СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТЬЮ
METHOD OF ELECTRIC DISTRIBUTION NETWORK CONTROL

Настоящее изобретение относится к способу управления электрической распределительной сетью, которая имеет несколько уровней регулировки. Далее изобретение относится к управлению уровнями регулировки, а также парку ветровых установок.
Эксплуатация электрических снабжающих сетей, как например, европейской объединенной сети, в общем, известна.
При этом электрические снабжающие сети, большей частью, по геополитическим причинам подразделены на многие сетевые регулирующие комплексы, ответственные за эксплуатацию участка электрической объединенной сети и централизовано ими управляющие.
Сами участки соединены друг с другом посредством электрической передающей сети, чтобы передавать электрическую мощность между собой, или соответственно, транспортировать электрическую энергию на большие расстояния. Собственное распределение электрической энергии внутри участка происходит через электрическую распределительную сеть.
При этом управление электрической снабжающей сетью происходит посредством ряда управляющих механизмов, которые должны обеспечивать производственную надежность соответствующего участка.
Примером такого управляющего механизма является предоставление регулирующей мощности, при котором, например, в зависимости от изменения частоты предоставляют регулирующую мощность, чтобы установить равновесие мощности между сгенерированной и потребленной мощностью.
Однако у известных до настоящего времени управляющих механизмов эти мощности, большей частью, отличаются друг от друга, в частности, т.к. фактическая нагрузка не соответствует спрогнозированной нагрузке. Это, в свою очередь, приводит к тому, что с большими затратами должны быть использованы другие управляющие механизмы, чтобы компенсировать это отклонение, т.к. отклонения между сгенерированной и потребленной мощностью могут вести к сбоям в электрической распределительной сети, например, к пониженной частоте в электрической распределительной сети.
Компенсация отклонения между сгенерированной и потребленной мощностью происходит внутри электрической распределительной сети, большей частью, с помощью подключения или отключения генераторов и/или потребителей, чтобы предоставить так называемую регулирующую мощность, и/или с помощью обмена обменной мощностью с другими электрическими распределительными сетями, в частности, по электрической передающей сети, или соответственно, по так называемым линиям обмена.
Из-за растущего распространения электрических снабжающих сетей с возобновляемыми энергиями эксплуатация электрических снабжающих сетей, или соответственно, электрических распределительных сетей становится все более затратной, в частности, в отношении известных до настоящего времени управляющих механизмов. Это, в особенности, заключается в том, что такие источники энергии, особенно ветроэнергетические установки и фотогальванические установки, могут давать колебания по своей выходной мощности. Сюда относятся особенности из-за, большей частью, децентрализованного распределения и другого вида запитки мощности, нежели это известно у обычных силовых станций. Так все большее значение приобретает, например, более быстрое и более точное предоставление регулирующей мощности, но одновременно снижается их управляемость из-за свойства регенеративных генераторов. Как следствие, с учетом необходимой эксплуатационной надежности и, в частности, с учетом эксплуатации до настоящего времени необходимая эксплуатационная надежность электрической снабжающей сети, или соответственно, электрической распределительной сети, в будущем может быть обеспечена с трудом, или соответственно, только с большими или более высокими затратами.
Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам для приоритетной заявки для данной заявке выявило следующий уровень техники: EP 3 214 718 A1; DE 10 2013 222 277 A1, DE 10 2014 112 979 A1, US 2010/0023174 A1, US 2014/0379159 A1 и US 2016/0248254 A1.
Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача обратиться, по меньшей мере, к одной из названных выше проблем, в частности, должно быть предложено решение, позволяющее оптимально с точки зрения работы эксплуатировать электрическую распределительную сеть с высокой интеграцией возобновляемых энергий. В качестве возобновляемых энергий здесь обозначаются генераторы, использующие возобновляемые энергии. Но, по меньшей мере, должна быть предложена альтернатива известным до настоящего момента решениям.
Таким образом, согласно изобретению предлагается способ управления электрической распределительной сетью согласно пункту 1 формулы изобретения. Соответственно этому предусмотрен пункт управления сетью для управления электрической снабжающей сетью, и электрическая распределительная сеть подразделена на несколько зон регулировки. При этом под зоной регулировки следует понимать, в основном, объединение нескольких генераторов и/или потребителей, которые по отношению к третьим лицам объединены по эксплуатации в узел, или соответственно, балансовый узел.
К тому же, по меньшей мере, зона регулировки имеет, по меньшей мере, генератор, в частности, парк ветровых установок и дополнительного потребителя. Здесь под парком ветровых установок следует понимать, в частности, пространственное скопление ветроэнергетических установок, которые связаны друг с другом организационно и технически.
Далее, по меньшей мере, предусмотрен контроллер зоны регулировки, чтобы управлять, по меньшей мере, одним генератором, или соответственно, парком ветровых установок. Таким образом, контролер зоны регулировки выполнен, по меньшей мере, с возможностью управления генератором электрической энергии, предпочтительно парком ветровых установок, например, с помощью передачи заданных значений, в частности, заданных значений активной и/или реактивной мощности.
Для управления генератором, или соответственно, парком ветровых установок, т.е., в частности, для генерирования электрической мощности посредством, по меньшей мере, одного парка ветровых установок, контроллер зоны регулировки принимает от пункта управления сетью устанавливаемую обменную мощность, т.е. значение устанавливаемой обменной мощности. Таким образом, контроллер зоны регулировки предназначен и для того, чтобы принимать информацию о затребованной обменной мощности от пункта управления, например, по защищенной линии.
При этом сама по себе обменная мощность определена как сумма всех сгенерированных и потребленных мощностей генераторов и потребителей, которые выполнены с возможностью управления при помощи контроллера зоны регулировки. Если сумма положительна, то внутри зоны регулировки преобладает избыток мощности, который может быть предоставлен в пользование другим зонам регулировки, т.е. может быть обменен с ними. Если сумма отрицательная, то внутри зоны регулировки преобладает дефицит мощности, который может быть компенсирован, например, отключением потребителей или с помощью получения мощности от другой зоны регулировки, а именно, - обменной мощности.
Если устанавливаемая обменная мощность составляет, например, 0 МВт, то зона регулировки не должна поставлять электрическую мощность в электрическую снабжающую сеть, или соответственно, в другие зоны регулировки. Если устанавливаемая обменная мощность составляет, например, 100 МВт, то зона регулировки должна предоставлять эту мощность как избыток с помощью ее генераторов, или соответственно, сохранять ее внутри зоны регулировки - т.е. внутри зоны регулировки осознанно генерируется слишком много мощности, чтобы, например, покрывать дефицит мощности в другой зоне регулировки.
С помощью устанавливаемой обменной мощности создается в соответствии с изобретением план применения, в частности, план применения составляется с помощью контроллера зоны регулировки. При этом план применения предусмотрен для того, чтобы управлять генераторами и потребителями зоны регулировки так, что разница между достигнутой, или соответственно, устанавливающейся обменной мощностью и устанавливаемой обменной мощностью стала минимальной. Т.е. план применения составляется так, что преобладающая обменная мощность, т.е. фактическая обменная мощность, также соответствует устанавливаемой обменной мощности.
Например, устанавливаемая обменная мощность составляет 0 Мвт, а потребителям зоны регулировки требуется 20 МВт. В этом случае план применения предусматривает, по меньшей мере, для одного парка ветровых установок генерируемую мощность в 20 МВт. Тогда внутри зоны регулировки генерируются 20 МВт и 20 МВт потребляются, поэтому имеется фактическая обменная мощность в 0 МВт. Сгенерированная и потребленная мощности компенсируются, тем самым, внутри зоны регулировки. Но если генератор, или соответственно, парк ветровых установок не смог сгенерировать требуемую мощность в 20 МВт из-за преобладающих ветровых условий, то это может быть сообщено генератором, или соответственно, парком ветровых установок обратно в контроллер зоны регулировки. Тогда контроллер зоны регулировки сообщает это дальше на пункт управления сетью, чтобы от пункта управления сетью получить новую устанавливаемую обменную мощность или дает команду другим генераторам зоны регулировки, генерировать больше электрической мощности.
Для осуществления соответствующего изобретению способа план применения включает в себя предпочтительно заданные значения, особо предпочтительно заданные значения активной и реактивной мощности, чтобы с их помощью управлять генераторами и, в частности, потребителями зоны регулировки. Предпочтительно при этом заданные значения рассчитываются, по меньшей мере, с помощью граничного условия так, чтобы отдача мощности, по меньшей мере, одного парка ветровых установок была максимальной. С помощью такого граничного условия может быть достигнута, например, максимальная интеграция возобновляемой энергии внутри зоны регулировки, и одновременно вышестоящей электрической снабжающей сети может быть предоставлена универсальная мощность.
Таким образом, в частности, предлагается, чтобы устанавливаемая обменная мощность и/или план применения оптимизировались, по меньшей мере, с помощью циклического способа, например, с помощью оптимизированного расчета потоков нагрузки, или соответственно, optimized power flow. Расчет плана применения, или соответственно, заданных значений для генераторов может происходить, например, таким образом, чтобы вся зона регулировки объединялась в узел, или соответственно, балансовый узел, причем для самого балансового узла производился свой собственный анализ потока нагрузки, в рамках которого сгенерированная парком, или соответственно, одним парком ветровых установок мощность должна быть максимальной.
о
Затем парк ветровых установок генерирует в зависимости от плана применения, или соответственно, заданных значений, электрическую мощность. Таким образом, парк ветровых установок подает в электрическую распределительную сеть электрическую мощность, которая по величине соответствует заданному значению плана применения. При этом само заданное значение может быть постоянным или изменяться во времени. В особо предпочтительной форме исполнения план применения и, в соответствии с ним, заданное значение, которое также может изменяться по времени, составляется для заранее определенного временнго интервала. Таким образом, план применения включает в себя множество графиков нагрузки для отдельных генераторов и, в частности, для отдельных потребителей зоны регулировки, имеющих изменяющиеся по времени заданные значения. Таким образом, с помощью плана применения управляют распределением мощности внутри зоны регулировки. Для этого генераторы и/или потребители этой зоны регулировки получают заданные значения, которые также могут быть переменными по времени. Каждое заданное значение может быть обозначено как график нагрузки, или индивидуальный график нагрузки, чтобы этим подчеркнуть, что в качестве заданного значения также может быть предварительно задан характер изменения.
Особо предпочтительным у соответствующего изобретению способа является то, что электрической распределительной сетью можно управлять значительно проще с помощью нескольких балансовых узлов, включающих в себя несколько генераторов и потребителей. Эта в высшей степени комплексная система электрической распределительной сети объединяется именно с помощью соответствующего изобретению способа в несколько балансовых узлов и, таким образом, эксплуатируется более оптимально, в частности, с более высокой интеграцией возобновляемой энергии. Таким образом, в соответствии с изобретением предлагается, целенаправленно предоставлять обменную мощность с помощью имеющей несколько балансовых узлов системы, при этом отдельные балансовые узлы работают, по возможности, автономно, чтобы обеспечивать высокую интеграцию возобновляемой энергии. При этом эта большая автономность каждой зоны регулировки делается возможной, в частности, тем, что для каждой зоны регулировки проводится особый анализ потока нагрузки, для которого пункт управления сетью предварительно задает лишь граничные условия.
Предпочтительно заданные значения передаются контроллеру зоны регулировки, по меньшей мере, одному парку ветровых установок и предпочтительно, дополнительно, по меньшей мере, одному потребителю, при этом заданные значения в зависимости от плана применения выбираются таким образом, чтобы разница между обменной мощностью и устанавливаемой обменной мощностью была минимальной.
Таким образом, план применения реализуется с помощью заданных значений, передаваемых от контроллера зоны регулировки парку ветровых установок. Для этого парк ветровых установок имеет, например, управляющий модуль парка ветровых установок, оснащенный для того, чтобы принимать заданные значения от контроллера зоны регулировки.
К тому же контроллер зоны регулировки оснащен для того, чтобы пересылать данные, в частности, заданные значения плана применения, генераторам и, в частности, потребителям зоны регулировки. В последующей форме исполнения контроллер зоны регулировки предпочтительным образом функционально интегрирован в управляющий модуль, или соответственно, в этот управляющий модуль парка ветровых установок. Это особенно предпочтительно, если парк ветровых установок является одним из самых больших, или соответственно, самым большим генератором зоны регулировки, поскольку, таким образом, могут быть сведены к минимуму времена прохождения сигнала и гарантирована более высокая защита от аварии.
Далее заданные значения выбираются таким образом, чтобы разница между обменной мощностью и устанавливаемой обменной мощностью была минимальной. Т.е. заданные значения выбираются таким образом, чтобы принятая от пункта управления сетью устанавливаемая обменная мощность могла быть также сгенерирована, или соответственно, преобразована. Это важно, в особенности, в отношении возобновляемой энергии, в частности, энергии ветра, т.к. она зависит от преобладающей погоды, в частности, от преобладающих параметров ветра. На такой случай план применения включает в себя также заданные значения, позволяющие так управлять потребителями, чтобы они меньше забирали мощности, или соответственно, чтобы они были задросселированы.
Предпочтительно, по меньшей мере, прогнозируемое значение для предоставляемой от зоны регулировки для заранее определенного периода времени прогноза обменной мощности и/или генерируемой мощности генераторов определяется контроллером зоны регулировки, и, по меньшей мере, одно прогнозируемое значение передается от контроллера зоны регулировки в пункт управления сетью, при этом прогнозируемое значение включает в себя предпочтительно моментальное значение, отображающее достигнутую в данный момент обменную мощность зоны регулировки.
Таким образом, контроллер зоны регулировки определяет для зоны регулировки, объединенной предпочтительно в балансовый узел, генерируемую мощность генераторов и/или предоставляемую обменную мощность для заранее определенного периода времени. Это может происходить, например, путем суммирования гарантированных наименьших мощностей. Например, по меньшей мере, один парк ветровых установок может гарантировать на основании преобладающих параметров ветра 100 МВт на ближайшие 15 минут, а дополнительному потребителю зоны регулировки, например, фабрике, требуется на эти же 15 минут 80 МВт. Тогда предоставляемая обменная мощность составляет 20 МВт. Генерируемая мощность генераторов в 80 МВт и/или предоставляемая наименьшая мощность в 20 МВт передаются тогда контроллером зоны регулировки как прогнозируемое значение, или соответственно, прогнозируемые значения пункту управления сетью.
Предпочтительно прогнозируемые значения включают в себя для этого моментальное значение, т.е. фактическое значение, при этом это значение отображает достигнутую обменную мощность. Особо предпочтительно этим фактическим значением, т.е. моментальным значением, является фактическая мощность за короткий период времени, например, фактическая мощность за одну 1 минуту.
Так, например, фактическое значение составляет 15 МВт, а предоставляемая обменная мощность составляет 20 МВт. Таким образом, контроллер зоны регулировки сообщает в пункт управления сетью не только моментальную обменную мощность в 15 МВт, но и также возможную обменную мощность в 20 МВт. Это позволяет оператору сети, в частности, пункта управления сетью, оптимизировать эксплуатацию электрической распределительной сети с помощью предоставляемой обменной мощности и, в частности, интегрировать больше возобновляемых энергий в свою электрическую распределительную сеть. В этом названном примере оператор распределительной сети может свободно располагать теперь 5 МВт - т.е. он может целенаправленно повысить обменную мощность зоны регулировки до 20 МВт, чтобы разгрузить другие зоны регулировки или оставить устанавливаемую обменную мощность у 15 МВт, тем самым зона регулировки имеет потенциально 5 МВт регулирующей мощности, которая, например, может быть использована для того, чтобы повысить запитанную мощность парка ветровых установок на 5 МВт и сократить запитанную мощность обычной силовой установки на 5 МВт. Пункт управления сетью может затребовать эту регулирующую мощность, повышая желаемую, или соответственно, устанавливаемую обменную мощность на эту регулирующую мощность. Тогда предоставление регулирующей мощности в соответственной зоне регулировки предпринимается с помощью контроллера зоны регулировки.
Предпочтительно заранее определенный период времени прогноза - это день или имеет верхнюю границу в 24 часа.
Таким образом, заранее определенный период времени прогноза для прогнозируемого значения составляет самое большее 24 часа. Поэтому, по меньшей мере, один раз в день прогнозируемое значение пересылается от контроллера зоны регулировки на пункт управления сетью. При этом частота обмена данными осуществляется, в частности, с учетом географических реалий и времени года. Так, например, предпочтительно передавать значительно чаще прогнозируемые значения во времена года с быстро изменяющейся погодой.
Предпочтительно устанавливаемая обменная мощность вычисляется в зависимости от прогнозируемого значения, или соответственно, этого прогнозируемого значения и/или моментального значения, или соответственно, этого моментального значения.
Устанавливаемая обменная мощность, передаваемая от пункта управления сетью и принимаемая контроллером зоны регулировки, рассчитывается, тем самым, с учетом прогнозируемого значения, которое предпочтительно было определено контроллером зоны регулировки.
Таким образом, устанавливаемая обменная мощность рассчитывается с учетом прогноза предпочтительно многократно. Например, контроллер зоны регулировки сообщает, что, по меньшей мере, один парк ветровых установок имеет генерируемую мощность генераторов в 60 МВт на ближайшие 15 минут. Тогда пункт управления сетью рассчитывает с учетом всех генерируемых мощностей генераторов, например, оптимальную обменную мощность в 0 МВт. Тогда эта оптимальная обменная мощность передается от пункта управления сетью на контроллер зоны регулировки в виде устанавливаемой обменной мощности. Со своей стороны, контроллер зоны регулировки принимает эту устанавливаемую обменную мощность и отсюда рассчитывает план применения для зоны регулировки на ближайшие 15 минут, включающий в себя переменное по времени заданное значение, по меньшей мере, для одного парка ветровых установок. Например, заданное значение составляет 40 МВт на первые 5 минут из ближайших 15 минут и 55 МВт для последних 10 минут из ближайших 15 минут. Т.е. в зависимости от выбора граничных и итерационных условий в рамках способа генерируются электрические мощности, по меньшей мере, одним парком ветровых установок в зависимости от плана применения, который был составлен в зависимости от прогнозируемого значения.
Предпочтительно прогнозируемое значение основывается на характеристиках генератора, в частности, парка ветровых установок и/или, по меньшей мере, следующего генератора, в частности, соответственно на номинальной мощности генератора, в частности, парка ветровых установок, или соответственно, по меньшей мере, одного следующего генератора, и/или на прогнозе погоды для зоны регулировки.
Таким образом, прогнозируемое значение основывается на параметрах состояния зоны регулировки, например, на номинальной мощности генераторов зоны регулировки. Такое прогнозируемое значение может образовывать, например, верхнюю границу или служить базовой величиной. Пока прогнозируемое значение включает в себя, например, парк ветровых установок, который на ближайшие 24 часа может гарантировать только мощность в 10 МВт, граничные условия назначаются так, чтобы график нагрузки для парка ветровых установок, или соответственно, заданные значения для парка ветровых установок не превышали эту мощность в 10 МВт. Таким образом, характеристики используются в качестве граничных условий для оптимизации эксплуатации электрической распределительной сети.
Далее особо предпочтительно использование прогноза погоды для зоны регулировки, чтобы вычислить прогнозируемое значение для зоны регулировки. Вычисленные по прогнозу погоды прогнозируемые значения могут в несколько раз улучшить качество прогнозируемых значений, в частности, в области возобновляемых энергий.
Предпочтительно обменная мощность зоны регулировки характеризуется с помощью значения реактивной мощности и значения активной мощности.
Таким образом, обменная мощность включает в себя положительное и отрицательное значение реактивной мощности и положительное или отрицательное значение активной мощности. Положительное значение мощности описывает избыток мощности внутри зоны регулировки, которая предоставляется в пользование электрической снабжающей сети, или соответственно, другим зонам регулировки в качестве обменной мощности. Отрицательное значение мощности описывает недостаток мощности внутри зоны регулировки, отбираемой из электрической распределительной сети в качестве обменной мощности.
При этом особо предпочтительно то, что не только чистая активная мощность, но также и реактивная мощность в качестве обменной мощности предоставляется в пользование в рамках способа. Такая методика делает возможной, в частности, оптимальную по затратам эксплуатацию электрической распределительной сети.
Предпочтительно план применения включает в себя заранее определенный интервал времени, имеющий оптимизированные заданные значения реактивной и/или активной мощности, при этом заранее определенный интервал времени составляет особо предпочтительно 15 минут или предпочтительно 5 минут, или предпочтительно 1 минуту.
Таким образом, план применения сформирован множеством заданных значений реактивной и/или активной мощности, которые разнятся в течение времени, или соответственно, изменяются. Выполнение плана применения ограничено заранее определенным интервалом времени. Например, план применения включает в себя заданные значения активной мощности для всех генераторов зоны регулировки на ближайшие 15 минут. В течение этих 15 минут эти заданные значения активной мощности также могут изменяться. Например, 15 МВт за 5 минут и затем 20 МВт за 10 минут, поэтому заданное значение активной мощности имеет для заранее определенного интервала времени два различных по величине заданных значения.
Далее, сам по себе план применения заново составляется циклически в зависимости от заранее определенного интервала времени, поэтому генераторы непрерывно имеют перед собой план применения, чтобы в зависимости от плана применения генерировать электрическую мощность.
2
Предпочтительно предусмотрены несколько зон регулировки, и план применения определяется так, чтобы достигаемые обменные мощности зон регулировки по величине были сведены к минимуму и/или были сведены к минимуму достигаемые обменные мощности зон регулировки по способу оптимизации, в частности, чтобы достигаемые обменные мощности зон регулировки сводились к минимуму по способу наименьших квадратов, и/или достигаемые обменные мощности зон регулировки оптимизировались по функции стоимости, и/или сводилась к минимуму потенциальная эмиссия вредных веществ обычными генераторами электрической снабжающей сети, в частности, зон регулировки, как например, оксиды азота или CO.
Таким образом, способ применяется, в частности, для того, чтобы оптимизировать эксплуатацию всей электрической снабжающей сети. Например, обменные мощности оптимизируются между отдельными зонами регулировки, в частности, таким образом, чтобы сводилась к минимуму физическая нагрузка для электрической снабжающей сети, или соответственно, распределительной сети. Но также возможно уменьшать с помощью предложенного способа выброс вредных веществ при генерировании электрической энергии, например, таким образом, чтобы в качестве граничного условия установить, чтобы подавать возобновляемую энергию с максимально возможной мощностью в электрическую снабжающую сеть, или соответственно, в соответствующие зоны регулировки.
Предпочтительно каждая зона регулировки точно имеет один контроллер зоны регулировки.
Было обнаружено, что, в частности, в отношении будущей задачи особенно выгодным является ограничивать число контроллеров зоны регулировки. Для этого предлагается, чтобы каждая зона регулировки точно имела точно один контроллер зоны регулировки, оснащенный для того, чтобы управлять соответствующей зоной регулировки.
Предпочтительно контроллер зоны регулировки выполнен с возможностью взаимодействия с другими контроллерами зоны регулировки других зон регулировки, в частности, чтобы обменивать данные для управления зонами регулировки.
При этом обмениваемые данные могут быть те же, которыми обмениваются контроллер зоны регулировки с пунктом управления сетью.
Предпочтительно электрическая распределительная сеть имеет N пунктов управления сетью и R зон регулировки с соответственно S контроллерами зоны регулировки, причем R≥S≥N, предпочтительно где R≥5N и R=S, и N=1.
Было обнаружено, что сокращение управляющего модуля особо благоприятно действует на способ. Таким образом, предлагается, чтобы было предусмотрено, по меньшей мере, столько зон регулировки, сколько и контроллеров зоны регулировки. Однако может быть предусмотрено меньше контроллеров зоны регулировки, если один контроллер зоны регулировки управляет несколькими зонами регулировки. Также предусмотрено, по меньшей мере, столько зон регулировки, сколько пунктов управления сетью. Таким образом, один пункт управления сетью предусмотрен для одной или нескольких зон регулировки.
В особо предпочтительной форме исполнения электрическая распределительная сеть, или соответственно, электрическая снабжающая сеть точно имеет пункт управления сетью, и электрическая распределительная сеть, или соответственно, электрическая снабжающая сеть подразделена, например, по меньшей мере, на 5 зон регулировки с соответственно точно одним контроллером зоны регулировки. Предпочтительно, по меньшей мере, 5 зон регулировки объединены для проведения способа соответственно в один балансовый узел.
Под ранее или далее описанным узлом, или соответственно, балансовым узлом, следует понимать внутренне самоорганизующийся электрический модуль, который, рассматривая извне, является черным ящиком(Blackbox). Т.е. пункт управления сетью или другие узлы, или соответственно, балансовые узлы не знают внутреннюю структуру узла, или соответственно, балансового узла или знают лишь частично.
Предпочтительно генераторы зоны регулировки управляются так, чтобы предоставленная генераторами реактивная мощность была оптимизирована по минимальным потерям мощности.
Таким образом, граничные условия оптимизации выбираются так, чтобы генерирование реактивной мощности, или соответственно, предоставление реактивной мощности происходило по возможности автономно от генерирования активной мощности, или соответственно, предоставления активной мощности. Таким образом, соответствующий изобретению способ может быть применимым особо предпочтительно для того, чтобы разъединить генерирование реактивной мощности от генерирования активной мощности и/или свести к минимуму вызванные предоставлением реактивной мощности потери активной мощности.
Далее согласно изобретению предлагается контроллер зоны регулировки для приема устанавливаемой обменной мощности, причем контроллер зоны регулировки имеет, по меньшей мере, управляющее устройство, в частности, с базой данных, для составления плана применения, чтобы управлять ранее или далее описанным способом или, по меньшей мере, принимать в этом участие.
К тому же, согласно изобретению предлагается парк ветровых установок для генерирования мощности генераторов, причем парк ветровых установок оснащен управляющим модулем парка ветровых установок для того, чтобы взаимодействовать с контроллером зоны регулировки, чтобы предоставлять мощность генераторов согласно плану применения, причем план применения является частью ранее или далее описанного способа.
Предпочтительно парк ветровых установок включает в себя контроллер зоны регулировки, причем контроллер зоны регулировки имеет, по меньшей мере, управляющий интерфейс для управления ветроэнергетическими установками и, по меньшей мере, коммуникационный интерфейс для обмена данными с пунктом управления сетью, или соответственно, этим пунктом управления сетью.
Далее согласно изобретению предлагается ветроэнергетическая установка, которая оснащена управляющим модулем ветроэнергетической установки для того, чтобы взаимодействовать с управляющим модулем парка ветровых установок ранее или далее описанного парка ветровых установок, чтобы генерировать электрическую мощность, являющуюся частью электрической мощности, генерируемой парком ветровых установок в зависимости от плана применения.
Далее настоящее изобретение в качестве примера более подробно разъясняется с помощью примеров исполнения со ссылкой на фигуры чертежа.
Фиг.1 схематично показывает вид в перспективе ветроэнергетической установки.
Фиг.2 схематично показывает построение соответствующего изобретению парка ветровых установок.
Фиг.3 схематично показывает построение электрической снабжающей сети.
Фиг.4a схематично показывает построение электрической распределительной сети,
Фиг.4b схематично показывает организационное построение соответствующего изобретению способа.
Фиг.5 схематично показывает последовательность составления плана применения для сохранения устанавливаемой обменной мощности с помощью соответствующего изобретению контроллера зоны регулировки и
Фиг.6 показывает схематичное построение 600 соответствующего изобретению способа на многоуровневом изображении.
Фиг.1 показывает ветроэнергетическую установку 100, оснащенную с помощью управления ветроэнергетической установки для того, чтобы взаимодействовать с управляющим модулем парка ветровых установок, чтобы генерировать электрическую мощность в зависимости от плана применения.
Ветроэнергетическая установка имеет башню 102 и гондолу 104. На гондоле 104 расположен ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и обтекателем 110. Ротор 106 при работе переводится ветром во вращательное движение и таким образом приводит в действие генератор в гондоле 104.
Фиг.2 показывает построение соответствующего изобретению парка 200 ветровых установок. В качестве примера парк 200 ветровых установок имеет три одинаковые по конструкции ветроэнергетических установки 210, соединенные друг с другом через сеть 220 парка ветровых установок. Ветроэнергетические установки 210 включают в себя управляющий модуль 212 ветроэнергетических установок и генерируют соответственно электрическую мощность, которая по сети 220 парка ветровых установок с помощью трансформатора 230 парка ветровых установок, подводящей линии 240 и сетевого трансформатора 250 запитывается в точке сетевого подключения PCC в электрическую распределительную сеть 260.
Парк 200 ветровых установок имеет управляющий модуль 270 парка ветровых установок, оснащенный коммуникационным пунктом 272 для того, чтобы обменивать данные с контроллером зоны регулировки и, в частности, получать он него план применения, или соответственно, заданные значения мощности, чтобы генерировать электрическую мощность в зависимости от плана применения. Для этого управляющий модуль 270 парка ветровых установок имеет также измерительное устройство 274 для измерения сетевых параметров, а также управляющий интерфейс 276 для управления ветроэнергетическими установками 210. С помощью управляющего интерфейса 276 управляющий модуль 270 парка ветровых установок оснащен для того, чтобы взаимодействовать с управляющим модулем 212 ветроэнергетических установок 210 парка 200 ветровых установок, в частности, чтобы задавать ветроэнергетическим установкам 210 заданные значения мощности, чтобы с помощью парка 200 ветровых установок генерировать электрическую мощность в зависимости от плана применения.
Фиг.3 показывает схематичное построение электрической снабжающей сети 300, причем электрическая снабжающая сеть включает в себя три электрические распределительные сети 310, 320, 330, соединенные с помощью соединительных линий 342, 344, 346.
Каждая распределительная сеть 310, 320, 330 имеет множество генераторов 312, 322, 332 и потребителей 314, 324, 334, соединенных друг с другом соответственно линиями 316, 326, 336.
Внутри каждой распределительной сети 310, 320, 330 предоставляется с помощью управления генераторами 312, 322, 332 регулирующая мощность PR1, PR2, PR3, чтобы установить мощностное равновесие между генераторами 312, 322, 332 и потребителями 314, 324, 334. Таким образом, регулирующая мощность используется для того, чтобы компенсировать отклонение между сгенерированной и потребленной мощностью. Пока этой регулирующей мощности PR1, PR2, PR3 внутри каждой распределительной сети 310, 320, 330 не достаточно, чтобы обеспечить необходимую эксплуатационную надежность, то отдельные распределительные сети 310, 320, 330 могут по соединительным линиям 342, 344, 346 получать обменную мощность PK12, PK23, PK31 от соседних распределительных сетей 310, 320, 330, чтобы установить мощностное равновесие, т.е. равновесие между сгенерированной и потребленной мощностью, внутри распределительной сети 310, 320, 330, например, чтобы предотвратить сбой внутри узла 310, 320, 330 управления сетями. В качестве примера соединительные линии 342, 344, 346 должны означать электрическую передающую сеть электрической снабжающей сети, которая соединяет друг с другом отдельные электрические распределительные сети 310, 320, 330.
Эксплуатация отдельных распределительных сетей 310, 320, 330 осуществляется через ряд управляющих механизмов, таких как, например, менеджмент балансового цикла.
Фиг.4a схематично показывает построение электрической распределительной сети 400, или соответственно, ее части. Показанная на фигуре 4a электрическая распределительная сеть 400 имеет парк 410 ветровых установок, первого потребителя 420, обычный генератор 430 и следующего потребителя 440, причем линии 452, 454, 456 электрической распределительной сети 400 соединены друг с другом. При этом парк 410 ветровых установок и обычный генератор 430 управляются обычно в зависимости от сетевой частоты таким образом, чтобы внутри электрической распределительной сети 400 устанавливалось мощностное равновесие, которое обозначено с помощью обмена регулирующей мощности PR внутри электрической распределительной сети 400. При этом управление генераторов может происходить с помощью пункта 458 управления. Далее электрическая распределительная сеть соединена соединительной линией 460 с электрической снабжающей сетью, или соответственно, следующими распределительными сетями, чтобы, при известных обстоятельствах, забирать из электрической снабжающей сети обменную мощностью PK, пока мощность требуется, чтобы установить мощностное равновесие в электрической распределительной сети 400.
Фиг.4b схематично показывает организационное построение соответствующего изобретению способа 470 со ссылкой на показанную на Фиг.4a электрическую распределительную сеть 400, имеющую пункт 458 управления сетью, чтобы управлять электрической распределительной сетью 400 посредством сигналов S, причем электрическая распределительная сеть 400 соединена соединительными линиями с другими электрическими распределительными сетями, или соответственно, с электрической снабжающей сетью 465.
Показанная в качестве примера электрическая распределительная сеть 400 фигуры 4a согласно изобретению подразделена на две зоны регулировки, т.е. несколько генераторов и потребителей в отличие от электрической распределительной сети 400 объединены в балансовый узел 482, 486, которые соответственно образуют зону регулировки, или соответственно, означают зону регулировки. Таким образом, Фиг.4b показывает предложенное разделение структуры фигуры 4a на регулирующие узлы 482 и 486, соответственно сами себя регулирующие, а именно, так, чтобы они предоставляли, или соответственно, принимали затребованную обменную мощность. Во внутреннем перераспределении каждый регулирующий узел может для этого универсально управлять своими потребителями и генераторами.
Регулирующий узел, или соответственно, балансовый узел 482 включает в себя парк 410 ветровых установок и дополнительный потребитель 420. Регулирующий узел, или соответственно, балансовый узел 486 включает в себя обычный генератор 430 и потребитель 440.
Генераторы и потребители балансовых узлов, т.е. генераторы и потребители 410, 420, 430, 440 внутри зон 482, 486 регулировки управляются соответственно через контроллеры 484, 488 зоны регулировки, соединенные с пунктом 458 управления сетью для обмена данными.
По линии 490 передачи данных контроллера 484, 488 зоны регулировки принимают устанавливаемую обменную мощность PAS от пункта 458 управления сетью. Отсюда контроллеры 484, 488 зоны регулировки составляют план применения для управления генераторами и потребителями, причем план применения составляется так, чтобы была минимальной разница между достигнутой обменной мощностью PAI и устанавливаемой обменной мощностью PAS.
Для этого контроллеры 484, 488 зоны регулировки передают заданные значения PPS активной и реактивной мощности на генераторы зон регулировки, причем заданные значения PPS активной и реактивной мощности в зависимости от плана применения выбираются так, чтобы разница между обменной мощностью и устанавливаемой обменной мощностью была минимальной.
Исходя из этого, контроллеры 484, 488 зоны регулировки определяют прогнозируемое значение PPI, которое посредством линии 490 передачи данных передается на пункт 458 управления сетью.
При этом прогнозируемое значение PPI включает в себя предоставляемую обменную мощность соответствующих зон 482, 486 регулировки для заранее определенного периода t15 времени и фактическую обменную мощность PAI, причем прогнозируемое значение PPI основывается на прогнозе погоды. При этом фактическая обменная мощность PAI составляется из разницы мощности PZ1, PZ2 потребителей и мощности PGW, PGG генераторов, которая может быть показана на блок-схеме также в виде суммы Σ1, или соответственно, Σ(PGW+PZ1), Σ2, или соответственно, Σ(PGG+PZ2).
Пункт 458 управления сетью принимает прогнозируемые значения PPI зон регулировки для заранее определенного периода времени, например, прогнозируемое значение PPI на ближайшие 24 часа. На основании этого пункт 458 управления сетью составляет новые устанавливаемые обменные мощности PAS для зон регулировки, причем для этого применяется алгоритм оптимизации, учитывающий соответствующие прогнозируемые значения PPI. Некоторые значения, как устанавливаемая с помощью линии 490 передачи данных обменная мощность PAS, обозначены на фигурах одинаковыми ссылочными обозначениями, или соответственно, сокращениями, тем не менее, могут принимать особенно для различных балансовых узлов 482 и 486, или соответственно, различных зон регулировки, различные значения.
Тогда генераторы 410, 430 генерируют в зависимости от заданных значений PPS активной и реактивной мощности, составленных в зависимости от плана применения контроллерами 484, 488 зоны регулировки, соответствующую электрическую мощность PGW, PGG.
Таким образом, в особо предпочтительной форме исполнения соответствующий изобретению способ имеет два цикла оптимизации. С одной стороны, пункт 458 управления сетью собирает все прогнозируемые значения PPI и моментальные значения PAI всех зон 482, 486 регулировки, чтобы отсюда рассчитать обменную мощность для каждой зоны 482, 486 регулировки, и, с другой стороны, каждый контроллер 484, 488 зоны регулировки оптимизирует каждую зону 482, 486 регулировки в зависимости от устанавливаемой обменной мощности PAS так, чтобы зоны регулировки работали, по меньшей мере, согласно устанавливаемому граничному условию. Например, в качестве граничного условия для оптимизации зоны регулировки может быть использовано максимальное использование возобновляемых энергий, поэтому предварительно заданная пунктом управления сетью обменная мощность достигается посредством максимальной нагруженности возобновляемых энергий, т.е., например, все парки ветровых установок эксплуатируются с полной нагрузкой. При этом сам по себе способ может быть выполнен, например, циклом в 15 минут, т.е. каждые 15 минут передаются и рассчитываются новые значения.
Фиг.5 схематично показывает методику составления плана 500 применения для сохранения устанавливаемой обменной мощности с помощью соответствующего изобретению контроллера зоны регулировки.
На первом этапе 510 контроллер зоны регулировки определяет прогнозируемое значение для предоставляемой от зоны регулировки обменной мощности для заранее определенного периода времени прогноза. При этом прогнозируемое значение включает в себя 1-минутное моментальное значение, воспроизводящее фактическую обменную мощность, а также прогноз по гарантированной обменной мощности на ближайшие 24 часа. При этом прогноз по мощностям составляется с использованием сообщения о погоде, в частности, с использованием прогноза погоды. Это обозначено с помощью PROG-блока.
Затем на следующем этапе 520 это прогнозируемое значение, которое также может быть обозначено как график прогноза, пересылается на пункт управления сетью. Это обозначено с помощью TRANS-блока.
Пункт управления сетью принимает все прогнозируемые значения, которые также могут содержать фактические значения и дополнительно графики нагрузки всех участвующих в способе генераторов и потребителей или, по меньшей мере, некоторые из таких графиков нагрузки, на следующем этапе 530 и из этого рассчитывает соответственно устанавливаемую обменную мощность для каждой зоны регулировки. Например, с использованием того граничного условия, что достигаемые обменные мощности каждой зоны регулировки минимальны по величине. Такая методика приводит к тому, что каждая зона регулировки может определять максимально автономно свой соответствующий план применения, поскольку устанавливаемая обменная мощность идет от 0 МВт. Это обозначено CALC-PA-блоком.
Затем на следующем этапе 540 устанавливаемая обменная мощность передается контроллеру зоны регулировки. Это обозначено TRANS-PA-блоком.
Контроллер зоны регулировки принимает на следующем этапе 550 значение устанавливаемой обменной мощности для зоны регулировки в качестве заданного значения и в зависимости от него рассчитывает план применения для сохранения устанавливаемой обменной мощности, причем план применения предусмотрен для управления генераторами и потребителями и составляется так, чтобы разница достигнутой обменной мощности и устанавливаемой обменной мощности была минимальной. Чтобы оптимально управлять использованием генераторов и потребителей, учитывается прогноз вероятных заданных значений. Так, применение управляемых потребителей и генераторов может быть оптимизировано универсально. Например, план применения составляется с использованием того граничного условия, что заданная мощность возобновляемых энергий максимальна. Тогда это приводит к тому, что зона регулировки генерирует свою электрическую энергию исключительно из возобновляемых энергий, например, парка ветровых установок. Это обозначено с помощью CONT-PLAN-блока.
Затем контроллер зоны регулировки на следующем этапе 560 пересылает планы применения, или соответственно, заданные значения планов применения на генераторы зоны регулировки, которые теперь генерируют электрическую мощность в зависимости от плана применения. Это обозначено с помощью CONTR-PA-блока.
К тому же, контроллер зоны регулировки на следующем этапе 570 пересылает план применения в качестве прогнозируемого значения для предоставляемой зоной регулировки обменной мощности для заранее определенного периода времени прогноза в пункт управления сетью. Это обозначено с помощью TRANS-PLAN-блока.
Таким образом, составление плана применения является цикличным, например, со временем цикла в 15 минут. Т.е. план применения и все заданные значения заново рассчитываются с интервалом времени в 15 минут.
Фиг.6 показывает схематичное построение 600 соответствующего изобретению способа на многоуровневом изображении, включающем один первый, один второй и один третий уровень 630, 660, 690.
На первом уровне 630 изображена электрическая распределительная сеть 610, имеющая несколько генераторов 632 и несколько потребителей 634, соединенных друг с другом электрическими линиями 636.
С помощью соответствующего изобретению способа электрическая распределительная сеть теперь подразделяется на несколько зон 662 регулировки, или соответственно, узлов, причем зоны 662 регулировки, или соответственно, узлы включают в себя соответственно несколько генераторов и/или потребителей.
Таким образом, согласно изобретению электрическая распределительная сеть 610 объединена в модель 670 узла. Это объединение обозначено первой стрелкой 640 перевода, и при этом эта модель 670 узла представлена на втором уровне 660.
Т.е. электрическая распределительная сеть 610 управляется с помощью модели узла, или соответственно, модели 670 зоны регулировки. Это обозначено второй стрелкой 680 перевода, и результат представлен на третьем уровне 690. Далее перевод модели 670 узла на электрическую распределительную сеть 610 обозначен линиями 692.