СПОСОБ ДЛЯ ВВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ В СЕТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ВЕТРОЭНЕРГОЦЕНТРОМ И ВЕТРОЭНЕРГОЦЕНТР С ХОЛОДНЫМ ЗАПУСКОМ
METHOD FOR INPUTTING ELECTRICAL POWER INTO A POWER NETWORK WITH A WIND-DRIVEN POWER PLANT AND A WIND-DRIVEN POWER PLANT WITH COLD START-UP

Настоящее изобретение относится к способу для ввода электрической мощности в сеть электроснабжения посредством по меньшей мере одного ветроэнергоцентра. Кроме того, настоящее изобретение относится к ветроэнергоцентру, и настоящее изобретение также относится к устройству управления для осуществления соответствующего изобретению способа и устройству управления для управления соответствующим изобретению ветроэнергоцентром.
Известно введение электрической мощности посредством ветроэнергетических установок в сеть электроснабжения, в частности, с помощью нескольких сгруппированных в ветроэнергоцентр ветроэнергетических установок, которые через общую точку сетевого подключения вводят энергию в сеть электроснабжения. Также известно введение мощности несколькими ветроэнергоцентрами в ту же самую сеть электроснабжения в различных точках сетевого подключения.
Такие способы в принципе предполагают, что сеть находится в режиме эксплуатации. Хотя также известны способы, при которых помехи в сети также учитываются ветроэнергетическими установками, при этом сеть электроснабжения также находится в режиме эксплуатации даже при наличии кратковременной помехи. Даже если бы имело место полное отключение напряжения в течение короткого времени, то сеть электроснабжения регулярно восстанавливается, и ветроэнергетические установки или ветроэнергоцентры могут продолжать свой ввод мощности.
Так, например, в международной заявке WO 2005/031941 A1 описан способ, в котором ветроэнергетическая установка в случае помехи в электрической сети остается соединенной с сетью и по окончании помехи вводит гораздо более высокую мощность в сеть, чтобы при этом обеспечить поддержку сети. Но и в этом случае поддерживается только существующая сеть, которая находится в режиме эксплуатации и также вновь самостоятельно возвращается в режим эксплуатации без помех.
В основе этих концепций лежит основная идея о том, что сеть электроснабжения снабжается по меньшей мере также от одной крупной электростанции и управляется ею. При этом очень большой синхронный генератор регулярно связан непосредственно с сетью, который берет на себя эту задачу управления и при этом также задает сетевую частоту. На нее могут ориентироваться тогда децентрализованные устройства ввода мощности, такие как ветроэнергетические установки и ветроэнергоцентры.
Изолированные сети, которые являются малыми и сами по себе замкнутыми, в частности, когда они на самом деле расположены на (маленьком) острове и имеют тогда так называемый формирователь сети. Это может быть, например, синхронный генератор, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, в частности, дизельным двигателем. Такая система описана в выложенной заявке DE 100 44 096 А1. Таким образом, и там сеть, в конечном счете, управляется за счет непосредственно связанного синхронного генератора.
Проблемы в этом случае могут быть тогда, когда сеть электроснабжения полностью вышла из строя, особенно после полного отключения электропитания, и должна быть вновь введена в эксплуатацию. Подобное справедливо также и к первому вводу в эксплуатацию сети электроснабжения, причем этот случай в настоящее время едва ли может произойти, за исключением малых изолированных сетей, что, однако, не рассматривается в настоящей заявке. При таком повторном вводе в эксплуатацию, крупная электростанция, как правило, с помощью своего синхронного генератора вновь вводится в эксплуатацию. Для этого, одну или несколько крупных электростанций вновь запускают , а затем снова постепенно подключают потребителей к соответствующим точкам сетевого подключения.
Однако такая система не может функционировать, если такие крупные электростанции с синхронными генераторами не подключены к вновь вводимой в эксплуатацию сети электроснабжения. Такая проблема может также возникнуть для более крупной отдельной частичной сети (подсети), например, если произошло локальное полное отключение электропитания.
Одна возможность могла бы заключаться в том, что для таких случаев предусматриваются формирователи сети, как это делается в случае изолированных сетей. Но это имело бы тот недостаток, что такие формирователи сети должны были бы поддерживаться только для таких повторных вводов в эксплуатацию, и таким образом, обычно не требовались бы, так как такие повторные вводы в эксплуатацию или начальный ввод в эксплуатацию происходят довольно редко.
Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам при поиске по приоритетной заявке к настоящей заявке выявило следующие источники предшествующего уровня техники: DE 103 20 087 A1, EP 1965483 A1, EP 1909371 A2, ЕР 2632012 A1, US 2015/0042092 A1, CN 104953616A, DE 100 30 44 096 A1, WO 2005/031941 A1.
Таким образом, в основе изобретения лежит задача решить по меньшей мере одну из указанных выше проблем. В частности, должно быть обеспечено решение, чтобы сеть электроснабжения или ее часть вводить в эксплуатацию или повторно вводить в эксплуатацию без применения крупной электростанции с непосредственно соединенным синхронным генератором. По меньшей мере должно быть предложено решение, альтернативное ранее известным решениям.
Таким образом, в соответствии с изобретением предложен способ согласно пункту 1 формулы изобретения. Этот способ исходит из ветроэнергоцентра, который подключен к сети электроснабжения через точку сетевого подключения и через эту точку сетевого подключения должен вводить электрическую мощность в сеть электроснабжения. Эта сеть электроснабжения или просто сеть снабжения должна эксплуатироваться с сетевой частотой, такой как 50 Гц или 60 Гц. Также может быть предусмотрен ввод мощности от нескольких ветроэнергоцентров, причем каждый ветроэнергоцентр содержит несколько ветроэнергетических установок, и соответствующий ветроэнергоцентр через собственную точку сетевого подключения подключен к сети электроснабжения и через нее осуществляет ввод мощности.
Способ теперь предлагает, что сначала устанавливается, находится ли сеть электроснабжения в режиме эксплуатации. Это установление может предприниматься, в частности, по меньшей мере одним ветроэнергоцентром, и для этого может иметься и применяться центральное управление ветроэнергоцентра. Также может предусматриваться, особенно если используется несколько ветроэнергоцентров, что применяется вышестоящее устройство управления.
Если устанавливается, что сеть электроснабжения не находится в режиме эксплуатации, то запускается по меньшей мере один ветроэнергоцентр в режиме холодного запуска (из полностью обесточенного состояния), чтобы генерировать электрическую мощность и вводить в сеть электроснабжения.
По меньшей мере один ветроэнергоцентр, который был запущен в режиме холодного запуска, теперь эксплуатируется в режиме эксплуатации при холодном запуске. В этом режиме эксплуатации при холодном запуске электрическая мощность вводится в сеть электроснабжения, и за счет этого сеть электроснабжения вводится в эксплуатацию, в частности, также повторно вводится в эксплуатацию. В этом режиме холодного запуска или режиме эксплуатации при холодном запуске, сетевая частота задается вводом электрической мощности. Сетевая частота задается, таким образом, посредством по меньшей мере одного ветроэнергоцентра, вводящего мощность.
Таким образом, предлагаемый способ создает возможность того, что сеть электроснабжения, которая не находится в режиме эксплуатации, которая, таким образом, находится в состоянии аварийного отключения, снова вводится в эксплуатацию, не требуя использования крупной электростанции, особенно не требуя использования крупной электростанции, имеющей непосредственно связанный с сетью синхронный генератор, который задает сетевую частоту. Ветроэнергоцентр, возможно, несколько ветроэнергоцентров, таким образом, распознает, что сеть не находится в режиме эксплуатации, и самостоятельно разгоняет ее до полной нагрузки.
Под сетью электроснабжения здесь понимается не изолированная сеть, а сеть электроснабжения, которая не является изолированной и, в частности, имеет не один или несколько ветроэнергоцентров и, возможно, дополнительных децентрализованных генераторных блоков, в качестве единственного генератора. Сеть электроснабжения, которая здесь положена в основу, связана в нормальном режиме эксплуатации с по меньшей мере одной крупной электростанцией, которая вводит мощность в эту сеть электроснабжения. Это может также включать в себя то, что сеть электроснабжения, для которой было установлено, что она не находится в режиме эксплуатации, не связана в данный момент с крупной электростанцией, потому что таковая была отключена от сети электроснабжения и/или соединена с другой подсетью, и эта подсеть отключена от сети электроснабжения, для которой было установлено, что она не находится в режиме эксплуатации . В этом случае, после запуска сети электроснабжения и ввода в эксплуатацию или повторного ввода в эксплуатацию этой сети электроснабжения, позже может предприниматься соединение с упомянутой подсетью и/или упомянутой крупной электростанцией, чтобы в конечном итоге восстановить нормальный режим эксплуатации сети электроснабжения.
Рассмотренная здесь сеть электроснабжения может, например, являться частью европейской энергосистемы.
Таким образом, способ создает возможность самостоятельного ввода в эксплуатацию без такой крупной электростанции, и это имеет, с одной стороны, то преимущество, что такой ввод в эксплуатацию может быть осуществлен без соответствующей крупной электростанции. Таким образом, может быть осуществлен ввод в эксплуатацию, когда соединение с крупной электростанцией в данный момент разъединено. Но он также имеет то преимущество, что ввод в эксплуатацию, особенно повторный ввод в эксплуатацию, при необходимости, может быть предпринят быстрее, чем это было бы в случае с одной или несколькими крупными электростанциями. Это обосновывается, в частности, тем, что ветроэнергетические установки могут регулировать очень быстро и гибко за счет применения инверторов.
Если сеть электроснабжения вышла из строя, то это обычно классифицируется как серьезное нарушение. Такое нарушение часто приводит к тому, что многие или все крупные электростанции, питающие эту сеть электроснабжения, отключаются. Соответственно, для повторного ввода в эксплуатацию сети электроснабжения, эти крупные электростанции, по меньшей мере их часть, сначала снова вводятся в эксплуатацию, или должен производиться запуск электростанций, которые специально предусмотрены для холодного ( аварийного) запуска. Повторный ввод в эксплуатацию посредством ветроэнергоцентра, который предлагается здесь, следовательно, может создать улучшенное решение, в частности, добиться более быстрого повторного ввода в эксплуатацию.
В соответствии с одним вариантом выполнения предложено, что ветроэнергоцентр через соответствующую точку сетевого подключения соединяется с сетью электроснабжения, причем сеть электроснабжения перед соединением находится в режиме эксплуатации, в частности, не имеет сетевой частоты и после соединения имеет сетевую частоту за счет ввода мощности посредством по меньшей мере одного ветроэнергоцентра. Сеть электроснабжения, таким образом, сначала не находится в режиме эксплуатации. В частности, она не имеет сетевой частоты, что в этом отношении может быть использовано как указатель того, что сеть электроснабжения не находится в режиме эксплуатации. Только соединение с ветроэнергоцентром и ввода электрической мощности посредством ветроэнергоцентра с соответствующей частотой, которую, таким образом, задает ветроэнергоцентр, приводит к тому, что сеть электроснабжения затем имеет сетевую частоту.
Предпочтительным образом, в режиме эксплуатации при холодном запуске генератор частоты генерирует сигнал частоты и опционально также сигнал фазы. Это может быть предоставлено по меньшей мере одному ветроэнергоцентру в качестве управляющего сигнала, и по меньшей мере один ветроэнергоцентр затем устанавливает частоту и, возможно, фазу на основе этого управляющего сигнала. В частности, такой генератор частоты является частью по меньшей мере одного ветроэнергоцентра, который здесь вновь вводит в эксплуатацию сеть электроснабжения. При применении нескольких ветроэнергоцентров для ввода в эксплуатацию сети электроснабжения этот генератор частоты может предоставлять всем этим участвующим ветроэнергоцентрам сигнал частоты и опционально сигнал фазы в качестве управляющего сигнала. В частности, в этом случае предлагается предусматривать генератор частоты в качестве вышестоящего средства управления для нескольких ветроэнергоцентров. Место расположения генератора частоты или соответственно этого вышестоящего средства управления может находиться в одном из ветроэнергоцентров.
Согласно одному варианту осуществления, предлагается, что одна из ветроэнергетических установок работает для задания частоты и опционально для задания фазы в качестве ведущей установки, а остальные ветроэнергетические установки адаптируются к ней, в частности, синхронизируются. Дополнительно или альтернативно, предлагается, что при применении нескольких ветроэнергоцентров, один ветроэнергоцентр для задания частоты и опционально для задания фазы работает как ведущий ветроэнергоцентр, а остальные ветроэнергоцентры адаптируются к нему, в частности, синхронизируются. Таким образом, простым способом можно задавать частоту как управляющую частоту и опционально фазу как управляющую фазу. Ведущая установка или ведущий ветроэнергоцентр могут в этом отношении работать как генератор частоты или вышестоящее средство управления. В этом отношении, преимущества и признаки вышеописанного генератора частоты могут быть распространены на эту ведущую установку или соответственно этот ведущий центр.
Предпочтительно, для запуска по меньшей мере одного ветроэнергоцентра применяется электрическая энергия из накопителя энергии. Опционально, также для ввода по меньшей мере части вводимой мощности применяется энергия из накопителя энергии.
Соответственно, предусматривается накопитель энергии, который может располагаться, например, централизованно в ветроэнергоцентре. Если этот накопитель энергии сравнительно мал или имеет относительно малый заряд, может быть полезно применять энергию только для запуска по меньшей мере одного ветроэнергоцентра, таким образом, качестве энергии для эксплуатации эксплуатационного оборудования, такого как приводы установки лопастей, и соответствующего тока возбуждения для возбуждения поля ротора синхронного генератора с внешним возбуждением соответствующей ветроэнергетической установки. Кроме того, процессоры управления, в том числе для инвертора, может снабжаться такой энергией из накопителя энергии.
Если предусмотрен соответственно большой накопитель энергии, то его энергия может также применяться для непосредственного питания. Тем самым можно достигать того, что повторный ввод в эксплуатацию сети электроснабжения также возможен, когда существует слабый ветер или даже при полном отсутствии ветра в момент, когда сеть электроснабжения должна быть вновь введена в эксплуатацию. В качестве электрического накопителя энергии, особенно пригодны аккумуляторные батареи в качестве прямых электрических накопителей энергии. Но также могут приниматься во внимание электрические накопители энергии, которые хранят энергию в другой форме, но, в частности, могут отдавать эту энергию как электрическую энергию. С этой целью, в частности, могут также рассматриваться газовые накопители. Электрические конденсаторы могут дополнять электрические накопители, особенно в электрических аккумуляторных батареях. Также в качестве особенно предпочтительной формы выполнения рассматривается комбинирование аккумуляторных батарей и других накопителей и, возможно, дополнительно конденсаторных накопителей. Тем самым с помощью различных накопителей электрическая мощность может предоставляться с разным быстродействием. Различные свойства в отношении скорости предоставления энергии, с одной стороны, и емкости накопителей в отношении количества энергии, с другой стороны, могут, таким образом, предпочтительно комбинироваться.
В соответствии с вариантом осуществления предложено, что перед запуском по меньшей мере одного ветроэнергоцентра по меньшей мере в одной из соответствующих точек сетевого подключения регистрируется сетевой импеданс, чтобы проверить готовность к эксплуатации сети электроснабжения. Таким образом, с одной стороны, между установлением того, находится ли сеть электроснабжения в режиме эксплуатации, дополнительно проверяется готовность к эксплуатации. Посредством регистрации сетевого импеданса может распознаваться, в частности, присутствует ли короткое замыкание сети, или является ли точка сетевого подключения, в которой определяется сетевой импеданс, отсоединенной от сети электроснабжения или от большой части сети электроснабжения, или имеет место другая неисправность. Предпочтительным образом, по меньшей мере в один более ранний момент времени, особенно когда сеть электроснабжения находилась в режиме эксплуатации, то есть в отсутствие помех, записывается сравнительный импеданс или сравнительный сетевой импеданс. Сравнение сетевого импеданса, зарегистрированного теперь в точке сетевого подключения, с таким сравнительным импедансом может позволить сделать вывод о том, указывает ли зарегистрированный теперь сетевой импеданс на проблему, в частности, указывает на то, что готовность к эксплуатации могла бы не иметь места.
Дополнительно или альтернативно предлагается, что запуск в режиме холодного запуска согласуется с зарегистрированным сетевым импедансом. Особенно это может зависеть от того, сколько мощности и/или реактивной мощности было сначала введено, насколько быстро повышается напряжение, с которым осуществлялся ввод мощности, и, в частности, насколько стабильно регулирование ввода. В частности, предлагается предусмотреть резерв регулирования в зависимости от зарегистрированного сетевого импеданса. Под резервом регулирования здесь понимается, насколько велика относительная, т.е. процентная, разница введенной мощности или подлежащей вводу мощности относительно расчетной вводимой мощности, при которой рассчитывался предел стабильности, при которой, таким образом, ввод становился бы нестабильным.
Предпочтительно, ветроэнергоцентр не запускается, когда из зарегистрированного сетевого импеданса следует, что готовность к эксплуатации сети электроснабжения отсутствует. Это, в частности, имеет место тогда, когда сетевой импеданс является особенно высоким или особенно низким. Но сетевой импеданс может также качественно указывать на то, что готовность к эксплуатации отсутствует или по меньшей мере проблематична. Это может быть, например, тогда, когда сетевой импеданс имеет очень высокую или очень низкую омическую составляющую.
Предпочтительным образом, во время или непосредственно после запуска по меньшей мере одного ветроэнергоцентра в режиме холодного запуска, по меньшей мере один соединенный с сетью электроснабжения потребитель подключается, чтобы служить для мощности, вводимой в сеть электроснабжения, в качестве нагрузки, так что в сети электроснабжения может протекать электрический ток к этому по меньшей мере одному потребителю.
Такой потребитель может быть искусственным потребителем, то есть таким, который предусмотрен только для поддержки сети, в частности, описанного здесь запуска в режиме холодного запуска. Это может быть, например, электродвигатель и/или банк резисторов для отвода электрической энергии. Предпочтительно, эта нагрузка выполнена таким образом, что она реагирует допустимым образом на колебания напряжения, колебания частоты и колебания доступной мощности.
Особенно предпочтительно в качестве нагрузки может предусматриваться электрическая вращающаяся машина, в частности, с маховиком, которая может работать в режиме как генератора, так и двигателя. Эта электрическая машина может служить в качестве нагрузки, принимать мощность и преобразовывать эту мощность во вращательное движение. Это первоначально введенная мощность или интегрированная по времени энергия может ускорять эту вращающуюся электрическую машину, так что электрическая энергия запасается в виде кинетической энергии вращения. Эта энергия вращения может позже отдаваться в сеть и поэтому, следовательно, по меньшей мере частично, не теряется. Кроме того, такая вращающаяся электрическая машина способна отдавать энергию, по мере необходимости, и тогда, когда ветроэнергоцентр еще находится в режиме холодного запуска и/или в режиме эксплуатации при холодном запуске.
Предпочтительно, ветроэнергетическая установка ветроэнергоцентра и/или другой ветроэнергоцентр образует подключаемую нагрузку. Использование ветроэнергетической установки или ветроэнергоцентра в качестве нагрузки имеет то преимущество, что тем самым эта ветроэнергетическая установка или ветроэнергоцентр может одновременно разгоняться до полной нагрузки. Эта ветроэнергетическая установка или этот другой ветроэнергоцентр поддерживают тогда сначала ввод в эксплуатацию сети электроснабжения в качестве нагрузки, но могут затем быстрее работать как генераторный блок или блоки, как только это становится необходимым. Это может потребоваться, в частности, в том случае, если дополнительные потребители подключаются к этой сети электроснабжения в режиме эксплуатации при холодном запуске.
Предпочтительным образом, запуск в режиме холодного запуска инициируется внешним сигналом оператора сети электроснабжения или внешним сигналом центрального блока управления. Этот внешний сигнал также может применяться для того, чтобы установить, находится ли сеть электроснабжения в режиме эксплуатации, таким образом, чтобы установить, что сеть электроснабжения не находится в режиме эксплуатации. Дополнительно или альтернативно, такой внешний сигнал может применяться для того, чтобы устанавливать готовность к эксплуатации сети электроснабжения. Соответственно, оператор сети и/или центральный блок управления может установить, является ли сеть электроснабжения пригодной к эксплуатации.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагается, что перед запуском в режиме холодного запуска подсеть сети электроснабжения, соединенная с точкой сетевого подключения, отсоединяется, чтобы запускаться и эксплуатироваться независимо от остальной части сети электроснабжения. Кроме того, для этого в качестве дополнительной опции предложено, что на следующем этапе отсоединенная и эксплуатируемая в режиме эксплуатации при холодном запуске подсеть синхронизируется с остальной частью сети электроснабжения, или ее частью, а затем подсоединяется снова.
Соответственно, из общей сети электроснабжения, такой как европейская энергосистема, отделяется подсеть, которая может разгоняться до полной нагрузки независимо от остальной части сети электроснабжения. Остальная сеть электроснабжения также может иначе разгоняться до полной нагрузки. По меньшей мере один ветроэнергоцентр должен, таким образом, запускать только эту отсоединенную подсеть. Предпочтительно, и для этой подсети перед этим выполнялась регистрация импеданса, когда сеть электроснабжения еще находилась по существу в оптимальном состоянии. В этом случае можно также, из импеданса, измеренного в еще не отсоединенной подсети, экстраполировать на импеданс, который получился бы при соответственно отсоединенной подсети.
Предпочтительным образом, на следующем этапе, отсоединенная и эксплуатируемая в режиме эксплуатации при холодном запуске подсеть синхронизируется с остальной частью сети электроснабжения, или ее частью, и затем снова подсоединяется. Таким образом, несколько, по меньшей мере две, подсетей могут разгоняться до полной нагрузки независимо друг от друга, особенно, пока они не будут работать стабильно. Затем может осуществляться синхронизация и повторное подсоединение этих подсетей, разогнанных сначала отдельно до полной нагрузки.
Предпочтительным образом, сеть электроснабжения имеет по меньшей мере одного потребителя и обычный генераторный блок. В частности, сеть электроснабжения имеет очень много потребителей. Таким образом, здесь предлагается применение в принципе обычной сети электроснабжения. Предпочтительным образом, обычный генераторный блок имеет номинальную мощность более 200 МВт. Таким образом, предусматривается обычный генераторный блок, который также упоминается в настоящем описании как крупная электростанция. Дополнительно или альтернативно, обычный генераторный блок имеет синхронный генератор, непосредственно связанный с сетью электроснабжения. Таким образом, исходим из сети электроснабжения с обычными в принципе производителями, а именно, в качестве другого производителя, с ветроэнергетической установкой или ветроэнергоцентром. Этот обычный генераторный блок, таким образом, сконструирован так, что он имеет синхронный генератор, который непосредственно связан с сетью. Такой синхронный генератор мог бы в этом отношении также задавать частоту в сети.
При этом предусмотрено, что этот обычный генераторный блок отсоединен от сети электроснабжения, когда сеть электроснабжения не находится в режиме эксплуатации. Такая сеть электроснабжения, таким образом, снова запускается в эксплуатацию с помощью одного или нескольких ветроэнергоцентров, а не с помощью обычного генераторного блока.
Согласно одному варианту осуществления, предлагается, что предусмотрены по меньшей мере два ветроэнергоцентра, и эти ветроэнергоцентры запускаются синхронно, в частности синхронно разгоняются до полной нагрузки, причем они согласованы друг с другом по меньшей мере по их частотному и фазовому положению, причем предпочтительно один из ветроэнергоцентров работает как задающий (ведущий) ветроэнергоцентр, а другой ветроэнергоцентр или другие ветроэнергоцентры настраиваются по этому ведущему ветроэнергоцентру. Таким образом, повторный ввод в эксплуатацию сети электроснабжения с помощью двух или более ветроэнергоцентров может осуществляться простым образом. Эти по меньшей мере два ветроэнергоцентра могут поэтому, особенно по их отдаваемой мощности, то есть активной мощности, а также их опциональной реактивной мощности, в полной мере дополняться по уровню. Если эти по меньшей мере два ветроэнергоцентра установлены на местности на расстоянии друг от друга, то может также осуществляться некоторое выравнивание по отношению к диапазону ветра. Если эти ветроэнергоцентры достаточно далеко отстоят друг от друга, то изменения ветра, особенно порывы ветра, могут, по меньшей мере частично, усредняться. Это преимущество особенно реализуется при применении более двух, особенно значительно более двух ветроэнергоцентров.
За счет предоставления одного ветроэнергоцентра в качестве ведущего ветроэнергоцентра, можно простым способом реализовать координацию нескольких ветроэнергоцентров.
Предпочтительно применяется несколько ветроэнергоцентров, и данные ветроэнергоцентры обмениваются данными друг с другом, чтобы подготовиться к совместному запуску в режиме холодного запуска, причем ветроэнергоцентры обмениваются по меньшей мере данными об их имеющейся мощности и/или требуемой в сети электропитания мощности, и причем они в зависимости от этого управляют запуском в режиме холодного запуска с последующей работой в режиме при холодном запуске и/или выводят отсюда, возможен ли запуск в режиме холодного запуска с последующей работой в режиме при холодном запуске.
Таким образом, предусматривается передача данных между ветроэнергоцентрами. В частности, при этом производится обмен данными о доступной мощности и/или требуемой в сети электроснабжения мощности. Доступная мощность ветроэнергоцентра зависит прежде всего от того, насколько силен преобладающий ветер в ветроэнергоцентре. Но также учитывается и другая информация, например, все ли ветроэнергетические установки в ветроэнергоцентре могут быть введены эксплуатацию, или одна или несколько ветроэнергетических установок находятся в режиме ремонта, в качестве только одного примера. С помощью этих данных, ввод в эксплуатацию или повторный ввод в эксплуатацию сети электроснабжения может быть лучше спланирован и скоординирован. Также учитывается, что при оценке этих данных выявляется, что ввод в эксплуатацию или повторный ввод в эксплуатацию сети электроснабжения в настоящее время не представляется возможным.
Предпочтительным образом, соответствующий ветроэнергоцентр учитывает преобладающий ветер, ожидаемый ветер и/или свойства и величину имеющихся в ветроэнергоцентре накопительных устройств.
Значимость преобладающего ветра уже пояснялась, и преобладающий ветер оказывает большое влияние на то, какая величина мощности вообще может отбираться из ветра и, тем самым, предоставляться для ввода мощности.
При учете ожидаемого ветра, предпочтительно принимать во внимание прогноз погоды. Он может быть получен из центрального метеорологического института, например, в Германии Федерального ведомства по морскому судоходству и гидрографии. В качестве другой возможности предложено, что сам ветроэнергоцентр определяет прогноз, особенно из полученных данных погоды, таких как изменения давления воздуха, температуры и преобладающего ветра. Предпочтительным образом для этого оцениваются метеорологические данные нескольких ветроэнергоцентров. При этом предпочтительно применяются также метеорологические данные от ветроэнергоцентров, которые не участвуют во вводе в эксплуатацию данной сети электроснабжения.
Для определения доступной мощности могут также учитываться свойства и величина имеющихся в ветроэнергоцентре накопительных устройств. В зависимости от таких накопительных устройств можно судить о том, насколько быстро ветроэнергоцентр может быть разогнан до полной нагрузки, и/или какое количество энергии и тем самым мощности может быть введено непосредственно из накопительных устройств, то есть, какое количество вводимой электрической энергии существует независимо от ветра.
Кроме того, такие электрические накопительные устройства не требуется располагать непосредственно в ветроэнергоцентре, причем расположение в ветроэнергоцентре является предпочтительной формой выполнения.
В соответствии с изобретением также предложено устройство управления для управления вводом электрической энергии в сеть электроснабжения. Ввод осуществляется здесь посредством по меньшей мере одного ветроэнергоцентра, соответственно подключенного через соответствующую точку сетевого подключения к сети электроснабжения, и сеть электроснабжения, как уже было описано выше, эксплуатируется с сетевой частотой, в частности, 50 Гц или 60 Гц. Каждый ветроэнергоцентр имеет несколько ветроэнергетических установок, и устройство управления имеет средство регистрации для установления того, находится ли сеть электроснабжения в режиме эксплуатации. Средство регистрации предусмотрено, в частности, для того, чтобы измерять или оценивать из измеренных значений, присутствует ли частота в сети, то есть может распознаваться.
Кроме того, устройство управления содержит датчик сигнала, который может генерировать и передавать сигнал запуска. Такой сигнал запуска предусмотрен для того, чтобы запускать по меньшей мере один ветроэнергоцентр, который должен вводить мощность в сеть электроснабжения, в режиме холодного запуска. При этом ветроэнергоцентр вырабатывает электрическую мощность и вводит ее в сеть электроснабжения. Такой сигнал запуска подается тогда, когда сеть электроснабжения не работает, то есть когда средство регистрации установило, что сеть электроснабжения не эксплуатируется.
Кроме того, в качестве части устройства управления предусмотрен блок управления, который управляет по меньшей мере одним ветроэнергоцентром в режиме эксплуатации при холодном запуске. В этом режиме эксплуатации при холодном запуске, электрическая мощность от по меньшей мере одного ветроэнергоцентра вводится в сеть электроснабжения и тем самым приводит в действие сеть электроснабжения. Блок управления может управлять по меньшей мере одним ветроэнергоцентром таким образом, что он может задавать вводимую активную мощность, вводимую реактивную мощность и/или их отношение друг к другу. Кроме того или в качестве альтернативы, он может управлять по меньшей мере одним ветроэнергоцентром таким образом, что он задает уровень напряжения, с которым может осуществляться ввод мощности в режиме эксплуатации при холодном запуске или в режиме холодного запуска. Например, он может медленно повышать такое напряжение или управлять ветроэнергоцентром таким образом, что он получает инструкции для соответствующего повышения напряжения.
Таким образом, и в этом режиме холодного запуска или режиме эксплуатации при холодном запуске сетевая частота будет определяться только вводом электрической мощности посредством по меньшей мере одного ветроэнергоцентра.
Предпочтительно, устройство управления выполнено с возможностью осуществления способа согласно по меньшей мере одной из форм выполнения, описанных выше, или управления ветроэнергоцентром или несколькими ветроэнергоцентрами таким образом, что он или они в соответствии со способом согласно одной из форм выполнения, описанных выше, вводят электрическую мощность в сеть электроснабжения.
Соответственно, предложено, что устройство управления координирует холодный запуск сети электроснабжения.
Кроме того, в соответствии с изобретением предложен ветроэнергоцентр с несколькими ветроэнергетическими установками, который выполнен с возможностью осуществления способа согласно по меньшей мере одной из форм выполнения, описанных выше, или участия в таком способе. В соответствии с этим, ветроэнергоцентр может выполнять такой способ также без упомянутого устройства управления, а также участвовать в выполнении способа без такого устройства управления. Например, ветроэнергоцентр или один из ветроэнергоцентров в этом случае может брать на себя такую координацию.
Дополнительно или альтернативно, такой ветроэнергоцентр выполнен с возможностью функциональной связи с устройством управления согласно по меньшей мере одной из форм выполнения, описанных выше. В частности, этот ветроэнергоцентр выполнен таким образом, чтобы принимать сигнала запуска от устройства управления, а также дополнительно или в качестве альтернативы управляться блоком управления устройства управления в режиме эксплуатации при холодном запуске. Таким образом, ветроэнергоцентр согласован с устройством управления как в отношении интерфейсов, так и в отношении функциональной совместимости.
В соответствии с изобретением также предложена ветроэнергетическая установка, которая подготовлена для эксплуатации в ветроэнергоцентре в соответствии с формой выполнения, описанной выше. Такая ветроэнергетическая установка может, таким образом, содействовать, чтобы поддерживать соответственно требуемые электрические параметры. В частности, она может обеспечивать часть вводимой активной мощности и/или реактивной мощности. Предпочтительно, она может иметь отношение активной мощности к реактивной мощности, которое соответствует отношению мощностей, вводимых ветроэнергоцентром в целом. Дополнительно или альтернативно, она может обеспечить свой уровень напряжения соответственно соответствующему заданному значению в режиме холодного запуска или в режиме эксплуатации при холодном запуске. Это также включает в себя обеспечение такого напряжения, чтобы оно учитывало коэффициент передачи одного или нескольких трансформаторов, включенных между ним и точкой сетевого подключения.
Дополнительно или альтернативно, предлагается, что ветроэнергетическая установка включает в себя устройство управления в соответствии с одной из форм выполнения, описанных выше. Таким образом, такое устройство управления может быть предусмотрено в ветроэнергетической установке ветроэнергоцентра. Например, ветроэнергоцентр может включать в себя множество ветроэнергетических установок, из которых некоторые, в частности, все подходят и подготовлены для режима холодного запуска или режима эксплуатации при холодном запуске, но из которых одна имеет описанное устройство управления и, тем самым, может взять на себя управление режимом холодного запуска или режимом эксплуатации при холодном запуске. При этом особенно предпочтительно, что блоки связи и подключения или линии связи ветроэнергетических установок могут также использоваться для управления или координации такого холодного запуска посредством устройства управления.
Ниже изобретение будет описано более подробно на основе примерных форм выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 показывает ветроэнергетическую установку в пространственном представлении.
Фиг. 2 показывает ветроэнергоцентр в схематичном представлении.
Фиг. 3 схематично показывает сеть электроснабжения для иллюстрации повторного ввода в эксплуатацию.
Фиг. 4 схематично показывает на диаграмме упрощенные характеристики для напряжения U и коэффициента мощности cosϕ для режима эксплуатации при холодном запуске.
Фиг. 1 показывает ветроэнергетическую установку 100 с мачтой 102 и гондолой 104. В гондоле 104 размещены ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и обтекателем 110. При работе ротор 106 приводится ветром во вращательное движение и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104.
Фиг. 2 показывает ветроэнергоцентр 112, например, с тремя ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или различными. Три ветроэнергетические установки 100, таким образом, являются характерными в принципе для любого количества ветроэнергетических установок ветроэнергоцентра 112. Ветроэнергетические установки 100 обеспечивают свою мощность, а именно, в частности, выработанный ток через электрическую сеть 114 ветроэнергоцентров. При этом выработанные токи или мощности отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и часто предусмотрен трансформатор 116, который преобразует с повышением напряжение в ветроэнергоцентре, чтобы затем вводиться в точке 118 ввода, которая также обычно обозначается как PCC, в сеть 120 электроснабжения. Фиг. 2 показывает упрощенное представление ветроэнергоцентра 112, например, без управления, хотя, конечно, устройство управления присутствует. Кроме того, сеть 114 ветроэнергоцентров может быть выполнена иначе, в которой, например, имеется трансформатор на выходе каждой ветроэнергетической установки 100, в качестве только одного другого примера выполнения.
Фиг. 3 показывает сеть 1 электроснабжения в схематичном представлении. Сеть 1 электроснабжения содержит в этом представлении три подсети N1, N2 и N3, которые могут быть отделены одна от другой с помощью переключателей S2 и S4. В представлении согласно фиг. 3 два переключателя S2 и S4 замкнуты, и эти три подсети N1-N3, таким образом, образуют, вместе с другими элементами, сеть 1 электроснабжения. Сеть 1 электроснабжения, как это иллюстрирует фиг. 3, может также быть связана с другими частями, в частности, с глобальной общей сетью, такой как европейская энергосистема, что должно иллюстрироваться символом K1 продолжения.
Следует подчеркнуть, что фиг. 3 во многих отношениях является лишь схематичным и иллюстративным представлением. В частности, символически показанные подсети N1-N3, могут быть сильнее связанными друг с другом, например, через несколько точек соединения, но не только через переключатель S2 или S4. Кроме того, в конечном счете, к сети электроснабжения или подсети добавляются также переключающие элементы, трансформаторы, потребители и производители, только лишь в качестве нескольких примеров. Некоторые из этих элементов описаны ниже также еще по их значению для сети 1 электроснабжения.
В форме выполнения согласно фиг. 3 предусмотрены первый и второй ветроэнергоцентр WP1 и WP2, которые осуществляют ввод в сеть 1 электроснабжения, а именно, через переключатель S3 и трансформатор Т3 в подсеть N2 или через переключатель S5 и трансформатор Т5 в подсеть N3. В показанной ситуации, оба переключателя S3 и S5 замкнуты, оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2, таким образом, соединены с сетью 1 электроснабжения и могут вводить мощность.
Кроме того, представлена крупная электростанция 2, которая могла бы вводить мощность через переключатель S1 и трансформатор T1 в сеть 1 электроснабжения, а именно, в подсеть N1. В показанной ситуации, переключатель S1, однако, разомкнут, и крупная электростанция 2, таким образом, в показанной ситуации не вводит мощность. Крупная электростанция 2 показана только как представительная для других крупных электростанций, особенно тех, которые осуществляли бы ввод через синхронный генератор, непосредственно связанный с сетью 1 электроснабжения. В этой связи, разомкнутый переключатель S1 представляет то, что в показанной на фиг. 3 ситуации ни одна крупномасштабная электростанция 2 не вводит мощность в сеть электроснабжения.
Кроме того, в качестве примера показан промышленный потребитель 4, который из сети 1 электроснабжения через трансформатор Т6 и переключатель S6 мог бы потреблять мощность из сети 1 электроснабжения. В показанной ситуации переключатель S6 разомкнут, что указывает на то, что в показанной ситуации примерный промышленный потребитель 4 не потребляет мощность из сети 1 электроснабжения.
Кроме того, символически показана городская сеть 6, которая является представительной для многих отдельных непромышленных потребителей, особенно сгруппированных в сети низкого напряжения.
Эта городская сеть 6 также могла бы потреблять мощность из сети 1 электроснабжения, а именно, через трансформатор Т7 и переключатель S7. Однако в показанной ситуации переключатель S7 разомкнут, и подсеть 6 не потребляет в показанной ситуации никакой мощности из сети 1 электропитания. Примерный промышленный потребитель 4 также символизирует потребителя, который потребляет индуктивную мощность, по меньшей мере в значительно более высокой доле, чем это имеет место для случая городской сети 6.
В показанной на фиг. 3 ситуации только два ветроэнергоцентра WP1 и WP2, таким образом, связаны с сетью 1 электроснабжения в данный момент. Но они не вводят в данный момент никакой мощности. Но оба переключателя S3 и S5 могут быть также разомкнуты. Таким образом, можно исходить из того, что показанная сеть 1 электроснабжения, которая для простоты также может быть обозначена как сеть 1 снабжения, вышла из строя, что может быть здесь также обозначено как полное (аварийное) отключение. Поэтому сеть 1 электроснабжения в данное время не работает.
Теперь в месте 8 измерения производится измерение, чтобы установить, находится ли сеть 1 электроснабжения в режиме эксплуатации. Результат измерения подается в устройство 10 управления и там оценивается. В устройстве 10 управления теперь устанавливается, что сеть 1 электроснабжения не находится в режиме эксплуатации. Это может быть установлено, в частности, за счет того, что никакое напряжение и/или никакая частота не регистрируется (хотя ошибки измерения могут быть исключены).
Устройство 10 управления распознает это и решает, целесообразно ли запустить оба показанных для примера ветроэнергоцентра WP1 и WP2 в режиме холодного запуска. Для этого устройство 10 управления оценивает дополнительную информацию, а именно, информацию как о состоянии сети 1 электроснабжения, так и о состоянии обоих ветроэнергоцентров WP1 и WP2.
При этом состояние сети 1 электроснабжения также может регистрироваться в месте 8 измерения, по меньшей мере это наглядно должно так представляться. В частности, предложено регистрировать сетевой импеданс в соответствующей точке сетевого подключения. Эти детали, однако, не показаны на фиг. 3, и измерение сетевого импеданса или регистрацию сетевого импеданса следовало бы относить к точке сетевого подключения или, в частности, осуществлять там. В этой связи, ветроэнергоцентр WP1 через точку 12 сетевого подключения вводит мощность в сеть 1 электроснабжения, которая локально может соответствовать месту 8 измерения. Второй ветроэнергоцентр WP2 вводит мощность в сеть 1 электроснабжения через точку 14 сетевого подключения.
Через соединения 16 связи устройство 10 управления осуществляет связь с первым и вторым ветроэнергоцентром WP1 и WP2. Тем самым устройство управления может получать информацию от соответствующего ветроэнергоцентра и принимать решение, может ли быть целесообразным запуск в режиме холодного запуска. Такой информацией, в частности, является то, какое количество мощности и/или реактивной мощности соответствующий ветроэнергоцентр в текущее время мог бы обеспечить и, таким образом, ввести ее. Указанная информация о сети электроснабжения, в частности, о сетевом импедансе, отнесенном к точке 12 или 14 сетевого подключения, устройство 10 управления также могло бы получить из соответствующего ветроэнергоцентра WP1 и WP2. В принципе, место 8 измерения может быть опущено, если вся информация может предоставляться от соответствующего ветроэнергоцентра.
Эта информация, то есть, в частности, информация о состоянии сети и текущем состоянии и текущей производительности обоих ветроэнергоцентров WP1 и WP2 теперь оценивается в устройстве 10 управления, и устройство управления 10 может затем выдать сигнал запуска на оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2, чтобы вызвать их запуск в режиме холодного запуска.
Оба ветроэнергоцентр WP1 и WP2 могут затем вводить, в частности, сначала реактивную мощность, а также частично или позже активную мощность. При этом оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2 с помощью устройства 10 управления, в частности, по отношению к частоте и фазе, управляются таким образом, чтобы осуществлять ввод с фиксированной частотой, в частности, номинальной частотой сети электроснабжения, и тем самым задают ее в сети электроснабжения. При этом оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2 синхронизированы друг с другом. Также учитывается, что в другой форме выполнения только один ветроэнергоцентр вводит мощность и в одиночку задает частоту. Таким образом, ветроэнергоцентр или ветроэнергоцентры не ориентируются на имеющуюся сетевую частоту, а задают ее.
В то же время, оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2 могут управляться таким образом, что они, в частности, разгоняются до сетевого напряжения.
Устройство 10 управления также может взять на себя подключение потребителей к сети 1 электроснабжения, как только сеть электроснабжения достигает соответствующей стабильности. Это может включать в себя замыкание приведенных для примера переключателей S6 и S7 в соответствующие моменты времени и, тем самым, подключение соответствующих потребителей, а именно, показанных здесь промышленных потребителей 4 или городской сети 6. Это соединение от устройства 10 управления до соответствующих переключателей S6 и S7 для ясности, однако, не показано.
Диаграмма на фиг. 4, теперь на примере поясняет, каким образом такой разгон до полной нагрузки сети электроснабжения может осуществляться с помощью обоих ветроэнергоцентров WP1 и WP2.
Диаграмма показывает напряжение U в сети 1 электроснабжения, показанной на фиг. 3, например, в месте 8 измерения, в зависимости от времени, и она показывает коэффициент мощности cosϕ обоих ветроэнергоцентров WP1 и WP2 вместе.
0
0
В момент времени t устройство 10 управления установило, что сеть электроснабжения не находится в режиме эксплуатации, и установило, что целесообразно выполнить запуск по меньшей мере одного ветроэнергоцентра, в данном случае ветроэнергоцентров WP1 и WP2. В момент времени t, таким образом, от датчика сигнала устройства 10 управления выдается сигнал запуска для запуска обоих ветроэнергоцентров в режиме холодного запуска на оба этих ветроэнергоцентра WP1 и WP2. Оба эти ветроэнергоцентра переключаются теперь в этот режим холодного запуска, чтобы в нем запускаться и устанавливаться в режим эксплуатации при холодном запуске. К этому относится, например, то, что не сразу осуществляется ввод мощности с номинальным напряжением или подобным значением напряжения.
0
N
0
Соответственно, напряжение U медленно от времени t со значением 0 повышается до номинального напряжения U. В момент времени t также указывается с помощью аббревиатуры SSM, что здесь используется режим холодного запуска.
1
N
В момент времени t может быть достигнуто номинальное напряжение U, причем также имеет место примерно сетевая частота.
При этом оба ветроэнергоцентра WP1 и WP2 вводят в основном реактивную мощность, тем более что еще не подключены заметные потребители. Соответственно, cosϕ имеет низкое значение, близкое к 0. Таким образом, вводится много реактивной мощности, но мало активной мощности.
2
N
В момент времени tзатем устанавливается, что напряжение U может поддерживаться на номинальном напряжении U, и теперь имеет место первый стабильный режим эксплуатации. В этом случае теперь подключается, например, промышленный потребитель 4, в частности, за счет того, что переключатель S6 согласно фиг. 3 замыкается.
N
Напряжение сохраняет свое значение номинального напряжения U, причем здесь регулярно могут ожидаться некоторые колебания, которые здесь для простоты не показаны.
Кроме того, теперь вводится больше эффективной мощности, так что cosϕ увеличивается. В качестве примера, здесь изображен не очень высокий cosϕ, чтобы указать, что по-прежнему еще вводится значительная доля реактивной мощности. При этом следует также отметить, что промышленный потребитель регулярно требует некоторой реактивной мощности.
3
Если теперь сеть 1 электроснабжения работает также с подключенным промышленным потребителем 4 стабильно, то в момент времени t может подключаться городская сеть 6, при этом замыкается переключатель S7. Эти процессы выполняются, разумеется, также в координации с опросом соответствующих потребителей, то есть с промышленным потребителем 4 или оператором городской сети 6, например, с соответствующими коммунальными предприятиями.
При подключении городской сети 6 вводится еще больше активной мощности, а реактивная мощность может постепенно снижаться.
4
4
4
1
2
2
3
3
4
Затем к моменту времени t может считаться, что сеть электроснабжения с подключенным промышленным потребителем 4 и подключенной городской сетью 6 работает стабильно, и тогда также могла бы подключаться крупная электростанция 2 или несколько таких электростанций. Таким образом, предлагается в момент времени t замкнуть переключатель S1, но только после того, как крупная электростанция 2 соответственно разогнана до полной нагрузки. В зависимости от обстоятельств, в частности, в зависимости от типа крупной электростанции 2 и в зависимости от того, останавливала ли она работу или по существу еще находится в режиме подобном резервному, момент времени t, в который упомянутая крупная электростанция подключается, может находиться значительно позже, чем показано на фиг. 4. В частности, расстояния между t и tили tи t, с одной стороны, могут быть значительно меньшими, чем расстояние между t и t.
0
4
В любом случае, режим эксплуатации от момента времени t, когда ветроэнергоцентр запускается в режиме холодного запуска, до момента времени t, когда, наконец, крупная электростанция 2 подключается, может рассматриваться как режим эксплуатации при холодном запуске. При этом последнем подключении крупной электростанции 2, в итоге, все показанные на фиг. 4 переключатели, в частности, переключатели S1, S6 и S7 замкнуты, и сеть электроснабжения затем находится по существу в нормальном состоянии, и режим эксплуатации при холодном запуске затем может заканчиваться или по меньшей мере может рассматриваться как завершенный. Это может означать, что устройство 10 управления выходит из управления обоими ветроэнергоцентрами в режиме эксплуатации при холодном запуске, и ветроэнергоцентры затем практически нормально вводят мощность в сеть 1 электроснабжения.