ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С СИСТЕМОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПЕРЕГРУЗКИ
WIND ELECTRIC INSTALLATION WITH TRANSDUCER SYSTEM WITH POSSIBILITY OF OVERLOADING

Настоящее изобретение относится к способу для работы системы преобразователя ветроэлектрической установки. Настоящее изобретение также относится к ветроэлектрической установке с системой преобразователя. Настоящее изобретение также относится к ветровой парка.
Общепринятым до сих пор было то, что топология  сети электроснабжения проектируется на основе того факта, что крупные производители, такие как угольные, газовые или атомные электростанции, подают большие объемы электроэнергии в  сеть электроснабжения и аналогичным образом выполняют большую часть стабилизации сети. В результате увеличения доли возобновляемых источников энергии данная топология сети также может измениться, в результате чего возобновляемые источники энергии, которые обычно действуют как децентрализованные производители, в большей степени берут на себя задачи обеспечения сети.
В дополнение операторы сети устанавливают правила того, как децентрализованные производители должны динамически реагировать на конкретные события сети, такие как сбои в сети или перегрузки/недогрузки.
В данном случае также может возникнуть ситуация, при которой децентрализованный производитель, такой как ветроэлектрическая установка, также должен кратковременно подавать повышенный ток, в частности, в ситуации перегрузки, как в случае короткого замыкания в  сети электроснабжения.
Ситуации перегрузки могут аналогично создаваться кратковременными подключениями нагрузки к  сети электроснабжения или путем подключения трансформаторов (бросок трансформатора) к  сети электроснабжения, которые могут аналогично повлиять на децентрализованных производителей энергии.
В результате таких ситуаций перегрузки тогда существует угроза того, что децентрализованный производитель, в частности, его система преобразователя, которая используется децентрализованным производителем для подачи питания в   сеть электроснабжения, подвергается чрезмерно высокому току или чрезмерно высокой мощности. Соответственно, ток, подаваемый такой системой преобразователя, обычно ограничен.
В этом случае, тем не менее, может быть желательно, чтобы была возможность использования децентрализованных производителей энергии в большей степени, чтобы подавать питание, даже когда присутствует ситуация перегрузки в  сети электроснабжения, и чтобы эти производители энергии не были немедленного ограничены для их собственной защиты или чтобы эти производители энергии не должны были отсоединяться от сети в ситуации перегрузки.
Недостаток систем преобразователя в частности состоит в том, что они обычно подготовлены только для подачи установленной максимальной мощности – при условии запаса надежности, обычно номинальной мощности, во время непрерывной работы, поскольку в ином случае существует угроза перегрева компонентов системы преобразователя, если предполагается подача дополнительной мощности с помощью системы преобразователя.
Ведомством Германии по патентам и товарным знакам был проведен поиск по заявке, являющейся приоритетной по отношению к настоящей заявке, в результате которого были выявлены следующие источники предшествующего уровня техники: DE 10 2006 027 465 A1; DE 10 2008 003 299 A1; US 2013/0026841 A1; WO 2010/079235 A2 и CN 104 578 821 A.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в решении по меньшей мере одной из проблем, упомянутых выше. В частности, должно быть предложено решение, которое обеспечивает по меньшей мере кратковременное увеличение подаваемого тока или соответственно мощности. По меньше мере должно быть предложено  решение, альтернативное ранее известным решениям.
Вследствие этого согласно настоящему изобретению предлагается способ по п. 1. Данный способ предназначен для работы системы преобразователя в ветроэлектрической установке для обмена электрической энергией с  сетью электроснабжения в точке подключения к сети. С этой целью ветроэлектрическая установка содержит систему преобразователя. Система преобразователя может содержать, например, один или несколько инверторов, которые вырабатывают электрический переменный ток и подают его в  сеть электроснабжения. Также могут возникнуть ситуации, при которых по меньшей мере кратковременно система преобразователя получает энергию от  сети электроснабжения, результат которых обычно упоминается как обмен электрической энергией с  сетью электроснабжения.
Вследствие этого инвертор выполнен с возможностью предоставления или соответственно вывода тока инвертора, в частности, многофазного переменного тока, на его выходе инвертора. Электрическая энергия, вырабатываемая ветром в форме тока инвертора, вследствие этого, может быть подана в сеть электроснабжения в точке подключения к сети, которая также обычно упоминается как PCC (Точка Общего Присоединения).
На первом этапе система преобразователя, вследствие этого, работает в нормальном режиме работы. В данном случае инвертор вырабатывает электрический переменный ток из энергии, которая вырабатывается генератором, или части упомянутой энергии для того, чтобы подавать данный переменный ток в сеть электроснабжения.
С этой целью электрический инвертор предпочтительно имеет трехфазное исполнение и имеет по меньшей мере один верхний переключатель и один нижний переключатель для каждой из трех фаз с целью выработки тока электрического инвертора. В данном случае управление переключателями инвертора может осуществляться, например, с использованием способа поля допуска или способа широтно–импульсной модуляции для того, чтобы вырабатывать ток инвертора и обеспечивать его на выходе инвертора.
Кроме того, система преобразователя может постоянно работать в нормальном режиме работы без теплового перегрева, возникающего в компоненте системы преобразователя. В данном случае нормальный режим работы также можно понимать, как номинальную работу при номинальной рабочей точке.
В нормальном режиме работы предполагается, что не существует ситуации перегрузки, релевантной для системы преобразователя, ни в системе преобразователя, ни в  сети электроснабжения.
На дополнительном этапе затем регистрируется ситуация перегрузки, затрагивающая систему преобразователя. Поэтому ситуация меняется. В данном случае система преобразователя в первую очередь еще находится в нормальном режиме работы и регистрирует или осуществляет мониторинг установленного измерения или переменных сигнала, или вводов, которые описаны более подробно позже. Например, ситуация перегрузки может быть идентифицирована или обнаружена на основе установленных предельных значений или других предварительно определенных критериев, которые обычно непрерывно регистрируются во время работы системы преобразователя.
Поскольку – как уже описано в начале – ситуации перегрузки могут возникнуть по различным причинам, то универсальные критерии с точки зрения преобразователя должны, вследствие этого, быть предусмотрены для того, чтобы иметь возможность обнаружения ситуаций перегрузки, и/или можно преднамеренно проверять разные критерии для того, чтобы иметь возможность регистрации разных ситуаций перегрузки. В данном случае примерами ситуации перегрузки являются кратковременное увеличение тока из–за подключения трансформатора (эффект броска), сильные колебания напряжения в сети в результате кратковременного подключения нагрузки и/или отключения нагрузки. Кроме того, оператор сети также может потребовать, чтобы преобразователь был переведен в режим перегрузки, если предполагается кратковременное предоставление увеличенной мощности, например, системой преобразователя в случае сбоя, такого как короткое замыкание в сети.
Если теперь ситуация перегрузки обнаруживается в любой момент во время нормальной работы, система преобразователя переводится в режим работы с перегрузкой на дальнейшем этапе способа. В данном режиме работы с перегрузкой система преобразователя, вследствие этого, выполнена с возможностью работы при перегрузке. В частности, теперь допускаются перегрузки по току, которые обычно должны не допускаться, и превышают на, например, до 10% или более номинальный ток системы инвертора.
Применительно к режиму работы с перегрузкой предлагается, что средняя частота переключения для выработки выходного тока уменьшается. Преобразователь формирует ток или напряжение посредством действий переключения прерывателей цепи, при этом действия переключения имеют среднюю частоту переключения. Данная средняя частота переключения уменьшается для режима работы с перегрузкой.
Дополнительно или в качестве альтернативы предлагается допускать более высокую нагрузку на систему преобразователя, в частности увеличенную температуру и/или увеличенный выходной ток, в режиме работы с перегрузкой системы преобразователя в течение предварительно определенного максимального периода перегрузки. Было признано, что такая увеличенная нагрузка может быть допущена и затронутые компоненты не разрушаются, если данная увеличенная нагрузка допускается только в течение короткого периода. Значение до 30 секунд, предпочтительно до 10 секунд и, в частности, до 5 секунд предпочтительно предлагается в качестве максимального периода перегрузки.
Вследствие этого может допускаться избыточная температура в течении короткого периода на силовом транзисторе, в частности. В данном случае избыточная температура описывает температуру, при которой эффекты деградации, т.е. эффекты старения, уже происходят или могут произойти в транзисторе. Увеличенный температурный предел предпочтительно предопределен для допущения увеличенной температуры. Увеличенный верхний предел по току для выходного тока предпочтительно предопределен для ограничения увеличенного выходного тока. В результате преобразователь подготовлен к тому, чтобы допускать больший выходной ток на выходе преобразователя, который выше максимального выходного тока во время нормального режима работы.
Было признано, что серьезные связанные с сетью ситуации перегрузки происходят относительно редко. Они часто длятся лишь несколько 10мс, но это время также может быть длиннее в исключительных ситуациях. В данном случае тепловая предварительная нагрузка, теплоемкость и тепловое сопротивление прерывателей цепи часто несомненно попутно определяют способность переносить перегрузку системы преобразователя. В дополнение аналогично было признано, что прочие компоненты под напряжением в системе преобразователя термически почти не нагружены в сравнении с прерывателями цепи во время поддерживающего сеть питания с перегрузкой.
В данном случае так называемые потери при переключении временно уменьшаются в режиме работы с перегрузкой в сравнении с нормальным режимом работы путем уменьшения средней частоты переключения системы преобразователя. В данном случае пропорциональное отношение между потерями при переключении и частотой переключения силовых полупроводников в системе преобразователя присутствует в целом в соответствии со следующим отношением:
sw=
sw
on
ZK
out
j
off
ZK
out
j
Pf∙ (E(V, I, T)+E(V, I, T)) (1), причем
sw=
on=
PПотери при переключении EПотери при включении
ZK
V=Входное напряжение (напряжение промежуточной цепи)
sw
off
f=Частота переключения E=Потери при выключении
out
j
I=Выходной ток T=температура p-n перехода (Junction Temperature)
ZK
out
ZK
out
Как видно из формулы (1) частота, напряжение и выходной ток имеют решающее значение для суммарных потерь при переключении. Если V и I остаются постоянными, а частота переключения уменьшается, то потери при переключении также соответственно падают. И наоборот, тем не менее, уменьшенная частота переключения так же увеличивает так называемые потери в открытом состоянии, но последние не увеличиваются так же сильно, как падают потери при переключении, если частота уменьшается. Соответственно силовые транзисторы нагреваются в меньшей степени с уменьшенной частотой переключения, если V и I остаются постоянными. Дополнительная увеличенная мощность или увеличенный выходной ток, вследствие этого, могут быть поданы путем подходящего выбора частоты переключения, поскольку силовые транзисторы в среднем переключаются менее часто и, вследствие этого, нагреваются медленнее.
Было признано, что в ситуации перегрузки, при которой более высокий ток должен кратковременно стать доступен  сети электроснабжения, может быть подан синусоидальный ток, который имеет большее искажение, потому что в действительности в ситуации важно подать, в частности, большое количество энергии. Тогда достаточным будет подавать ток, который сильно зависит от гармоник, в данном сбое сети.
Способ в соответствии с изобретением, вследствие этого, позволяет системе преобразователя кратковременно подавать избыточную мощность в ситуации перегрузки.
В результате использования более низкой частоты переключения, создается меньше потерь при переключении и в результате преобразователь может дольше работать в ситуации перегрузки. Соответственно настоящая система преобразователя может работать в ситуации перегрузки дольше, чем обычные системы преобразователя, и в результате может кратковременно делать доступной для  сети электроснабжения увеличенную мощность.
Средняя частота переключения предпочтительно уменьшается в электрической системе преобразователя на установленный и максимальный период перегрузки. Для того, чтобы не допустить постоянной работы системы преобразователя в режиме работы с перегрузкой в сравнении с нормальным режимом работы предлагается предусмотреть максимальный период перегрузки, который является синонимом для уже упомянутого предварительно определенного максимального периода перегрузки.
Максимальный период перегрузки может быть предусмотрен на основе тепловых свойств и также или в качестве альтернативы на основе тепловой предварительной нагрузки системы преобразователя. Также принимается во внимание практика отбора компонентов системы преобразователя в качестве основы для этого, в частности, полупроводниковых переключателей, используемых чтобы формировать ток или напряжение.
j
Тепловые свойства относятся, в частности, к тепловым свойствам материала, например, максимальной теплоемкости или максимальной рабочей температуре затронутого компонента. Это может быть, например, максимальной температурой T p-n перехода силового транзистора. Также принимаются во внимание теплопроводность и тепловое сопротивление. В данном случае тепловые свойства определяют то, как долго система преобразователя может работать в режиме работы с перегрузкой.
2
В дополнение ток, который применяется к системе преобразователя, также имеет решающее значение для максимального периода перегрузки. Для того чтобы определить максимальную разрешенную перегрузку может быть рассмотрено значение i∙t, которое в качестве синонима также может упоминаться как интеграл предельной нагрузки. Оно предопределяет предел для нагрузки и данный предел состоит из перегрузки i по току и периода t в течение которого данная перегрузка по току происходит. Предел, предопределенный таким образом, соблюдается, если квадрат перегрузки i по току, проинтегрированный по периоду, не превышает предопределенное значение. Если перегрузка по току удваивается, например, то это может допускаться только для четверти периода. Максимальный периода может аналогично также быть вычислен из известной или ожидаемой перегрузки по току. Если известен максимальный период, в течение которого может происходить перегрузка по току, то может быть вычислен максимальны уровень тока.
В режиме работы с перегрузкой, в частности, относительные температурные пределы, при которых уже допускаются эффекты деградации в компонентах, например, силовых транзисторах, преднамеренно превышаются. В связи с этим было признано, что ситуации перегрузки возникают лишь относительно редко и, вследствие этого, явление деградации имеет лишь незначительное влияние на максимальный срок службы компонентов системы преобразователя.
В дополнение к тепловым свойствам также предлагается дополнительно или в качестве альтернативы принимать во внимание тепловую предварительную нагрузку системы преобразователя, когда предусматривают максимальный период перегрузки. Тепловая предварительная нагрузка системы преобразователя может быть мгновенной температурой в момент, когда возникает ситуация перегрузки. Следовательно, система преобразователя с более низкой температурой в момент, когда была зарегистрирована ситуация перегрузки, может работать в режиме работы с перегрузкой дольше, чем более теплая система преобразователя с более высокой температурой. Это происходит потому, что было признано, что более холодная система преобразователя может все еще поглощать больше тепла в виде энергии, при ее теплоемкости, чем если бы она уже имела высокую температуру, т.е. уже хранила много тепла.
В соответствии с одной эксплуатационной функцией система преобразователя, вследствие этого, принимает во внимание тепловые свойства и тепловую предварительную нагрузку компонентов в системе преобразователя и, вследствие этого, позволяет использовать тепловые свойства в ситуации перегрузки настолько эффективно, насколько это возможно и в максимально возможной степени.
Вследствие этого предлагается система преобразователя с терморегулируемой или термозависимой средней частотой переключения.
Тем не менее компоненты системы преобразователя также могут быть всеми компонентами системы преобразователя, которые могут нагреваться и могут перегреваться. Это включает компоненты, такие как дроссели, переключатели, блоки питания, радиаторы, катушки и средства выпрямления – вот лишь несколько примеров.
Ситуация перегрузки предпочтительно регистрируется посредством измерения тока, измерения температуры или измерения напряжения. Сочетание способов измерения аналогично предусматривается в качестве варианта в данном случае.
В данном случае измерение тока предпочтительно осуществляется на выходе системы преобразователя, в частности, если данное измеряемое значение регистрируется как бы то ни было для управления системой преобразователя, то, вследствие этого, можно обойтись без дополнительного участка измерения тока.
Измерение температуры предпочтительно осуществляется в радиаторе или непосредственно в токопроводящем компоненте преобразователя, например, непосредственно в силовом транзисторе. Радиатор в частности легко доступен для измерения, тогда как измерение в токопроводящем компоненте обеспечивает измерение непосредственно там, где также может возникнуть перегрев.
Ситуация перегрузки может аналогично быть определена посредством измерения напряжения, которое предпочтительно может быть выполнено в промежуточной цепи системы преобразователя или непосредственно в  сети электроснабжения. В данном случае измерение DC напряжения, следовательно, осуществляется в случае измерения напряжения в промежуточной цепи системы преобразователя, и в этом случае амплитуда напряжения, в частности, позволяет сделать вывод в отношении ситуации перегрузки. В противоположность, в случае измерения напряжения в  сети электроснабжения или в сети парка частота напряжения сети также может быть измерена в дополнение к амплитуде напряжения сети.
В данном случае множество измерений и рабочих параметров предпочтительно соответственно регистрируется, поскольку ситуация перегрузки может оказать влияние на систему преобразователя разными путями.
Если измерение температуры осуществляется с целью регистрации ситуации перегрузки, то тепловое состояние системы преобразователя в целом также можно оценить с использованием зарегистрированной температуры.
Один вариант осуществления предлагает, чтобы переход между нормальным режимом работы и режимом работы с перегрузкой выполнялся на основе по меньшей мере одного критерия из списка, содержащего:
– превышение установленного предельного значения температуры в токопроводящем компоненте системы преобразователя;
– превышение установленного предельного тока на выходе системы преобразователя;
– превышение установленного предельного напряжения в системе преобразователя;
– превышение установленного диапазона напряжений в  сети электроснабжения, если система преобразователя работает в диапазоне напряжений в нормальном режиме работы;
– превышение установленного диапазона частот напряжения в  сети электроснабжения, если система преобразователя работает в диапазоне частот в нормальном режиме работы;
– запрос на вывод более высокой мощности, который предопределяется посредством внешнего сигнала.
В соответствии с предложенным вариантом осуществления превышение установленной предельной температуры в токопроводящем компоненте преобразователя относится, в частности, к измерению температуры в компоненте системы преобразователя. Данное измерение температуры осуществляется, например, с использованием подходящего датчика температуры, такого как PT100, и измерение осуществляется, в частности, в компонентах, которые нагреваются, в частности, быстро в ситуации перегрузки. Подходящая точка измерения температуры, вследствие этого, будет находиться в радиаторе силового транзистора, например.
Превышение установленного предельного тока на выходе системы преобразователя предпочтительно относится к упомянутому выше измерению тока, которое может быть осуществлено на выходе системы преобразователя.
Было признано, что измерение тока на выходе системы преобразователя, в частности, полезно, поскольку данное измеренное значение требуется в любом случае во многих современных системах преобразователя для существующего управления силовыми транзисторами.
Дополнительным критерием регистрации ситуации перегрузки является то, что система преобразователя работает в определенном диапазоне напряжений в нормальном режиме работы и предусматривается верхний предел напряжения и нижний предел напряжения. Если мгновенное измеренное напряжение покидает данный установленный диапазон напряжений, то система преобразователя интерпретирует это как ситуацию перегрузки и переходит в режим работы с перегрузкой. В данном случае диапазоны напряжений могут быть предусмотрены как для промежуточной цепи системы преобразователя, так и для измерения амплитуды напряжения сети.
В дополнение к установленному диапазону напряжений другим возможным критерием является установленный диапазон частот напряжения в  сети электроснабжения, при этом ситуация перегрузки также обнаруживается здесь, если мгновенное измеренное значение частоты напряжения сети покидает установленный диапазон частот, при этом преобразователь вновь работает в рамках данного диапазона частот в нормальном режиме работы. Такое измерение частоты также может предвидеть ситуацию перегрузки, если оно регистрирует частотную характеристику, которая инициирует поведение преобразователя, которое в свою очередь приводит к ситуации перегрузки.
Другим критерием для обнаружения ситуации перегрузки может быть запрос вывода более высокой мощности. Например, данный запрос может быть передан системе преобразователя посредством внешнего сигнала. В данном случае не требуется, чтобы ситуация перегрузки определялась путем измерений в системе преобразователя, а наоборот может возникнуть ситуация, при которой оператор сети запрашивает, чтобы увеличенный вывод мощности быть предоставлен с учетом сбоя сети, даже несмотря на то, что инвертор уже работает при верхнем пределе нормального режима работы, и, вследствие этого, уже вырабатывает максимальный вывод мощности во время непрерывной работы. В общем, внешний сигнал может быть предопределен любой желаемой структурой контроллера или вручную из центра обеспечения работы, если, например, ожидается ситуация перегрузки, но еще не возникла.
Тепловые запасы, например, в форме более высоких температурных пределов, вследствие этого, могут быть обеспечены даже несмотря на то, что ситуация перегрузки еще не возникла, в некоторых обстоятельствах.
2
В соответствии с другим вариантом осуществления ограничение тока предпочтительно осуществляется, если достигается максимальный период перегрузки или предопределенное значение it или предопределенное максимальное значение для интеграла предельной нагрузки.
Вследствие этого предлагается, что не предполагается, что режим работы с перегрузкой присутствует постоянно, поскольку в противном случае может возникнуть тепловое разрушение и серьезные явления деградации. Для борьбы с этой тепловой перегрузкой, вследствие этого, предлагается осуществлять ограничение тока системы преобразователя, если достигается максимальный период перегрузки, при этом ограничение тока предусматривается, в частности, таким образом, что токопроводящие компоненты системы преобразователя, которые нагрелись, более не нагреваются в дальнейшем или даже вновь остывают.
Соответственно система преобразователя имеет ограничение тока, которое включается только если достигается конкретное абсолютное установленное значение температурного предела, которое выше относительного значения температурного предела в нормальном режиме работы. Система преобразователя может, вследствие этого, преимущественно расходовать теплоемкости компонентов насколько это возможно, но предотвращать полный перегрев.
Другой вариант осуществления способа в соответствии с изобретением предлагает практику перехода обратно вновь в нормальный режим работы, если ситуация перегрузки более не регистрируется или не обнаруживается.
Вследствие этого система преобразователя позволяет автоматически переключаться обратно в нормальный режим работы и непрерывно работать. В результате состояние, при котором подается ток, который имеет большее искажение, сохраняется настолько коротким, насколько это возможно с точки зрения времени, в частности.
Один вариант осуществления также предлагает, чтобы максимальный период перегрузки, который также может упоминаться как период работы с перезарузкой, т.е. время, в течение которого допускается, чтобы система преобразователя находилась в режиме работы с перегрузкой, определялся на основе тепловой предварительной нагрузки системы преобразователя. В данном случае рабочая температура, которая присутствует в компоненте системы преобразователя в момент регистрации ситуации перегрузки, может быть использована в качестве тепловой предварительной нагрузки. Во втором варианте максимальный период перегрузки может аналогично определяться на основе процентного значения выходного тока по отношению к номинальному выходному току системы преобразователя. Вследствие этого система преобразователя, которая работала при 25% номинальной мощности в течение непрерывной работы, например, может работать в режиме работы с перегрузкой дольше, чем система преобразователя, которая ранее работала при 90% номинального значения выходного тока, например.
Вследствие этого система преобразователя может определять тепловую предварительную нагрузку не только на основе измерения температуры, но также на основе знаний номинального значения тока, который подавался ранее. На основе этого может быть определен максимальный период перегрузки.
Система преобразователя предпочтительно работает с увеличенным выводом мощности при уменьшенной частоте переключения в режиме работы с перегрузкой для того, чтобы обеспечить кратковременно увеличенный вывод мощности в ситуации перегрузки.
Вследствие этого предлагается, в частности, преднамеренно подавать увеличенную мощность в  сеть электроснабжения. В частности, данная увеличенная мощность может быть выше номинальной мощности системы преобразователя. Это обеспечивается по меньшей мере кратковременно путем использования более низкой частоты переключения.
Поскольку серьезные перегрузки в электрической сети или запросы более высокой мощности от сети возникают очень редко и часто не присутствуют дольше 10мс, то высокий мгновенный резерв, например, также может быть предоставлен путем описанной работы с перегрузкой. В данном случае система преобразователя предпочтительно подготовлена к переходу в режим работы с перегрузкой в любое время независимо от или по запросу оператора сети.
В дополнение к серьезным перегрузкам, которые возникают относительно редко и обычно не происходят дольше 10мс, также могут присутствовать перегрузки, в случае, когда непосредственно должно быть предоставлено меньше мощности. Перегрузки, которые продолжаются более длительное время, могут присутствовать в данном случае в течение приблизительно от 10мс до 30с. Вследствие этого один вариант предлагает допущение перегрузок в течение периода в диапазоне от 10мс до 30с. Вследствие этого предложенный способ в первую очередь описывает мгновенное управление резервом для того, чтобы иметь возможность реагирования на сбои сети и ситуации перегрузки.
Вследствие этого один вариант осуществления предлагает практику оставления выходной мощности неизменной, но все же уменьшение частоты переключения. Это позволяет ослабить нагрузку на преобразователь. Это может также решить ситуацию, в которой выходной ток нарастает даже несмотря на то, что не поднимается вывод мощности. Такое нарастание тока может возникнуть в результате броска тока, например.
В результате можно пройти перегрузку при уменьшенной частоте переключения для того, чтобы защитить систему преобразователя от присоединения к перегрузке и возможно перегрева.
Вследствие этого система преобразователя работает таким образом, что потери при переключении в системе преобразователя уменьшаются в результате уменьшения частоты переключения и менее идеального синусоидального выходного тока, чем тот, что вырабатывается системой преобразователя в нормальном режиме работы, чтобы уменьшить потери при переключении и защитить систему преобразователя от перегрева.
Система преобразователя предпочтительно имеет первый набор параметров и второй набор параметров, которые содержат предельные температуры компонентов системы преобразователя во время нормальной работы и в режиме работы с перегрузкой. В данном случае максимальные предельные температуры в режиме работы с перегрузкой выше относительных температурных пределов нормального режима работы. В дополнение к упомянутым температурным пределам, в наборе параметров также могут быть сохранены другие рабочие параметры, которые предопределены для системы преобразователя в режиме работы с перегрузкой, такие как устанавливаемое среднее заданное значение частоты переключения, и/или заданное значение вывода мощности. Как правило, это адаптированные заданные значения для способа управления, такие как увеличенное заданное значение тока в случае питания с перегрузкой или заданные значения, адаптированные другим образом для системы преобразователя, такие как измененное заданное значение частоты переключения. В качестве другого особого примера заданные значения в частности адаптированные к режиму работы с перегрузкой для способа поля допуска или способа широтно–импульсной модуляции также могут быть сохранены в наборе параметров режима работы с перегрузкой.
В данном случае предлагается, чтобы максимальные предельные температуры в режиме работы с перегрузкой были выше максимальных предельных температур в нормальном режиме работы,
среднее заданное значение частоты переключения в режиме работы с перегрузкой было меньше среднего заданного значения частоты переключения в нормальном режиме работы, и
первое заданное значения вывода мощности было больше или равно второму заданному значению вывода мощности, и при этом
переход от первого набора параметров ко второму набору параметров выполнялся при переходе системы преобразователя в режим работы с перегрузкой для того, чтобы иметь возможность кратковременной работы системы преобразователя с большими максимальными предельными температурами.
В результате предложенного перехода от первого набора параметров ко второму набору параметров, который работу в режиме перегрузки переводит простым образом , предотвращаются также, в частности, и неконтролируемые переходные процессы.
В данном случае температурные пределы во время нормальной работы могут быть относительными температурными пределами, которые могут превышаться в течение короткого времени, но уже могут привести к явлению деградации в компонентах системы преобразователя. В противоположность температурные пределы в режиме работы с перегрузкой следует понимать, как означающие, в частности, абсолютные пределы, которые не должны превышаться в любом компоненте системы преобразователя, поскольку в противном случае в системе преобразователя может быть создано локальное тепловое разрушение. В качестве меры предостережения указывается, что при экспертном определении температурных пределов в режиме работы с перегрузкой, существует запас безопасности относительно температурного предела, при котором компонент системы преобразователя будет термически разрушен.
В результате предложенного способа инвертор может кратковременно работать в режиме работы с перегрузкой выше относительного температурного предела, основанного на нормальной работе, и в этом случае данный режим работы должен присутствовать только кратковременно. В сравнении с обычными системами преобразователя предложенная система преобразователя или система преобразователя с предложенным способом, вследствие этого, обладает большим используемым рабочим диапазоном и кратковременно допускает вывод мощности выше 100% выходной мощности на основании максимальной выходной мощности во время непрерывной работы при номинальной работе.
Время, в которое система преобразователя находится в режиме работы с перегрузкой, предпочтительно записывается. Для того, чтобы иметь возможность создания истории тепловой перегрузки для системы преобразователя, предлагается, в качестве предпочтительного варианта, интегрировать значение избыточной температуры по времени, чтобы формировать интеграл перегрузки. В данном случае избыточная температура описывает значение температуры любого  компонента системы преобразователя, которая превышает предельную температуру. Это означает, что значение температуры, например, интегрируется по времени, как только превышается относительный температурный предел нормального режима работы. В данном случае интегрирование выполняется до тех пор, пока температура системы преобразователя вновь не упадет ниже относительной предельной температуры нормального режима работы. Значение температуры выше относительного предельного значения в нормальном режиме работы, вследствие этого, также упоминается как значение избыточной температуры.
Вследствие этого можно создать историю тепловой перегрузки для системы преобразователя, и данная история позволяет оценивать частоту возникновения перегрузки. В случае очень большого значения интеграла перегрузки можно сделать вывод в отношении связанного с перегрузкой явления старения (деградации) компонентов системы преобразователя.
Система преобразователя предпочтительно работает во время режима с перегрузкой с частотой или частотой переключения, которая уменьшена на 50%, предпочтительно на 75%, в частности на 90%, в сравнении с нормальным режимом работы. Значительное уменьшение частоты переключения, вследствие этого, предлагается для того, чтобы тем самым значительно уменьшить потери при переключении во время режима с перегрузкой, с тем результатом, что по меньшей мере более высокий ток может быть соответственно подан при том же самом тепловыделении.
Измерение тока и напряжения в системе преобразователя или в  сети электроснабжения предпочтительно также содержит измерение частоты и амплитуды у измеренного тока и у измеренного напряжения. Вследствие этого можно регистрировать соответствующие переменные измерения для вариантов осуществления, описанных выше.
Вследствие этого система преобразователя, выполнена с возможностью обработки ситуации перегрузки на основе измерения частоты и амплитуды у измеренного тока или у напряжения, поскольку ситуации перегрузки или события в сети могут быть обнаружены или предвидятся на основе изменения частоты или амплитуды. Измерение частоты и амплитуды аналогично включает в себя возможность измерения скоростей изменения частоты и амплитуды у тока и напряжения для того, чтобы иметь возможность прогнозирования сильного падения в возникающей ситуации перегрузки на основе производной или градиента.
Изобретение также предлагает ветроэлектрическую установку для осуществления обмена электрическим питанием с  сетью электроснабжения в точке соединения с сетью, как заявлено в п. 14.
Соответственно ветроэлектрическая установка содержит систему преобразователя для выработки электрического тока и/или электрического напряжения, при этом система преобразователя в данном случае также может иметь множество преобразователей или множество шкафов преобразователя. Если выходной мощности одного преобразователя недостаточно для подачи мощности, выработанной генератором ветроэлектрической установки, то множество преобразователей или шкафов коммутационной аппаратуры также может быть подключено параллельно с преобразователем.
Устройство управления для управления системой преобразователя предлагается в качестве дополнительного компонента ветроэлектрической установки. В данном случае устройство управления может быть предусмотрено в качестве компьютера для управления производственными процессами или может быть реализовано на таком компьютере для управления производственными процессами. Вследствие этого предлагается реализовать устройство управления в качестве аппаратного обеспечения или в качестве части компьютерной программы. В частности, блок управления подготовлен для управления системой преобразователя в ситуации перегрузки с помощью частоты переключения, которая уменьшается в сравнении с нормальной работой. С этой целью устройство управления может менять тактовую частоту или ширину зоны допуска, например.
В дополнение к устройству управления также предусматриваются измерительные средства для регистрации ситуации перегрузки, затрагивающая систему преобразователя. В данном случае измерительные средства могут регистрировать разные переменные измерения в зависимости от места использования. Например, первые измерительные средства могут осуществлять измерение тока на выходе системы преобразователя, а вторые измерительные средства могут быть использованы для осуществления измерения температуры в токопроводящем компоненте системы преобразователя. Измерение напряжения в промежуточной цепи системы преобразователя или в  сети электроснабжения может быть аналогично реализовано. В самом общем смысле измерительные средства используются, чтобы регистрировать данные измерения или измеренные значения, на основе которых выявляется или обнаруживается ситуация перегрузки. Множество измерительных средств также может быть использовано в одно и то же время, чтобы регистрировать данные измерения или измеренные значения так, чтобы ситуация перегрузки также могла быть зарегистрирована с избыточностью, при необходимости, если измерительные средства выходят из строя, например, или если удовлетворяется множество критериев, которые были описаны в начале и указывают преобладающую ситуацию перегрузки.
В дополнение к устройству управления устройство перехода, которое может осуществлять переход между нормальным режимом работы и режимом работы с перегрузкой, также может быть предусмотрено в компьютере управления производственными процессами или может быть реализовано как часть компьютерной программы. Устройство перехода также может быть частью устройства управления.
Вследствие этого один вариант осуществления предлагает, что ветроэлектрическая установка, в частности устройство управления, подготовлено к осуществлению способа в соответствии с одним из вариантов осуществления, описанных выше.
Система преобразователя предпочтительно имеет термостойкие силовые транзисторы, при этом силовые транзисторы состоят, в частности, из современных полупроводниковых материалов, таких как SiC, GaN или SiGE. В частности, современные силовые на карбиде кремния транзисторы обеспечивают положительные электрические свойства в отношении скорости переключения, теплопроводности и критической напряженности поля в сравнении с обычными силовыми транзисторами, основанными на кремнии.
Вследствие этого предлагается система преобразователя, причем система преобразователя использует современные силовые транзисторы, которые отличаются более хорошей температуростойкостью и, вследствие этого, аналогично конструктивно увеличивают способность системы преобразователя выдерживать перегрузку.
В соответствии с другим вариантом осуществления ветроэлектрическая установка имеет первый набор параметров и второй набор параметров. В данном случае два набора параметров содержат рабочие параметры для работы ветроэлектрической установки в нормальном режиме работы и в режиме работы с перегрузкой, например, максимальные предельные температуры компонентов системы преобразователя, среднюю частоту переключения, которая должна быть установлена для соответствующего режима работы, и/или заданное значение вывода мощности. В данном случае наборы параметров могут быть сохранены в устройстве управления ветроэлектрической установки, т.е. – как описано выше – в компьютере управления производственными процессами или как часть компьютерной программы. Устройство перехода может, вследствие этого, осуществлять переход между сохраненными наборами параметров и, вследствие этого, конфигурировать ветроэлектрическую установку или систему преобразователя для работы в нормальном режиме работы или в режиме работы с перегрузкой.
Изобретение также предлагает ветровой парк со множеством ветроэлектрических установок, который в соответствии с другим вариантом осуществления имеет по меньшей мере одну ветроэлектрическую установку согласно варианту осуществления, описанному выше. Ветровой парк предпочтительно имеет только такие ветроэлектрические установки.
Вследствие этого ветровой парк аналогично допускает нормальный режим работы и режим работы с перегрузкой, при этом дополнительная суммарная мощность всех ветроэлектрических установок может быть временно подана в сеть электроснабжения в ситуации перегрузки. В связи с этим указывается, что способность к перегрузке отдельных ветроэлектрических установок может быть разной в ветровом парке с разными типами ветроэлектрических установок. В данном случае каждая ветроэлектрическая установка может обеспечивать только столько дополнительной мощности в ситуации перегрузки, сколько разрешено ее системой преобразователя или как предусмотрено периодом работы с перегрузкой, описанным выше.
Если дополнительная мощность не запрашивается в ситуации перегрузки, то ветровой парк может, вследствие этого, обходить ситуацию перегрузки.
Настоящее изобретение теперь объясняется более подробно ниже, в качестве примера, на основе примерных вариантов осуществления при обращении к сопроводительным фигурам.
Фигура 1 показывает схематическое отображение ветроэлектрической установки.
Фигура 2 показывает схематическое отображение ветрового парка.
Фигура 3 схематично показывает первый основанный на регулировании переход в режим работы с перегрузкой из нормального режима работы в соответствии с одним вариантом осуществления, если была зарегистрирована ситуация перегрузки.
Фигура 4 схематично показывает второй основанный на регулировании переход в режим работы с перегрузкой из нормального режима работы в соответствии с одним вариантом осуществления, если была зарегистрирована ситуация перегрузки.
Фигура 5 схематично показывает профиль вывода мощности, частоты переключения и развития температуры в системе преобразователя в течение временно возникшей ситуации перегрузки.
Фигура 1 показывает ветроэлектрическую установку 100 с башней 102 и гондолой 104. Ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и обтекателем 110 расположены на гондоле 104. Ветер заставляет вращаться ротор 106 во время работы и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104.
Фигура 2 показывает ветровой парк 112 с тремя ветроэлектрическими установками 100, в качестве примера, которые могут быть идентичными или разными. Вследствие этого ветроэлектрические установки 100 представляют собой по существу любое  количество ветроэлектрических установок в ветровом парке 112. Ветроэлектрические установки 100 предоставляют их мощность, а именно выработанный ток, в частности, через электрическую сеть 114 парка. В данном случае соответственно выработанные токи или мощности от отдельных ветроэлектрических установок 100 складываются и обычно предусмотрен трансформатор 116, причем трансформатор повышает напряжение в парке для того, чтобы затем подавать его в сеть 120 электроснабжения в точке 118 подачи, которая также обычно упоминается как PCC. Фиг. 2 является лишь упрощенной иллюстрацией ветрового парка 112, на которой не показано, например, никакой системы управления,  несмотря на то, что система управления естественно присутствует. Сеть 114 парка также может быть другой, например, в силу того, что трансформатор также может присутствовать на выходе каждой ветроэлектрической установки 100, например, чтобы назвать лишь один другой примерный вариант осуществления.
A
A
soll
IST
IST
Фигура 3 схематично показывает способ полосы допуска, который может быть использован, например, в качестве предпочтительного способа управления в системе преобразователя для того, чтобы иметь возможность управления силовыми транзисторами в системе преобразователя, и чтобы вырабатывать установленный выходной ток. В данном случае выходной ток I, который вырабатывается системой преобразователя, нанесен по отношению к времени t на фигуре 3, при этом только синусоидальная волна фазного тока одной фазы иллюстрируется для лучшей иллюстрации. В самом общем смысле способ полосы допуска основан на принципе, что верхний предел (OB) и нижний предел (UB), которые обходят оптимальный синус, предусматриваются для выходного тока I системы преобразователя, при этом оптимальный синус предопределен в качестве заданного значения I. Выходной ток I, обычно измеряемый на выходе системы преобразователя, находится только в рамках установленных пределов допуска, которые также упоминаются как полоса допуска. Если измеренный выходной ток I достигает либо верхнего предела, либо нижнего предела полосы допуска в данном случае, то осуществляется операция перехода силовых трансформаторов преобразователя или осуществляется операция коммутации с другой токовой цепью посредством измененного положения переключателя в инверторе.
soll
ist
soll
1
1
1
1
sw1
sw2
В примерном варианте осуществления, показанном на фигуре 3, верхний предел OB1 и нижний предел UB1 находятся ближе к синусоидальному заданному значению I тока, чем верхний предел OB2 и нижний предел UB2. В моменты, когда измеренный фактический ток I достигает предела полосы допуска, имеет место коммутация или переход в другое положение переключателя в системе преобразователя, в результате чего фактический ток принимает профиль зигзагообразной формы внутри полосы допуска. Для того чтобы сравнивать OB1 и UB1, пределы OB2 и UB2 находятся на большем расстоянии от заданного значения I тока. Результатом этого является то, что силовые транзисторы в системе преобразователя должны переключаться чаще в первом периоде времени до момента t времени, чем в случае второго периода времени после t. Вследствие этого частота переключения силовых транзисторов в среднем ниже в период времени после t. Например, нормальный режим работы присутствует до момента t времени, т.е. никакой из критериев, которые указывают ситуацию перегрузки, не удовлетворяется или не обнаруживается системой преобразователя. В момент t1 времени по меньшей мере один из критериев, описанных выше, теперь удовлетворяется в качестве примера, что приводит к тому, что системой преобразователя осуществляется переход в режим работы с перегрузкой, и в каждом случае новый верхний предел OB2 и новый нижний предел UB2 предопределяются в способе полосы допуска. Эти пределы могут быть сохранены, например, в наборе параметров режима работы с перегрузкой. В результате расширения полосы допуска, вследствие этого, средняя частота переключения падает, в результате чего потери при переключении в системе преобразователя в целом уменьшаются. Вследствие этого средняя частота f переключения в нормальном режиме работы выше частоты f в режиме работы с перегрузкой, а вывод мощности из системы преобразователя приблизительно постоянный.
Тем не менее в дополнение к способу полосы допуска могут быть предоставлены другие способы управления, например, так называемый способ широтно–импульсной модуляции. Данный способ управления в целом известен специалисту в соответствующей области техники.
В способе широтно–импульсной модуляции для того, чтобы вырабатывать более низкую среднюю частоту, нарастание линейно поднимающегося или опускающегося пилообразного или треугольного сигнала как правило уменьшается. В данном случае пилообразный или треугольный сигнал обрабатывается вместе с несущим сигналом для того, чтобы вырабатывать PWM сигнал для управления силовыми транзисторами. Вследствие этого средняя частота переключения падает в таком способе широтно–импульсной модуляции, если частота или нарастание пилообразного или треугольного сигнала уменьшается.
soll,2
soll,2
sw1
sw2
Дополнительный примерный вариант осуществления, показанный на фигуре 4, показывает каким образом можно допустить более высокую нагрузку на систему преобразователя. В данном случае можно установить увеличенный выходной ток или увеличенный выход мощности в системе преобразователя в режиме перегрузки без изменения средней частоты переключения. С этой целью увеличиваются два предела OB2 и UB2 полосы допуска и предопределяется новое заданное значение I выходного тока в режиме работы с перегрузкой. Новые значения для OB2, UB2 и I могут быть включены в набор параметров для режима работы с перегрузкой. В данном случае расстояние пределов от OB1 до UB1 и от OB2 до UB2 полосы допуска остается неизменным в режиме работы с перегрузкой, что приводит к тому, что средняя частота f переключения в нормальном режиме работы соответствует средней частоте f переключения в режиме работы с перегрузкой.
overload
Вследствие этого система преобразователя вырабатывает более высокий выходной ток I в режиме работы с перегрузкой. Тем не менее данный ток допускается только в течение предварительно определенного максимального периода перегрузки. Дополнительно или в качестве альтернативы более высокие температурные пределы также допускаются для системы преобразователя в режиме работы с перегрузкой в течение короткого периода времени. Это не иллюстрируется на фигуре 4.
Вследствие этого система преобразователя может работать в режиме работы с перегрузкой, если ожидаются более высокие требования по мощности и, если это запрашивает внешний сигнал. Вследствие этого может быть кратковременно предопределено или установлено увеличенное заданное значение вывода мощности. Если увеличенная мощность не требуется, то также возможно допустить по меньшей мере один увеличенный температурный предел в режиме работы с перегрузкой без уменьшения средней частоты переключения. Было признано, что такое чрезмерное увеличение мощности может быть допущено, если оно кратковременное.
1
Фигура 5 аналогично иллюстрирует поведение системы преобразователя, когда ситуация перегрузки возникает в момент t времени на основе графиков A, B и C. В данном случае график A иллюстрирует поведение вывода мощности системы преобразователя в ситуации перегрузки на основании максимальной номинальной мощности PN, max, которая может подаваться системой преобразователя во время непрерывной работы.
1
sw
1
sw
Если в момент tвремени обнаруживается ситуация перегрузки, то более высокая номинальная мощность P может быть подана в  сеть электроснабжения в соответствии с предложенным решением путем уменьшения частоты на 50% и путем подачи менее идеального синусоидального тока в питающую сеть. В данном случае уменьшение частоты для средней частоты f переключения в момент t времени иллюстрируется на графике B на участке OL2 кривой. Дополнительно или в качестве альтернативы средняя частота f переключения может быть сохранена постоянной, что показано на участке OL1 кривой на графике B, и тем не менее может быть подана увеличенная мощность, которая иллюстрируется участком OL1 кривой на графике A. В связи с этим участок OL2 кривой на графике A иллюстрирует только неизменный профиль мощности P для ориентировки.
Возможность использования уменьшенной частоты переключения по причине более низких потерь при переключении для того, чтобы допускать кратковременный вывод увеличенной мощности, указывается участком OL1 на графике A. В показанном примерном варианте осуществления увеличенное среднеквадратическое значение выходного тока, например, вырабатывается системой преобразователя во время работы с перегрузкой в сравнении с нормальным режимом работы. Тем не менее это приводит к тепловому нагреву системы преобразователя или токопроводящих компонентов системы преобразователя. Это иллюстрируется на графике C.
M
1
M
1
1
Для упрощения график C иллюстрирует теоретический профиль T температуры. Например, предполагается, что в период времени до t выход мощности нагрева соответствует мощности нагрева, которая вырабатывается в компоненте системы преобразователя и, вследствие этого, присутствует постоянный профиль. В данном случае температура T предпочтительно определяется в компоненте(ах), в котором перегрев будет формироваться наиболее быстро в ситуации перегрузки. Если выходная мощность теперь увеличивается в момент t времени в ситуации перегрузки то, следовательно, вырабатывается больше тепловой энергии при упомянутом допущении, которая может быть отведена через установленные участки охлаждения или радиаторы. Это приводит к нарастанию температуры компонентов в системе преобразователя после того, как в момент t времени возникает ситуация перегрузки.
1,rel
2,max
krit
M
1,rel
1,rel
2,max
На графике C по оси y иллюстрируется три температурных предела, и в этом случае температурный предел T относится к относительному температурному пределу в нормальном режиме работы, температурный предел T является максимальным температурным пределом во время работы с перегрузкой и температура T соответствует критической и абсолютной максимальной температуре, при которой компонент системы преобразователя термически разрушается. Если измеренное значение T температуры теперь превышает температурный предел T в результате увеличенной подачи мощности, явление старения (деградации) уже может возникнуть на или в компонентах системы преобразователя. Система преобразователя, вследствие этого, при заданной избыточной температуре, находится в диапазоне температур от T до T.
T
Кроме того, фигура 5C указывает площадь A температура–время, которая может быть записана и сохранена в качестве истории перегрузки в подходящем запоминающем носителе информации для того, чтобы иметь возможность сделать вывод о частоте перегрузок и создать профиль тепловой нагрузки компонентов.
A
A
2
2
Аналогичным образом квадрат i выходного тока может быть проинтегрирован по времени и интеграл, т.е. площадь ниже кривой i по времени, тогда должна оставаться ниже предельного значения.