СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ МОЩНОСТИ ГРУППЫ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
METHOD FOR CONTROLLING A POWER CONSUMPTION OF A GROUP OF SEVERAL WIND TURBINES

Настоящее изобретение относится к способу управления потреблением мощности группы из нескольких ветроэнергетических установок, в частности, ветрового парка. Кроме того, настоящее изобретение относится к группе из нескольких ветроэнергетических установок, в частности, ветровому парку.
Ветроэнергетические установки и, в частности, ветровые парки являются не только производителями энергии, но и могут стать крупными потребителями энергии. Эта смена свойств происходит, как правило, во всех ветроэнергетических установках в регионе в тот же момент времени, так как большинство крупных потребителей энергии в ветроэнергетической установке должны подключаться в соответствии с ветровыми условиями. Это особенно касается крупных тепловых потребителей, которые предназначены для восстановления или сохранения эксплуатационной готовности ветроэнергетических установок. Такие потребители могут быть, например, нагревателем лопастей или сушилкой генератора, только в качестве двух примеров. Могут быть рассмотрены и другие.
Для сетевого оператора сети электроснабжения, к которой подключены эти ветроэнергетические установки, описанное обстоятельство представляет большую проблему в регионах. Эти существенные изменения потока нагрузки невозможно или трудно рассчитать или предсказать, и поэтому они должны покрываться дорогостоящими резервами.
Эти возникающие таким образом дополнительные расходы переносятся тогда на оператора ветроэнергетических установок, в частности, ветрового парка.
Обычно ветроэнергетические установки в их процессе эксплуатации являются независимыми и управляют также получаемой мощностью, что может также обозначаться как менеджмент получаемой мощностью. Под получаемой (полученной) мощностью здесь следует понимать мощность, которую ветроэнергетическая установка получает для описанного или другого потребления, то есть потребляет, а не производит. При этом имеются крупные тепловые потребители, которые должны обязательно приводиться в действие, чтобы восстанавливать или поддерживать эксплуатационную готовность ветроэнергетической установки. Дополнительной трудностью при этом зачастую является то, что ветроэнергетическая установка, как правило, в этой ситуации не может производить энергию или не должна ее производить.
Если, например, ветроэнергетические установки ветрового парка эксплуатируются с обогревом лопастей для устранения обледенения лопастей, то, как правило, все установки к одному и тому же моменту времени регулируют производство энергии и запускают режим устранения обледенения. Это обосновывается, в частности, тем, что такое обледенение роторных лопастей в том же самом местоположении возникает практически одновременно. Из-за этого возникает очень большая получаемая мощность ветрового парка, которая, таким образом, превышает максимально допустимую или согласованную получаемую мощность, тем самым вызывая огромные дополнительные расходы. Такая максимально допустимая или согласованная получаемая мощность является той, которую ветровой парк может получать без затрат или без особо высоких затрат из сети электроснабжения, чтобы, например, запустить ветровой парк. В принципе, можно отбирать больше мощности, чем эта согласованная получаемая мощность, из сети электроснабжения, но такая превышенная мощность должна оплачиваться по очень высокому тарифу.
Другая проблема заключается в том, что при потреблении мощности, в зависимости от обстоятельств, энергия теряется. Если, к примеру, для региона или ветрового парка прогнозируется длительное безветрие, не требуется осуществлять устранение обледенения лопастей, пока не появится шанс на ветер. Напротив, при прогнозировании ветра, не принимая во внимание получаемую мощность, все системы сразу могут устранять обледенение. При этом может возникать высокая цена за получаемую мощность, которая оправдывается тем, что при ожидаемом ветре следует избегать простоя ветроэнергетической установки. Получаемая (потребляемая) мощность может быть получена, таким образом, довольно скоро.
Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит задача решить по меньшей мере одну из указанных выше проблем. В частности, должно быть создано решение, при котором получаемую мощность получают и используют в максимально возможной степени эффективно и экономично. По меньшей мере, должно быть предложено решение, альтернативное ранее известным способам.
Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам в результате поиска по приоритетной заявке настоящей PCT-заявки выявило следующие источники предшествующего уровня техники: EP 2 166 225 A1 и DE 195 02 786 A1.
В соответствии с изобретением предложен способ согласно пункту 1 формулы изобретения. Этот способ исходит из группы из нескольких ветроэнергетических установок, которые, например, все подключены к точке соединения с сетью или точке сетевого подключения к сети электроснабжения. Эти ветроэнергетические установки этой группы могут быть частью ветрового парка, или группа и, таким образом, ее ветроэнергетические установки могут образовывать ветровой парк, но могут приниматься и другие конфигурации группы. Общим случаем, может быть на самом деле ветровой парк, который образует эту группу, и в этом отношении в дальнейшем также будут делаться ссылки на ветровой парк. Все такие пояснения относительно ветрового парка, тем не менее, также применимы к группе ветроэнергетических установок, которые не обязательно образуют ветровой парк, если в описании явным образом не указано иное.
Ветроэнергетическим установкам этой группы, таким образом, циклически предоставляется предлагаемая мощность для потребления. При этом ветроэнергетические установки сначала упорядочиваются в определенной последовательности. В такой последовательности эти ветроэнергетические установки, как описано ниже, в принципе, обрабатываются друг за другом. Эта заданная последовательность может, например, зависеть также от краевых условий, в частности, условий окружающей среды, таких, как направление. Например, первая ветроэнергетическая установка в этой заданной последовательности может быть той, которая по отношению к действующему ветру стоит впереди. Тогда она, в принципе, является наиболее важной ветроэнергетической установкой и получает наивысший приоритет по ее обработке, как пояснено ниже.
Но эта последовательность может быть также изменена, особенно при изменении ветра в приведенном выше примере. Но могут учитываться и другие критерии, например, размер ветроэнергетической установки, если он разный внутри группы. Если, например, ветроэнергетическая установка должна работать с дросселированием, например, по причинам снижения уровня шума или по другим причинам, по сравнению с другими ветроэнергетическими установками, она может находиться ниже или совсем в конце в заданной последовательности. Ветроэнергетические установки рассматриваемой группы, таким образом, последовательно обрабатываются в цикле в установленной последовательности. При этом ветроэнергетическим установкам, а именно, начиная с первой ветроэнергетической установки данной последовательности, предоставляется, соответственно, предлагаемая мощность для потребителей. Соответствующая ветроэнергетическая установка, то есть, сначала первая ветроэнергетическая установка резервирует себе эту или меньшую предлагаемую мощность в качестве получаемой мощности. При этом можно тогда, в первую очередь, для простоты исходить из того, что ветроэнергетическая установка эту зарезервированную полученную мощность на самом деле получает и потребляет. Например, управление установкой соответствующей ветроэнергетической установки устанавливает, что необходим нагрев лопастей ротора для устранения обледенения и нагрев генератора для сушки. Это управление знает соответствующие значения мощности для этих нагревательных устройств и резервирует из предоставленной предложенной мощности именно такую необходимую мощность, т.е. для нагрева лопастей и нагрева генератора, в качестве зарезервированной полученной мощности. Ветроэнергетическая установка может затем потреблять эту мощность и соответственно нагревать роторные лопасти и генераторы.
Последующим ветроэнергетическим установкам, то есть, в первую очередь, второй ветроэнергетической установке в данной последовательности, может и будет тогда предлагаться потребляемая мощность ветрового парка, уменьшенная на эту уже зарезервированную мощность.
Потребляемая мощность ветрового парка состоит из предопределенной отбираемой мощности, согласованной для отбора из сети электроснабжения, и мощности ветрового парка, доступной в пределах ветрового парка или группы ветроэнергетических установок за счет генерации и/или из накопителей ветрового парка. В простейшем случае, когда ветровой парк или группа ветроэнергетических установок не генерирует никакой мощности и никакая энергия не накоплена, потребляемая мощность ветрового парка соответствует согласованной отбираемой мощности. Отбираемая мощность представляет собой в этом отношении, в частности, мощность, которая по согласованию с оператором сети электроснабжения может отбираться из сети электроснабжения, а именно, может отбираться в целом группой или ветровым парком. За эту отбираемую мощность, в частности, предусматривается лишь незначительное возмещение по отношению к сетевому оператору, то есть оператору сети электроснабжения.
Таким образом, эта потребляемая мощность ветрового парка, в принципе, ограничивает максимальное значение мощности, которая может предлагаться ветроэнергетической установке. При этом сначала первой ветроэнергетической установке, исходя из этой потребляемой мощности ветрового парка, предлагается предлагаемая мощность. Максимально, эта предлагаемая мощность соответствует потребляемой мощности ветрового парка. Однако часто предлагается меньше, как будет пояснено ниже.
Первая ветроэнергетическая установка может теперь зарезервировать эту предлагаемую мощность в полном предложенном объеме в качестве получаемой мощности, или она может зарезервировать меньше получаемой мощности или может вообще не резервировать никакой получаемой мощности.
Следующей ветроэнергетической установке максимально предлагается предлагаемая мощность на уровне потребляемой мощности ветрового парка за вычетом уже зарезервированных предыдущими ветроэнергетическими установками получаемых мощностей, в качестве предлагаемой мощности. Во второй ветроэнергетической установке, таким образом, вычитается получаемая мощность, зарезервированная первой ветроэнергетической установкой. В третьей ветроэнергетической установке, если таковая имеется, вычитается зарезервированная получаемая мощность первой ветроэнергетической установки и зарезервированная получаемая мощность второй ветроэнергетической установки из потенциально доступной мощности и так далее.
Таким образом, способ предлагает приоритизацию, которая гарантирует, что потребности первой ветроэнергетической установки будут покрыты, насколько это возможно. Последующие ветроэнергетические установки не смогут тогда, возможно, получать в достаточной степени получаемую мощность, если первая или другие предшествующие ветроэнергетические установки не оставили достаточно мощности. В этом отношении, предшествующие ветроэнергетические установки относятся к заданной последовательности, в которой ветроэнергетические установки будут обрабатываться в цикле.
Предпочтительно, в соответствующем текущем цикле, предлагаемая мощность, которая предлагается соответствующей ветроэнергетической установке, рассчитывается из текущей, имеющейся получаемой мощности, включая получаемую мощность, зарезервированную этой ветроэнергетической установкой в предыдущем цикле. Таким образом, в каждом цикле, и в нем на каждом этапе, то есть при обработке каждой отдельной ветроэнергетической установки, за основу берется снова доступная получаемая мощность. Эта доступная получаемая мощность может также остаться неизменной в одном цикле от одной к следующей ветроэнергетической установке. В любом случае эта доступная получаемая мощность является основой, и ее расчет поясняется ниже.
Это основано на том соображении, что текущей ветроэнергетической установке может быть предложена по меньшей мере та мощность, которую она зарезервировала в предыдущем цикле. Если к тому же доступна дополнительная мощность, то она может быть дополнительно предложена текущей ветроэнергетической установке. Расчет доступной получаемой мощности предпочтительно выполняется, в принципе, иначе для первой ветроэнергетической установки, чем для других ветроэнергетических установок, причем это всегда относится к заданной последовательности ветроэнергетических установок.
Предпочтительно, доступная получаемая мощность для первой ветроэнергетической установки вычисляется из потребляемой мощности ветрового парка за вычетом текущей получаемой мощности ветрового парка. Таким образом, за основу берется поясненная выше потребляемая мощность ветрового парка, а именно согласованная отбираемая мощность, и, при обстоятельствах, включая выработанную или доступную из накопителя мощность. Из этой потребляемой мощности ветрового парка вычитается получаемая мощность ветрового парка, фактически отобранная группой или ветровым парком из сети электроснабжения.
Текущая отбираемая получаемая мощность ветрового парка может быть измерена. В качестве альтернативы, вместо текущей отбираемой (измеренной) получаемой мощности ветрового парка, может применяться сумма зарезервированных получаемых мощностей группы и соответственно вычитаться из потребляемой мощности ветрового парка. Эта сумма зарезервированных получаемых мощностей может примерно соответствовать отбираемой получаемой мощности ветрового парка, в частности, когда ветровой парк не генерирует мощность или не может предоставить ее из накопителя.
Имеется два варианта, чтобы вычислить доступную мощность для первой ветроэнергетической установки. В простейшем случае, не имеется выработанной или получаемой из накопителя мощности, и потребляемая мощность ветрового парка соответствует тогда согласованной, а именно, максимальной согласованной отбираемой мощности. Эта отбираемая мощность может тогда соответствовать доступной получаемой мощности, если до сих пор никакая получаемая мощность не отбирается из сети. Но если ветроэнергетические установки, по меньшей мере одна из них, зарезервировали получаемую мощность и также отбирают ее, то доступная получаемая мощность сокращается на это значение, а именно, на мощность, которая отбирается всеми ветроэнергетическими установками группы вместе. Соответственно рассчитывается получаемая мощность, доступная для первой ветроэнергетической установки, а именно, из потребляемой мощности ветрового парка за вычетом текущей полной отбираемой из сети получаемой мощности группы или ветрового парка.
Таким образом, сначала определяется получаемая мощность, доступная для первой ветроэнергетической установки. Предпочтительно, она берется за основу для определения получаемой мощности последующих ветроэнергетических установок, то есть, прежде всего для второй ветроэнергетической установки. Эта доступная получаемая мощность снижается для последующей ветроэнергетической установки, если текущая ветроэнергетическая установка повысила свою зарезервированную получаемую мощность по сравнению с предыдущим циклом. Для расчета второй ветроэнергетической установки, таким образом, доступная получаемая мощность первой ветроэнергетической установки, для второй ветроэнергетической установки, снижается, если первая ветроэнергетическая установка повысила свою зарезервированную получаемую мощность по сравнению с предыдущим циклом.
Это основано на идее о том, что в начале каждого цикла доступная получаемая мощность заново рассчитывается из потребляемой мощности ветрового парка за вычетом текущей полученной мощности ветрового парка. Это является получаемой мощностью, доступной для первой ветроэнергетической установки. Если теперь первая ветроэнергетическая установка повышает свою зарезервированную получаемую мощность и, тем самым, также фактически отбираемую ею получаемую мощность, то ранее вычисленная доступная получаемая мощность уменьшается на это значение, и для последующей ветроэнергетической установки, то есть, прежде всего второй ветроэнергетической установки, в распоряжение предоставляется уменьшенная доступная получаемая мощность.
Но если зарезервированная первой ветроэнергетической установкой получаемая мощность уменьшается, то для последующей ветроэнергетической установки предоставлялась бы в распоряжение соответственно увеличенная доступная получаемая мощность. Однако предлагается не предоставлять в этом случае следующей ветроэнергетической установке увеличенную получаемую мощность. Вместо этого предлагается оставить доступную получаемую мощность неизменной, если первая ветроэнергетическая установка или другая предыдущая ветроэнергетическая установка резервирует меньшую получаемую мощность, чем та, которую она резервировала в предыдущем цикле. Тем самым достигается то, что дополнительная доступная за счет этого получаемая мощность, то есть высвобожденная получаемая мощность, не передается в заданной последовательности на последующие ветроэнергетические установки. В одном цикле, вновь высвобожденная получаемая мощность, таким образом, сначала не должна отдаваться на ветроэнергетические установки более низкого приоритета.
Только в новом цикле такая высвобожденная мощность или такие высвобожденные мощности могут также передаваться на последующие ветроэнергетические установки. Если получаемая мощность высвобождается в пределах цикла, так как ветроэнергетическая установка резервирует меньше получаемой мощности, чем в предыдущем цикле, соответственно меньшая получаемая мощность поставляется из сети, и это сказывается тогда в начале следующего цикла, а именно, когда доступная получаемая мощность заново рассчитывается для первой ветроэнергетической установки. Здесь, при расчете доступной получаемой мощности, из потребляемой мощности ветрового парка вычитается отобранная из сети полученная мощность ветрового парка, таким образом, вычитается меньшая получаемая мощность ветрового парка, чем в предыдущем цикле. Тем самым доступная получаемая мощность повышается на первом этапе цикла, а именно, для первой ветроэнергетической установки. Эта первая ветроэнергетическая установка может теперь прежде всех решать, желательно ли ей резервировать соответственно больше получаемой мощности. Только если этой первой ветроэнергетической установке нежелательно это резервировать или желательно резервировать только часть этого, то высвобожденная получаемая мощность предоставляется в распоряжение последующим ветроэнергетическим установкам. Тем самым достигается приоритизация, согласно которой высвобожденная полученная мощность первоначально предлагается первой ветроэнергетической установке и предлагается другим только тогда, когда первой ветроэнергетической установке она не требуется. Снабжение первой ветроэнергетической установки, таким образом, является первоочередным.
Предпочтительно, предварительно заданная последовательность, в которой цикл обрабатывает одну ветроэнергетическую установку за другой, определяется или изменяется в зависимости от одного или нескольких краевых условий. Последовательность в этом отношении является гибко регулируемой и изменчивой, причем ранее заданная последовательность должна изменяться не сразу же, а за несколько циклов, в частности, сохраняется в течение нескольких часов. Это часто может быть результатом остающегося длительно неизменным краевого условия. Одним краевым условием может быть направление ветра. В этом случае может оказаться полезным назначить обращенной к ветру и в этом отношении передней ветроэнергетической установке первый приоритет, то есть поставить ее на первое место в последовательности. Если, например, группа ветроэнергетических установок, в частности, ветровой парк после затишья при нарастающем ветре вновь запускается, в то время как, возможно, существует обледенение, то, таким образом, будет предложено сначала снабдить переднюю ветроэнергетическую установку получаемой мощностью такой величины, какая ей необходима, но в пределах установленных границ, и, тем самым, обеспечить возможность устранения обледенения в первую очередь для этой ветроэнергетической установки. Эта ветроэнергетическая установка может затем сразу же запускаться и затем генерировать энергию, которая быстро превысит мощность, которая может быть получена из сети, которая, таким образом, значительно выше согласованной получаемой мощности, которая должна отбираться.
Если эта ветроэнергетическая установка требует получаемую мощность для устранения обледенения и для сушки генератора, и сушка завершается до устранения обледенения, что упоминается только как упрощенный пример, получаемая мощность, требуемая для сушки, может быть высвобождена уже раньше для других ветроэнергетических установок.
Но учитываются также другие краевые условия, которые основаны на экспериментальных значениях, согласно которым ветроэнергетическая установка подвержена более слабому или более сильному обледенению. Она могла бы тогда находиться дальше в установленной последовательности, потому что ветроэнергетическая установка с меньшим обледенением, что может зависеть от локального рельефа местности, может устранять обледенение быстро, а затем для других систем может предоставить мощность, необходимую для устранения обледенения, что касается рассматриваемого примера. Этот эффект может также зависеть от направления ветра и/или свойств воздуха, особенно от влажности воздуха.
Предпочтительно предлагается, что отбираемая мощность, которая должна отбираться из сети электроснабжения, устанавливается на значение, которое соответствует сумме всех возможных потребляемых мощностей ветроэнергетической установки группы, имеющей наибольшую сумму всех возможных потребляемых мощностей.
Посредством способа управления потреблением мощности группы из нескольких ветроэнергетических установок предусмотрена такая приоритизация, что по меньшей мере одна ветроэнергетическая установка снабжается достаточной получаемой мощностью. При этом с помощью способа может быть достигнуто то, что достаточное снабжение приоритетной ветроэнергетической установки может достигаться и при сравнительно малой доступной получаемой мощности. Для этого может быть достаточным предоставлять столько получаемой мощности, сколько требуется только одной ветроэнергетической установке. Если ветроэнергетические установки различны, то при этом необходимо ориентироваться на ветроэнергетическую установку, которая требует больше всего получаемой мощности, то есть потребляет наибольшую мощность, если одновременно необходимы все соответствующие потребители. Причем здесь рациональным образом за основу берется только сумма потребителей, которые разумным образом или технически рациональным образом могут эксплуатироваться одновременно.
Тем самым может достигаться то, что по возможности небольшая отбираемая мощность согласуется между группой ветроэнергетических установок, в частности, ветровым парком и сетевым оператором. Это может означать для оператора ветрового парка, что он может договориться о более благоприятных условиях, а для сетевого оператора это может означать, что он должен предоставить лишь небольшую получаемую мощность, поэтому необходимо принимать в расчет лишь небольшую получаемую мощность. Это, в свою очередь, может повысить стабильность сети и/или по меньшей мере частично освободить сетевого оператора от трудоемкого предоставления такой мощности.
В соответствии с другой формой выполнения предлагается, что зарезервированная получаемая мощность по меньшей мере одной из ветроэнергетических установок снижается, если сумма зарезервированных мощностей предыдущего цикла больше, чем потребляемая мощность ветрового парка.
Такая ситуация может возникнуть, в частности, когда ветроэнергетические установки могут предлагать много предлагаемой мощности, потому что в пределах ветрового парка также имела место генерация мощности, и эта мощность могла быть использована. Если теперь эта генерация мощности прекращается или она уменьшается, это может привести к описанному случаю, и в этом случае в последовательности, начиная снизу, у ветроэнергетических установок снова отбирается мощность до тех пор, пока первая ветроэнергетическая установка не будет иметь достаточно мощности.
Такая ситуация может произойти также тогда, когда отбираемая мощность, которая, в частности, была согласована с сетевым оператором, снижается. Это может быть обусловлено, например, соответственно предыдущим временным соглашением.
Предпочтительно уменьшение уже зарезервированной получаемой мощности осуществляется за счет того, что цикл для предложения предлагаемой мощности проходится теперь в противоположной последовательности. Такими образом, мощность сначала отбирается у ветроэнергетической установки, находящейся в самом конце последовательности, и если этого недостаточно, то у предпоследней и т.д. Тем самым может доставляться последовательно доступная получаемая мощность для первой ветроэнергетической установки. Приоритизация первой ветроэнергетической установки при передаче получаемой мощности, тем самым, сохраняется.
Предпочтительно, соответствующая зарезервированная получаемая мощность используется соответствующей ветроэнергетической установкой для нагрева ее роторных лопастей. Дополнительно или в качестве альтернативы, она используется для нагрева генератора. Нагрев генератора осуществляется для удаления конденсата, таким образом, чтобы высушить генератор или гарантировать, что он высушен. Кроме того, или в качестве альтернативы, зарезервированная получаемая мощность или ее часть используются для запуска ветроэнергетической установки. Это касается, в частности, управления одним или несколькими азимутальными двигателями, чтобы установить ветроэнергетическую установку по ветру. Кроме того, или в качестве альтернативы, это касается управления так называемыми двигателями угла наклона, которые поворачивают роторные лопасти на соответствующий угол к ветру, что также называют изменением угла тангажа. В относительно небольшой степени предоставление мощности для запуска ветроэнергетической установки может также касаться снабжения управляющих устройств, включая управляющий компьютер. В случае необходимости, мощность также может использоваться для устранения обледенения анемометра гондолы.
Предпочтительно, цикл повторяется во временном диапазоне от полминуты до пяти минут, предпочтительно от одной до трех минут и более предпочтительно примерно каждую минуту. Эта установка повторения цикла в диапазоне от полминуты до пяти минут оставляет циклу достаточно времени, чтобы опросить все опрашиваемые за это время ветроэнергетические установки и предложить им соответствующую предлагаемую мощность. В течение этого времени, сначала нужно только предложить соответствующую мощность от центрального компьютера или зарезервировать соответствующим управлением отдельной ветроэнергетической установки. В этом отношении это является информационно-техническим процессом, при котором мощность фактически еще не должна запрашиваться и использоваться. На самом деле, ветроэнергетические установки могут начинать сразу же получать зарезервированную мощность.
Упомянутые минутные диапазоны также имеют порядок величины, в котором часто может проводиться устранение обледенения роторных лопастей и/или сушка генератора и/или устранение обледенения анемометра.
Дополнительно или альтернативно, в соответствии с формой выполнения предлагается, что цикл может быть прерван вручную, и в случае такого ручного прерывания передача полученной мощности для каждой ветроэнергетической установки может быть осуществлена вручную. Это может быть, например, в случае, если обслуживающий персонал находится на месте, или это может выполняться с помощью дистанционного обслуживания.
После окончания такого ручного прерывания цикл может запускаться в первой ветроэнергетической установке. Расчет предлагаемой мощности осуществляется, по меньшей мере в соответствии с некоторыми формами выполнения, как описано выше, для первой ветроэнергетической установки без использования предлагаемых или зарезервированных значений предыдущего цикла, а на основе фактически предоставляемой из сети электроснабжения получаемой мощности. В этой связи, после прерывания цикла, перезапуск цикла возможен без труда, и предыдущие значения не нужно учитывать и/или сохранять промежуточным образом.
Согласно форме выполнения, предлагается также, что по меньшей мере одно из следующих значений поддерживается постоянным, если имелось бы нарушение связи между ветроэнергетическими установками группы или ветрового парка. Это может касаться поддержания зарезервированных получаемых мощностей ветроэнергетических установок группы. Это может дополнительно или в качестве альтернативы относиться к потребляемой мощности ветрового парка и/или текущей получаемой мощности ветрового парка. Предпочтительно, это осуществляется в течение заранее определенного переходного времени. Если это переходное время будет превышено, то может быть полезным инициировать другие меры, включая переход на ручной процесс.
В соответствии с изобретением также предложена группа из нескольких ветроэнергетических установок, в частности, ветровой парк, которая выполнена с возможностью осуществления способа в соответствии с по меньшей мере одной из вышеописанных форм выполнения.
Предпочтительно, эта группа для выполнения способа содержит центральный блок управления, в частности, блок управления ветровым парком. Для этого также может применяться существующий блок управления ветровым парком, или он может быть адаптирован соответствующим образом. В частности, блок управления ветровым парком должен знать величину согласованной получаемой мощности, и он должен иметь измерительно-технический доступ к соответствующей текущей получаемой мощности из сети или к таким измеренным значениям. Кроме того, центральный блок управления должен иметь связь с ветроэнергетическими установками.
Далее изобретение будет пояснено более подробно с помощью примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 схематично показывает ветроэнергетическую установку.
Фиг. 2 схематично показывает ветровой парк.
Фиг. 3 показывает блок-схему для распределения получаемой мощности.
Фиг. 4a-4f показывают примерный профиль разделения получаемой мощности для случая постоянной отбираемой мощности.
Фиг. 5а-5f показывают примерный профиль разделения получаемой мощности для случая переменной отбираемой мощности.
На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с мачтой 102 и гондолой 104. На гондоле 104 размещен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и вращатель 110. Ротор 106 при работе приводится ветром во вращательное движение и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104.
Фиг. 2 показывает ветровой парк 112 с тремя примерными ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или разными. Три ветроэнергетические установки 100, таким образом, являются представительными в принципе для любого количества ветроэнергетических установок ветрового парка 112. Ветроэнергетические установки 100 предоставляют свою мощность, а именно, в частности, выработанный электрический ток через сеть 114 ветрового парка. При этом соответственно выработанные токи или мощности отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и чаще всего предусмотрен трансформатор 116, который преобразует с повышением напряжение ветрового парка, чтобы затем в точке 118 ввода, которая в общем случае также обозначается как PCC, вводить в сеть 120 электроснабжения. Фиг. 2 представляет собой лишь упрощенное представление ветрового парка 112, которое, например, не показывает никакого управления, хотя, конечно, управление существует. Также, например, сеть 114 ветрового парка может быть выполнена иначе, например, трансформатор может иметься на выходе каждой ветроэнергетической установки 100, и это лишь еще один пример выполнения.
Фиг. 3 показывает процесс для распределения полученной мощности. При этом в правой или средней области показан процесс, в котором предлагается предлагаемая мощность, и соответственно резервируется получаемая мощность. В левой части, которая обозначена как “требование возврата”, показан процесс, который требует возврата зарезервированной получаемой мощности от ветроэнергетических установок. На этой схеме используются следующие переменные:
- Ppos: Возможная предоставляемая в распоряжение получаемая мощность. Это обозначает получаемую мощность, которая на соответствующем этапе в процессе и, тем самым, в цикле может предлагаться соответствующей установке, включая ее уже ранее зарезервированную мощность.
- Pmax: Максимальная получаемая мощность, а именно, максимальная мощность, которая в соответствии с договоренностью для всех затронутых ветроэнергетических установок вместе может отбираться из сети электроснабжения. Она также была описана как отбираемая мощность, согласованная для отбора из сети электроснабжения. Эта максимальная получаемая мощность в показанном примере на фиг. 3 идентична потребляемой мощности ветрового парка, потому что в этом представлении мощности, которые могут генерироваться ветроэнергетическими установками или отбираться из накопителя, не учитываются, то есть имеют значение 0.
- Pact: Текущая мощность в точке сетевого подключения (NAP). Это та мощность, которая отбирается из сети электроснабжения в точке сетевого подключения и, тем самым, для всех соответствующих ветроэнергетических установок вместе. Она представляет в этой связи также фактическое значение или измеренное значение. Опционально или упрощенно Pact формируется как сумма полученных мощностей, зарезервированных всеми ветроэнергетическими установками в предыдущем цикле.
- PweaXcons(t): Получаемая мощность установки X, то есть соответствующей рассматриваемой установки из текущего цикла.
- PweaXcons(t-1): Получаемая мощность установки X, то есть соответствующей рассматриваемой установки из предыдущего цикла. Эти оба значения PweaXcons(t) и PweaXcons(t-1), таким образом, обозначают получаемую мощность, которую соответствующая установка фактически зарезервировала и, в частности, также фактически потребляет. При этом “X” является заполнителем для числа, которое указывает номер соответствующей ветроэнергетической установки в цикле и предопределенной последовательности.
- ΔΡ: Разность (зарезервированной) получаемой мощности ветроэнергетической установки между двумя циклами.
Цикл запускается в блоке 1 “цикла таймаута”. Вслед за этим, сначала измеряется действительная мощность Pact в точке сетевого подключения. В блоке 11 вычисляется возможная доступная получаемая мощность, а именно, из согласованной максимальной получаемой мощности, которая должна быть получена, Pmax, за вычетом фактической текущей отбираемой мощности Pact. Если при этом получается значение для Ppos, которое больше или равно 0, то в качестве предлагаемой мощности ветроэнергетической установке предлагается мощность Ppos, включая зарезервированную получаемую мощность этой ветроэнергетической установки из предыдущего цикла, она предлагается как Ppos+Pwea1cons(t-1).
Однако, если доступная получаемая мощность Ppos меньше 0, то процесс разветвляется в направлении вниз, и может запускаться описанный ниже процесс требования возврата.
Но если доступная получаемая мощность Ppos положительна или по меньшей мере равна 0, она предлагается первой ветроэнергетической установке вместе с получаемой мощностью, зарезервированной в последнем цикле, и ветроэнергетическая установка 1, которая обозначена как WEA 1, резервирует зарезервированную получаемую мощность, а именно, Pwea1cons(t). Это значение также используется для расчета предложенной мощности для второй ветроэнергетической установки WEA 2.
В блоке 21 сначала проверяется, уменьшилась ли получаемая мощность первой ветроэнергетической установки или нет. Для этого соответственно вычисляется разница получаемой мощности ΔР:
ΔР=Pwea1cons(t)-Pwea1cons(t-1).
Если ΔΡ больше, чем 0, то есть, предыдущая, а именно, в блоке 21 первая ветроэнергетическая установка повысила свою зарезервированную получаемую мощность, то доступная получаемая мощность Ppos снижается, а именно, на это значение ΔР:
Рpos=Ppos-ΔP.
Это показывает блок 22.
Теперь второй ветроэнергетической установке доступна предлагаемая мощность на уровне доступной получаемой мощности Ppos, включая получаемую мощность Pwea2cons(t-1), зарезервированную в последнем цикле второй ветроэнергетической установкой. Вторая ветроэнергетическая установка WEA 2 может резервировать теперь получаемую мощность на этом уровне, или она может резервировать меньшую полученную мощность, а именно, текущую зарезервированную получаемую мощность Pwea2cons(t-1) второй ветроэнергетической установки WEA 2.
На основе значений для зарезервированной получаемой мощности второй ветроэнергетической установки предыдущего цикла и текущего цикла в блоке 31 проверяется, увеличилась ли или снизилась зарезервированная опорная мощность второй ветроэнергетической установки WEA 2. В случае необходимости, новое, а именно, более низкое значение для доступной получаемой мощности Ppos определяется в блоке 32 аналогично расчету в блоке 22. Основываясь на этом, затем для следующей ветроэнергетической установки, которая здесь условно для соответствующей другой ветроэнергетической установки обозначена как Х-ая ветроэнергетическая установка WEA X, вычисляется Ppos, и на этой основе предлагается предлагаемая мощность.
При прохождении цикла, каждой ветроэнергетической установке с 1 по X вновь и вновь предлагается предлагаемая мощность, и из нее, при необходимости, резервируется получаемая мощность.
Таким образом, каждой ветроэнергетической установке от 1 до X предлагается в этом цикле предлагаемая мощность, и соответствующим образом соответствующая ветроэнергетическая установка резервирует получаемую мощность. При этом происходит так, что первая ветроэнергетическая установка имеет приоритет, а затем следующие ветроэнергетические установки также приоритизируются в соответствии с их положением в последовательности.
Если оказывается, что потребляется больше мощности, чем резервируется, то в блоке 11 для возможной доступной получаемой мощности Ppos получается отрицательное значение. Соответственно, от блока 11 непосредственно вниз происходит разветвление, и последней ветроэнергетической установке предлагается это отрицательное значение доступной получаемой мощности, включая получаемую мощность, которую зарезервировала эта X-ая ветроэнергетическая установка в последнем цикле. Таким образом, Х-ой ветроэнергетической установке предлагается Ppos+PweaXcons(t-1). Это значение, таким образом, меньше, чем зарезервированное в последнем цикле значение получаемой мощности PweaXcons(t-1), поскольку потенциально доступная получаемая мощность Ppos имеет отрицательное значение. В этом контексте ветроэнергетическая установка X может резервировать получаемую мощность PweaXcons(t), а именно меньше, чем в предыдущем цикле. В блоке 33 затем проверяется, зарезервировала ли ветроэнергетическая установка Х получаемую мощность, и насколько меньше, чем в предыдущем цикле. Возможная доступная получаемая мощность Ppos затем повышается на это разностное значение получаемой мощности ветроэнергетической установки Х между двумя циклами в блоке 34:
Ppos=Ppos+ΔP.
Это может означать, например, что в блоке 11 для Ppos получилось отрицательное значение, например, 4кВт. Если зарезервированная получаемая мощность ветроэнергетической установки X уменьшилась на 2 кВт, потому что она перед этим зарезервировала 2 кВт, а теперь больше не резервировала никакой получаемой мощности, значение для разности получаемой мощности ΔР в блоке 33 составляет +2 кВт, и Ppos увеличивается в блоке 34 на 2 кВт, а именно, от минус 4 кВт до минус 2 кВт. Для дальнейших ветроэнергетических установок, возможная доступная получаемая мощность Ppos повышается дальше, при этом ветроэнергетическим установкам причитается меньше зарезервированной получаемой мощности, или зарезервированная получаемая мощность отбирается у них. В качестве примера это показано еще в блоках 23 и 24, которые аналогичным образом соответствуют блокам 33 и 34, во всяком случае, для ветроэнергетической установки 2.
После выхода блоков 23 и 24, наконец, ветроэнергетической установке WEA 1 может предоставляться по меньшей мере повышенное до 0 значение для Ppos ветроэнергетической установки 1, включая зарезервированную ею в предыдущем цикле получаемую мощность Pwea1cons(t-1) в качестве предлагаемой мощности. После этого цикл завершается и снова начинается в блоке 1. Если никакая зарезервированная получаемая мощность не требуется обратно, блоки 33, 34, 23 и 24 не используются, и цикл возвращается в конце ветроэнергетической установки X обратно в блок 1, и цикл начинается спустя соответственно установленное время.
Дополнительно здесь еще поясняется следующее.
Управление получаемой мощностью для ветроэнергетических установок, также обозначаемых далее WEA, работает ориентированным на группу образом. Группы представляют собой избирательно выбранные ветроэнергетические установки, например, все подключены к точке сетевого подключения. Обработка осуществляется циклически (например, каждую 1 мин).
В начале каждого цикла определяется оставшаяся еще доступной получаемая мощность (Ppos=Pmax-Pact). Необходимая для этого текущая получаемая мощность (Pact) может быть обеспечена с помощью установленного измерения в точке сетевого подключения или путем формирования суммы всех зарезервированных получаемых мощностей и является минимальным значением (максимальным значение получаемой мощности) для цикла управления получаемой мощностью.
Все ветроэнергетические установки группы с их доступной получаемой мощностью (Ppos+PweaXcons(t-1)) опрашиваются последовательно. Эта получаемая мощность формируется общей доступной получаемой мощностью (Ppos) и зарезервированной мощностью (PweaXcons(t-1)) соответствующей установки предыдущего цикла (мощности, которая была уже зарезервирована и потребляется в данный момент).
Если мощность требуется в ветроэнергетической установке, и достаточной является доступная мощность, то установка может получать свою требуемую мощность. В качестве подтверждения установка отправляет обратно свою текущую общую получаемую мощность (PweaXcons(t)).
Если установка приняла дополнительно получаемую мощность (ΔP>0), то для последующей установки доступная получаемая мощность корректируется (Ppos-=ΔP). Если мощность вновь высвобождалась, она игнорируется в этом цикле.
За счет игнорирования высвобожденной получаемой мощности установки в системе формируется управление приоритетом, так как следующим установкам в последовательности цикла эта высвобожденная мощность не предлагается. Только в следующем цикле, эта мощность снова может быть введена в расчет. Таким образом, установки, находящиеся впереди в списке опроса, имеют раньше возможность резервировать мощности.
Если больше мощности получается, чем резервируется, то зарезервированная получаемая мощность может отбираться у установок. Это тот случай, когда максимальная получаемая мощность (Рмах) становится меньше, то есть задается меньшее номинальное значение. При этом исключении, выполняется принудительный возврат получаемой мощности в соответствии со списком приоритетов. Установки с более низким приоритетом должны отдавать свою мощность в первую очередь. Последовательность опроса установок для этих циклов является обратной, и высвобожденная получаемая мощность может быть немедленно принята в расчет.
Важным для качества системы является синхронный режим работы между установкой и управлением получаемой мощностью. Установка может запрашивать получаемую мощность только после высвобождения посредством управления. Даже отключение получаемой мощности должно осуществляться относительно синхронно. В противном случае, энергетический баланс нарушается.
В случае представленных получаемых мощностей установок (PweaXcons) речь идет о максимальных значениях, которые установка могла бы получать в соответствующих ситуациях. Например, при нагреве лопастей установки была бы зарезервирована мощность нагревательной секции и отопительно-вентиляционного агрегата, хотя в настоящее время работает только вентилятор. Таким образом, гарантируется независимый режим работы периферийного оборудования установки.
За счет сообщенных максимальных получаемых мощностей установок и максимальной измеренной получаемой мощности в NAP гарантируется, что полная получаемая мощность в NAP не будет превышена, и что сохраняется относительно независимое управление установками. Благодаря этому можно избежать необходимости высокоточного регулирования получаемой мощности в NAP, что технически трудно осуществить.
Фиг. 4а-4f показывают ситуацию меняющихся потребляющих нагрузок и соответствующих возможных профилей получаемых мощностей. Прерывистые характеристики показывают получаемые мощности, которые соответствующие ветроэнергетические установки сообщили в качестве потребности, а сплошные характеристики показывают получаемые мощности, которые соответствующие ветроэнергетические установки затем фактически получили, то есть смогли зарезервировать. Эта символика относится к фиг. 4а-4f, а также к фиг. 5а-5f.
За основу берется ситуация изменяющихся потребляющих нагрузок и описывается ниже для рассматриваемых моментов времени.
Пример относится к ветровому парку с 5 ветроэнергетическими установками (WEA) при управлении получаемой мощностью. Приоритет установок распределен по номерам установок (от установки 1 с наивысшим приоритетом до установки 5 с самым низким приоритетом).
За основу берется фиксированное максимальное номинальное получение (потребление) 700 кВт, которое описывает здесь отбираемую мощность, которая установлена, например, по договору, и не может и не должна, по меньшей мере без затруднений, быть превышена. Любая другая доступная в ветровом парке мощность ветрового парка здесь не рассматривается или не существует. Эта фиксированная отбираемая мощность на фиг. 4 показана как P Max.
Минута 2: Установка 1 запрашивает 100 кВт, а установка 2 500 кВт, они резервируют эти мощности, таким образом, соответственно, в качестве получаемой мощности и отбирают эти мощности, что далее предусматривается также для следующих фиг. 5а-5f. Установка 4 требует 250 кВт, но может покрыть с помощью 50 кВт частичную потребность, поэтому резервирует только 50 кВт получаемой мощности. Установка 5 требует 150 кВт, но больше не может покрыть эту потребность, поэтому не резервирует никакой получаемой мощности. Общая потребность примерного ветрового парка, которая на фиг. 4а, а также на фиг. 5а обозначена как как P Cons.(NAP), составляет 650 кВт. Эта мощность называется мощностью ветрового парка и обозначает мощность, которую группа ветроэнергетических установок, здесь ветроэнергетических установок 1-5, в данный момент отбирает из сети электроснабжения.
Минута 8: Установка 4 возвращается на 50 кВт необходимой потребности. Никаких изменений в общем потреблении.
Минута 11: Установка 1 запрашивает мощность 0 кВт. Мощность 100 кВт высвобождается, и установка 5 может реализовать потребность 150 кВт, то есть зарезервировать. Поэтому получается общее потребление 700 кВт.
Минута 13: Установка 4 запрашивает 250 кВт, но имеет только зарезервированное потребление 50 кВт. Далее получается общее потребление 700 кВт.
Минута 19: Установка 4 возвращается на 50 кВт необходимой потребности. Никаких изменений в общем потреблении.
Минута 21: Установка 1 запрашивает 100 кВт, но не получает, так как свободной мощности нет. Никаких изменений в общем потреблении.
Минута 25: Установка 4 запрашивает 250 кВт, но имеет лишь 50 кВт зарезервированного потребления. Общее потребление 700 кВт.
Минута 27: Установка 2 высвобождает 200 кВт. Полное потребление снижается до 500 кВт. Эта мощность не передается последующим установкам в последовательности опроса, например, установке 4 с потребностью 250 кВт. Только в следующую минуту, то есть в следующем цикле, эта мощность предоставляется в распоряжение. В этой связи, показанные и прокомментированные минуты также являются иллюстративными для циклов, которые могут также составлять времена иные, чем одна минута. Это также относится к фиг. 5а-5f.
Отображение приоритета: Установки, находящиеся впереди в последовательности опроса, имеют более высокий приоритет.
Минута 28: Установка 1 принимает 100 кВт. Общее потребление 600 кВт.
Минута 31: Установка 1 запрашивает мощность 0 кВт. Общее потребление 500 кВт.
Минута 32: Установка 4 возвращается на 50 кВт необходимой потребности. Никаких изменений в общем потреблении. Установка 4 запрашивает 250 кВт, но имеет лишь 50 кВт зарезервированного потребления. Далее, общее потребление 700 кВт.
Минута 37: Установка 4 запрашивает и принимает 250 кВт. Общее потребление 700 кВт.
Минута 41: Установка 1 запрашивает 100 кВт, но не получает их.
Минута 44: Установка 4 возвращается на 50 кВт необходимой потребности. 200 кВт получаемой мощности высвобождаются. Общее потребление 500 кВт.
Минута 45: Установка 1 принимает 100 кВт из высвобожденной мощности. Общее потребление 600 кВт.
Минута 49: Установка 4 запрашивает 250 кВт, но имеет лишь 50 кВт зарезервированного потребления. Далее общее потребление 600 кВт.
Минута 51: Установка 1 запрашивает мощность 0 кВт. Общее потребление 500 кВт.
Минута 52: Установка 4 запрашивает и принимает 250 кВт. Общее потребление 700 кВт.
Минута 57: Установка 2 высвобождает 300 кВт. Общее потребление 200 и 500 кВт. Все системы могут покрывать свои потребности.
На фиг. 5а-5f за основу берется ситуация изменяющихся потребляющих нагрузок с изменяющимся максимальным номинальным потреблением, т.е. изменяющейся согласованной отбираемой мощностью или изменяющейся потребляемой мощностью ветрового парка, и описывается ниже для рассматриваемых моментов времени. Эта изменяющаяся отбираемая мощность на фиг. 5а показана как P Max.
Пример относится, как в случае фиг. 4, к ветровому парку с 5 ветроэнергетическими установками при управлении получаемой мощностью. Приоритет установок распределен по номерам установок (от установки 1 с наивысшим приоритетом до установки 5 с самым низким приоритетом).
Минута 2: Установка 2 и установка 5 находятся в потреблении с общим потреблением 200 кВт, т.е. получаемой мощностью ветрового парка 200 кВт.
Минута 11: Установка 2 принимает получаемую мощность 250 кВт. Общее потребление или получаемая мощность ветрового парка составляет 500 кВт, а именно, мощность, которую получают все 5 ветроэнергетических установок в этот момент в сумме в качестве получаемой мощности.
Минута 14: Номинальная получаемая мощность, то есть согласованная отбираемая мощность снижается до 400 кВт. Отрицательное сравнение номинальной/фактической мощности (больше не имеется достаточной получаемой мощности) гарантирует, что установки должны регулировать потребление энергии. Ввиду приоритизации, установки опрашиваются в обратной последовательности. Высвобожденная получаемая мощность установок, ввиду отрицательного сравнения номинальной/фактической мощности, немедленно включается в доступную энергию соответствующей следующей установки, чтобы избежать ненужных простоев.
Установка 5, с самым низким приоритетом, немедленно устанавливает потребление энергии. Результатом является общее потребление 350 кВт.
Минута 18: Установка 4 возвращается на 50 кВт необходимой потребности. Получаемая мощность 200 кВт высвобождается. Установка 5 может снова получать 150 кВт, но только в следующем цикле, в минуту 19. Общее потребление составляет тогда 300 кВт.
Минута 21: Установка 1 запрашивает мощность 0 кВт. Общее потребление 200 кВт.
Минута 25: Установка 3 запрашивает мощность 100 кВт. Общее потребление 300 кВт.
Минута 31: Установка 1 запрашивает мощность 100 кВт. Общее потребление 400 кВт (максимум).
Минута 36: Номинальная получаемая мощность снижается до 200 кВт. Вследствие приоритета, установки 5+4 переходят на 0 кВт. Общее потребление 200 кВт.
Минута 41: Установка 1 запрашивает мощность 0 кВт. Установка 4 получает мощность 50 кВт. Общее потребление 150 кВт.
Минута 54: Установка 2 запрашивает мощность 200 кВт, но не получает ее, поскольку остается только 50 кВт получаемой мощности.
Минута 57: Номинальная получаемая мощность, то есть, согласованная отбираемая мощность увеличивается до 450 кВт. Установка 1 принимает 100 кВт, и установка 2 200 кВт. Общее потребление 450 кВт.
Минута 61: Установка 1 запрашивает мощность 0 кВт. Общее потребление 350 кВт.
Минута 65: Установка 3 снижает потребление до 50кВт. Установка 5 принимает 150 кВт. Общее потребление 450 кВт.
В заключение, по меньшей мере упрощенно и в качестве примера, может быть пояснено следующее.
Получаемая мощность распределяется в соответствии с приоритетом (последовательностью опроса), соответствующим установкам. Если установка зарезервировала получаемую мощность, установка сохраняет ее за собой, пока ей больше не будет требоваться эта получаемая мощность. Таким образом, обеспечивается приоритизация во времени. Установке, которая сообщила о потребности первой, будет выделяться получаемая мощность. Если несколько установок одновременно запрашивают получаемую мощность, то решение о приоритете принимается на основе последовательности опросов установок. Тем самым гарантируется, что высвобождаемая мощность распределяется упорядоченно по приоритетам.
Если предоставляется больше мощности, чем резервируется, то зарезервированная получаемая мощность должна отбираться у установок. Это тот случай, когда номинальная получаемая мощность становится меньшей. За исключением этого, принудительный возврат получаемой мощности осуществляется в соответствии со списком приоритетов. Установки с более низким приоритетом должны первыми отдавать свою мощность.