эти преобладающие условия ветра включают в себя по меньшей мере одну скорость ветра и одно направление ветра.
Скорость ветра предпочтительно представляет собой среднюю скорость ветра, которая нормирована по нормальному нолю. Тогда посредством поправочного коэффициента эта средняя скорость ветра пересчитывается применительно к высоте ступицы соответствующей ветроэнергетической установки, чтобы рассчитать производительность ветроэнергетической установки. Средняя скорость ветра особенно предпочтительно представляет собой скорость ветра, которая усреднена на интервале времени в 15 минут.
Посредством прогноза погоды, и в частности с учетом географических данных местонахождения указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, например, оншора или, оффшора, определяется гарантированная минимальная мощность указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки. При этом сам прогноз погоды может выполняться самой указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой или оператором сети, причем тогда оператор сети предпочтительно передает прогноз погоды указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установке. Тогда определение гарантированной минимальной мощности осуществляется указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой или, соответственно, ее оператором.
Предпочтительно гарантированная минимальная мощность указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки определяется, в частности, на базе некоторого или, соответственно, указанного прогноза погоды.
Таким образом, восстановление сети включает в себя также определение гарантированной минимальной мощности, которая находится, в частности, на базе прогноза погоды. Гарантированная минимальная мощность представляет собой мощность, которую может поставлять ветроэнергетическая установка в предопределенный или запрашиваемый период времени, причем это значение также известно и поэтому может гарантироваться или, соответственно, обеспечено с вероятностью по меньшей мере 3σ, предпочтительно 5σ. При этом гарантированная минимальная мощность обеспечена по меньшей мере с вероятностью 93,3% или, соответственно, безошибочна, предпочтительно обеспечена по меньшей мере с вероятностью 99,77% или, соответственно, безошибочна. Особенно здесь на основании прогноза погоды проверяется, сколько мощности ветра имеется в распоряжении по меньшей мере. То есть одновременно учитываются размахи колебаний прогноза погоды, и затем берется по сути мощность, которая может поставляться в каждом случае. При этом восстановление сети осуществляется в зависимости от гарантированной минимальной мощности. В частности, регуляторы ветроэнергетической установки соответственно параметрируются в зависимости от гарантированной минимальной мощности. Например, в зависимости от прогноза погоды находится гарантированная минимальная мощность в 2 МВт на следующие 4 часа, при этом сама ветроэнергетическая установка имеет номинальную мощность 4 МВт. Тогда регулятор, в частности управление мощностью, настраивается так, чтобы максимальное заданное значение составляло 2 МВт. Это может осуществляться, например, путем изменений линейных зависимостей мощности или ограничения или, соответственно, параметрирования ограничителя.
Предпочтительно некоторое значение или другая информация гарантированной минимальной мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки передается оператору сети в зависимости от некоторого или, соответственно, указанного прогноза погоды.
При этом оператору сети, например, самой указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой или оператором указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки передается некоторое значение гарантированной минимальной мощности или, соответственно, информация о гарантированной минимальной мощности, которая была найдена в зависимости от прогноза погоды. При этом оператор сети для восстановления сети может одновременно учитывать указанную по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку или, соответственно, мощность, указанную ею в качестве гарантированной мощности, в качестве постоянной величины.
При этом особенно предпочтительно, что при этом также оператор сети в ситуации восстановления сети с очень высокой точностью может определять имеющуюся в распоряжении мощность для соответствующего участка сети и соответственно этой имеющейся в распоряжении мощности может выбирать соответствующий план действий для восстановления сети. Такой метод позволяет оператору сети также указывать указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установке точное, и в частности оптимизированное, заданное значение, в частности заданные значения эффективной и реактивной мощности в виде линейных зависимостей эффективной и реактивной мощности для восстановления сети.
Предпочтительно синхронизированное с напряжением сети напряжение предоставляется указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой первому участку сети, в частности в зависимости от некоторого или, соответственно, указанного прогноза погоды и/или в зависимости от заданной уставки напряжения оператора сети, причем эта заданная уставка напряжения была найдена в зависимости от прогноза погоды, в частности была найдена оператором сети.
Указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк предоставляют, таким образом, синхронизированное с напряжением сети напряжение на клеммах, которое по частоте, величины и положению фазы по существу равно напряжению сети. Предпочтительно это напряжение настраивается в зависимости от заданной уставки напряжения оператора сети, причем эта заданная уставка напряжения указывает, в частности, величину заданного значения напряжения в зависимости от прогноза погоды. Например, прогноз погоды подтверждает, что преобладающие условия ветра в ближайшие часы достаточны для того, чтобы могла эксплуатироваться указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка. Тогда заданная уставка напряжения имеет заданное значение напряжения, которое лежит выше номинального напряжения сети, например, равна 105% номинального напряжения сети. Если прогноз погоды подтверждает, что преобладающие условия ветра достаточны только для 50% номинальной мощности указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки, то заданная уставка напряжения имеет, например, заданное значение напряжения, которое лежит ниже номинального напряжения сети, например, 95% сетевого номинального напряжения сети. Тогда ветроэнергетическая установка подает реактивную мощность, соответствующую этому заданному значению напряжения заданной уставки напряжения, в частности чтобы поддерживать напряжение сети первого участка сети. Таким образом, ветроэнергетическая установка имеет погодозависимую подачу реактивного тока, предпочтительно в зависимости от скорости ветра и направления ветра, прогнозированное по меньшей мере на 10 минут, предпочтительно по меньшей мере на 30 минут, особенно предпочтительно по меньшей мере на 2 часа.
Предпочтительно предоставление напряжения первому участку сети осуществляется при поддержании напряжения, которое выполняется в зависимости от некоторой или, соответственно, указанной заданной уставки напряжения, чтобы предоставлять первому участку сети по существу стабильное напряжение. В частности, поддержание напряжения выполняется посредством подачи реактивной мощности.
При этом ветроэнергетическая установка имеет по меньшей мере одно устройство подачи реактивной мощности, которое предназначено для того, чтобы стабильно поддерживать напряжение сети в зависимости от заданной уставки напряжения, в частности в диапазоне допусков 10% номинального напряжения сети, так чтобы напряжение сети находилось в пределах от 90% до 110% номинального напряжения сети. При этом устройство подачи реактивной мощности выполнено по меньшей мере из одного регулятора, входная величина которого представляет собой зарегистрированное напряжение сети, а выходная величина которого - заданное значение реактивной мощности. При этом в одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления заданное значение реактивной мощности настраивается в зависимости от прогноза погоды.
В соответствии с изобретением предлагается также способ восстановления сети электроснабжения посредством ветропарка, который включает в себя несколько ветроэнергетических установок, предназначенных для того, чтобы осуществлять выше- или нижеописанный способ, причем этот ветропарк имеет по меньшей мере номинальную мощность от 4 МВт до 400 МВт и связан с первым участком сети.
При этом предлагается осуществлять выше- или нижеописанный способ с помощью нескольких ветроэнергетических установок, которые образуют ветропарк. При этом ветропарк представляет собой функциональное объединение нескольких ветроэнергетических установок, которые, в частности, через общую точку подключения к сети соединены с сетью электроснабжения.
При этом особенно предпочтительно, если оператор сети для восстановления сети электроснабжения должен связываться только с одним управлением ветропарка вместо множества ветроэнергетических установок.
Предпочтительно указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка имеет трансформатор, имеющий первичную сторону и вторичную сторону, которая предназначена для того, чтобы соединять указанную по меньшей мере одну ветроэнергетическую установку с каким-либо или, соответственно, указанным первым участком сети, причем этот участок сети имеет номинальное напряжение сети от 10 кВ до 400 кВ.
Таким образом, участок сети, с которым соединен ветропарк, имеет номинальное напряжение сети от 10 кВ до 400 кВ. Участок сети соединен с вторичной стороной трансформатора, и поэтому ветроэнергетическая установка предназначена для того, чтобы предоставлять соответствующее напряжение этому участку сети.
В соответствии с изобретением предлагается также ветроэнергетическая установка, включающая в себя блок управления для управления ветроэнергетической установкой, причем посредством этого блока управления осуществляется управление ветроэнергетической установкой для осуществления выше- или нижеописанного способа.
При этом ветроэнергетическая установка имеет по меньшей мере один блок управления, который предназначен для того, чтобы управлять подаваемой эффективной мощностью и подаваемой реактивной мощностью посредством первого режима эксплуатации, в частности режима нормальной эксплуатации, второго режима эксплуатации, в частности режима наблюдения, и третьего режима эксплуатации, в частности режима восстановления сети. При этом предпочтительно управление предназначено для того, чтобы управлять ветроэнергетической установкой по меньшей мере периодически в зависимости от прогноза погоды. Предпочтительно блок управления включает в себя также устройство связи, которое предназначено для того, чтобы обмениваться с оператором сети данными для восстановления сети. Предпочтительно такое устройство связи подготовлено к тому, чтобы выполнять или, соответственно, подготавливать беспроводную связь.
Теперь настоящее изобретение ниже наглядно поясняется подробнее на примерах осуществления со ссылкой на сопроводительные фигуры.
фиг.1: схематично показан вид в перспективе ветроэнергетической установки;
фиг.2: схематично показана конструкция сети электроснабжения;
фиг.3: схематично показан ход выполнения предлагаемого изобретением способа;
фиг.4: схематично показан ход выполнения предлагаемого изобретением способа в другом варианте осуществления.
На фиг.1 показана ветроэнергетическая установка 100, которая предназначена для выполнения способа восстановления сети электроснабжения посредством блока управления. Ветроэнергетическая установка имеет башню 102 и гондолу 104. На гондоле 104 расположен ротор 106, имеющее три лопасти 108 ротора в и кок 110. Ротор 106 при эксплуатации приводится ветром во вращательное движение и при этом осуществляет привод генератора в гондоле 104.
На фиг.2 схематично показана конструкция трехфазной сети 200 электроснабжения.
Сеть 200 электроснабжения имеет первый участок 210 сети и дополнительный участок 220 сети, которые имеют каждый номинальное напряжение сети 25 кВ. Первый участок 210 сети и дополнительный участок 220 сети связаны друг с другом через распределительное устройство 230 для передачи электрической энергии между участками. Распределительное устройство 230 предназначено также для того, чтобы в случае ошибки отсоединять первый участок 210 сети от дополнительного участка 220 сети.
Первый и дополнительный участок 210, 220 сети связаны также через трансформаторы 232, 234 и дополнительные распределительные устройства 236, 238 с дополнительными участками сети, которые, например, имеют номинальное напряжение сети 110 кВ.
Указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка 240, которая предпочтительно выполнена в виде ветропарка WP1, через точку 242 подключения к сети соединена с первым участком 210 сети и таким образом с сетью 200 электроснабжения. Кроме того, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка 240 имеет средства для регистрации 244 статуса первого участка 210 сети, в частности для регистрации напряжения сети первого участка 210 сети.
power line communication
Указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка 240, кроме того, соединена с оператором 250 сети через устройства 246, 247 связи, которые здесь наглядно показаны в виде линий передачи данных, в частности для регистрации случая ошибки и получения заданных значений. При этом линии передачи данных выполнены, например, в виде сигналов кругового управления, и данные передаются через  (связь по электрическим сетям) или стекловолокно. Посредством устройств 246, 247 связи могут также передаваться дополнительные данные, такие как, например, прогноз погоды, включающий в себя скорость ветра и направление ветра, или гарантированная минимальная мощность указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установки. Предпочтительно устройства 246, 247 связи выполнены беспроводными, например, на основе радио или W-LAN.
Также указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка 210 через дополнительные устройства 248, 249 связи соединена с дополнительными ветроэнергетическими установками 260, в частности дополнительными ветропарками WP2. Тогда эти ветропарки тоже могут быть соединены через устройства 264, 266 связи с оператором сети, чтобы обмениваться данными.
Кроме того, оператор сети соединен с дополнительными электрическими генераторами 270 для управления ими. Это наглядно изображено посредством электростанции 270, которая через устройство 272, 274 связи соединена с оператором сети, при этом электростанция 270 подключена к дополнительному участку 220 сети.
Итак, если, например, в первом участке 210 сети возникает случай 280 ошибки, распределительное устройство 230 срабатывает и отсоединяет первый участок сети от дополнительного участка 220 сети. После этого в первом участке сети нет напряжения, то есть он имеет напряжение сети 0 кВ. После этого оператор сети сообщает о случае F ошибки указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установке 240, после чего она переходит из режима нормальной эксплуатации в режим наблюдения. Далее, оператор 250 сети устранит неисправность 280 и по плану действий предоставит первому участку сети напряжение восстановления сети, которое, например, больше 70% номинального напряжения сети первого участка сети. Таким образом, напряжение восстановления сети не предоставляется указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой 240, а только поддерживается ею.
На фиг.3 схематично показан ход выполнения предлагаемого изобретением способа 300.
Ветроэнергетическая установка сначала эксплуатируется в режиме нормальной эксплуатации, то есть она подает электрическую эффективную мощность и/или электрическую реактивную мощность в первый участок сети электроснабжения, который имеет сетевую частоту. При этом подача электрической эффективной и/или реактивной мощности осуществляется в зависимости от преобладающего ветра и/или в зависимости от сетевой частоты. Это обозначено блоком NOR 310.
Итак, если возникает случай ошибки, в частности падение напряжения, в первом участке сети, вследствие чего этот участок сети больше не имеет напряжения сети, распределительные устройства сети электроснабжения отсоединяют первый участок сети от дополнительных участков сети. При этом имеется случай ошибки, который регистрируется указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой. Это обозначено блоком ERR 320.
Вследствие случая ошибки ветроэнергетическая установка переходит из режима нормальной эксплуатации в режим наблюдения. В режиме наблюдения ветроэнергетическая установка больше не подает электрическую мощность, а наблюдает за статусом участка сети посредством регистрации напряжения. Это обозначено блоком WAS 330.
Теперь оператор сети запускает план действий для восстановления участка сети, в частности для восстановления или, соответственно, воссоздания напряжения сети. В это время ветроэнергетическая установка регистрирует напряжение сети, пока участок сети не будет иметь напряжение восстановления сети. Это обозначено блоком RVO 340.
Итак, когда ветроэнергетической установкой регистрируется напряжение восстановления сети, ветроэнергетическая установка переходит из режима наблюдения в режим восстановления сети, в котором она в зависимости от заданных значений поддерживает напряжение сети. Это обозначено блоком GBM 350.
Ветроэнергетическая установка эксплуатируется в режиме восстановления сети до тех пор, пока оператор сети не сообщит, что случай ошибки закончился. Это обозначено блоком CLE 360.
Итак, если оператор сети сообщил, что ошибка закончилась, ветроэнергетическая установка переходит из режима восстановления сети в режим нормальной эксплуатации или, соответственно, обратно в режим нормальной эксплуатации. Это обозначено вторым блоком NOR 370, который может соответствовать первому блоку NOR 310.
На фиг.4 схематично показан ход 400 выполнения предлагаемого изобретением способа в одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления.
При этом способ разделяется по существу на режим 430 наблюдения, режим 450 восстановления сети и режим 490 нормальной эксплуатации.
Указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк сначала эксплуатируется нормально или, соответственно, в режиме нормальной эксплуатации, то есть она подает электрическую эффективную мощность и/или электрическую реактивную мощность в первый участок сети электроснабжения, причем подача электрической эффективной и/или реактивной мощности осуществляется в зависимости от преобладающего ветра и/или в зависимости от сетевой частоты. Кроме того, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк в режима нормальной эксплуатации контролирует напряжение сети первого участка сети. Это обозначено блоком NOR 410.
То, что ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк в режиме нормальной эксплуатации подает электрическую эффективную и/или реактивную мощность в зависимости от преобладающего ветра и/или в зависимости от сетевой частоты в первый участок сети, обозначено блоком NPM 412.
Если теперь указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк идентифицирует неисправность, что обозначено блоком GVE 414, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк проверяет вид этой неисправности. Это обозначено блоком CVE 416.
При этом проверка неисправности осуществляется, в частности, при координации данных неисправности и/или непосредственно у оператора сети и/или у дополнительных генераторов, которые тоже подключены к первому участку сети. Этот метод обозначен блоком GOE 418. Путем координации, в частности, выясняется, имеется ли в первом участке сети обычная неисправность NVE или случай ERR ошибки.
Итак, если имеется обычная неисправность, то есть, например, кратковременное колебание частоты, что обозначено блоком NVE 422, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк переходит в режим поддержки сети. Это обозначено блоком SWM 442.
Этот режим поддержки сети указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк сохраняет до тех пор, пока колебание частоты не закончится. То, что колебание частоты закончилось, обозначается блоком CLN 426. Закончилось ли колебание частоты, может регистрироваться либо самой указанной по меньшей мере одной ветроэнергетической установкой или, соответственно, ветропарком, либо затребоваться у оператора сети.
Если колебание частоты закончилось, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк снова переходит обратно в режим нормальной эксплуатации. Это обозначено блоком NOR 428.
Однако если имеется случай ошибки, что обозначено блоком ERR 419, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк в соответствии с изобретением переходит в режим наблюдения, который обозначен блоком WAS 430.
В режиме наблюдения указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк не подает электрическую мощность в сеть электроснабжения. Это обозначено блоком SSM 432. Предпочтительно указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка в режиме наблюдения вырабатывает, к тому же, столько электрической мощности, сколько ей требуется для собственных нужд.
В режиме наблюдения указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк постоянно составляет к тому же прогнозы W погоды или, соответственно, запрашивает их у оператора сети или дополнительного поставщика. В зависимости от этих прогнозов погоды указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк пересылает оператору сети гарантированную минимальную мощность P. Но прогнозы погоды могут также приниматься и/или передаваться через оператора установки и/или центральную диспетчерскую, причем эта центральная диспетчерская ответственна за то, чтобы администрировать или, соответственно, управлять несколькими ветроэнергетическими установками в различных местах установки. Это обозначено блоком GOW 434. Одновременно указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк в режиме наблюдения проверяет статус первого участка сети, в частности на предмет того, имеется ли в первом участке сети напряжение RVO восстановления сети. Это обозначено блоком GWR 436.
Если имеется напряжение восстановления сети, что обозначено блоком RVO 440, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк переходит в режим восстановления сети, который обозначен блоком GBM 450.
В режиме восстановления сети указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк синхронизируется с напряжением восстановления сети первого участка сети, при этом сначала не подавая электрическую мощность в первый участок сети. При этом предпочтительно ветроэнергетическая установка эксплуатируется с частотой вращения, лежащей выше частоты вращения, которая обычно используется при преобладающей скорости ветра и часто может находиться на базе характеристики частота вращения-мощность. Таким образом, ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветровые энергетические установки ветропарка в режиме восстановления сети имеют завышенную частоту вращения. Это обозначено блоком ZPM 452. Кроме того, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк запрашивает или, соответственно, получает заданные значения для восстановления сети, которые могут при этом устанавливаться, причем эти заданные значения были определены оператором сети в зависимости от гарантированной минимальной мощности. Это обозначено блоком VCO 454.
С помощью уставки линейной зависимости оператора сети, которая обозначена блоком RAM 456, ветроэнергетическая установка начинает медленно и постоянно повышать подаваемую мощность, в частности подаваемую эффективную мощность. При этом указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк во время режима восстановления сети участвует в поддержании частоты первого участка сети. Это обозначено блоком FBM 458.
Во время поддержания частоты, которое обозначено блоком FBM 458, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк поддерживает также связь с оператором сети, в частности чтобы запрашивать статус первого участка сети. Это обозначено блоком GOC 459.
Итак, если оператор сети сообщает, что случай ошибки закончен, что обозначено блоком CLE 460, указанная по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка или, соответственно, ветропарк снова переходит обратно в режим нормальной эксплуатации. Это обозначено блоком NOR 490. Тогда на этом восстановление сети окончено.