BR112015001114B1

BR112015001114B1 - Método para controlar uma usina eólica, usina eólica, e, instalação de energia eólica

Info

Publication number: BR112015001114B1
Application number: BR112015001114-4A
Authority: BR
Inventors: Volker Diedrichs
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2021-04-27
Also published as: IN2015DN00246A; JP6181177B2; MX364386B; CA2878993A1; EP2875562B1; TWI550993B; US20150148974A1; MX2015000688A; JP2015523048A; DE102012212777A1; UA116450C2; CA2878993C; AR091841A1; RU2608955C2; EP2875562A1; BR112015001114A2; EP4181339A1; NZ703980A; CN104521090A; CN104521090B

Abstract

método para controlar uma usina eólica, usina eólica, e, instalação de energia eólica. a invenção se refere um método para controlar uma usina eólica (200) compreendendo várias instalações de energia eólica (202) (202) para alimentar energia elétrica a uma rede elétrica de corrente alternada (206) em um ponto de acoplamento comum (pcc) (204). o método compreende alimentar uma potência trifásica no ponto de acoplamento comum (204), identificar uma voltagem de rede (un) no ponto de acoplamento comum, comparar a voltagem de rede (un) que foi identificada no ponto de acoplamento comum (204) com pelo menos um predeterminado valor de ponto de ajuste, determinar valores de ponto de ajuste para as instalações de energia eólica (202) na dependência da comparação conduzida para satisfazer um critério de estabilidade no ponto de acoplamento comum (204), transmitir os determinados valores de ponto de ajuste para as unidades de controle de instalação (212) das instalações de energia eólica individuais (202), e produzir energia elétrica (i'1,i'2,i'3) em cada uma das instalações de energia eólica (202) na dependência dos predeterminados valores de ponto de ajuste, para ser conjuntamente alimentadas no ponto de acoplamento comum (204).

Description

[001] A presente invenção se refere um método para controlar uma usina eólica, bem como um tal respectiva usina eólica. Em particular, a presente invenção se refere ao controle de uma usina eólica para alimentar energia elétrica a uma rede elétrica de corrente alternada em um ponto de acoplamento comum, bem como uma tal usina eólica.

[002] Usinas eólicas são geralmente conhecidas; eles se referem a várias instalações de energia eólica que são incluídas conjuntamente em termos organizacionais. Em particular, todas das instalações de energia eólica que pertencem a uma usina eólica alimentam a uma rede elétrica de corrente alternada em um ponto de acoplamento comum. Usualmente, cada instalação de energia eólica propriamente dita gera uma corrente elétrica que deve ser alimentada, isto é, usualmente uma corrente elétrica trifásica que deve ser alimentada. Para esta finalidade, a instalação de energia eólica se refere à tensão na rede elétrica de corrente alternada, que deve ser alimentada, que é também simplesmente referida abaixo como rede, em particular de acordo com a amplitude, frequência, e fase da tensão.

[003] Em adição, no meio tempo é conhecido e desejável usar instalações de energia eólica, particularmente usinas eólicas, para suportar a rede. Em outras palavras, o objetivo é não somente o de alimentar tanta energia quanto possível à rede, mas também alimentá-la de uma tal maneira, e, se necessário, até mesmo reduzir a potência alimentada, que a rede pode ser suportada em termos elétricos. Os primeiros pedidos de patente que se ocuparam com tais tópicos são o WO 02/086315, o WO 02/086314, o WO 01/86143, o WO99/33165, e o WO 02/044560. Um método é conhecido do WO 03/030329 A1, de acordo com o qual toda da energia de saída da usina eólica pode ser reduzida externamente pelo operador da rede de suprimento elétrica conectada.

[004] Além disso, referência é feita ao ensaio "Perda de (Ângulo de) estabilidade de Instalações de Energia eólica" por V. Diedrichs et al., submetido e apresentado no "10th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power into Power Systems as well as on Transmission Networks for Offshore Wind Farms", Aarhus (Dinamarca), 25 - 26 de outubro de 2011". Ali, referência foi basicamente feita ao problema que a perda de estabilidade na rede pode basicamente também ocorrer para instalações de energia eólica que são conectadas à rede de suprimento, para a alimentação.

[005] Aqui, o operador pode predeterminar um valor em percentagem, pelo qual as respectivas instalações de energia eólica podem reduzir sua potência.

[006] Tais propostas já são parcialmente providas para estabilizar a rede. Em particular, essas soluções consideram um ajuste da potência alimentada à demanda atual; em particular, elas devem considerar um sobressuprimento ou subssuprimento de energia na rede.

[007] Quando da alimentação na energia elétrica, isto é, tanto a potência ativa bem como potência reativa, existe uma necessidade global de assegurar a estabilidade de sistemas de energia e instalações de energia, incluindo instalações de energia eólica e usinas eólicas. Aqui, estabilidade se refere à frequência e à tensão, simultaneamente, em todas as áreas do sistema de energia.

[008] A perda de uma tal estabilidade é geralmente também referida como "Perda de estabilidade", e pode ser abreviada como LOS. "Perda de estabilidade" descreve processos físicos e condições, que não mais garantem a referida estabilidade, e ilustra que esses devem ser evitados ou parados tão logo quanto possível, se eles já existirem. Esses problemas são basicamente raros, mas são, por conseguinte, cada vez mais sérios. Por exemplo, isto inclui um desligamento, geralmente conhecido, de porções da rede, como ocorreu, por exemplo, em 2004 nos EUA, ou do sistema de energia global, como ocorreu em 2004 na Itália.

[009] Basicamente, conhecimentos técnicos com relação ao tópico de estabilidade foram desenvolvidos em profundidade e tratados em uma ampla variedade de publicações. Um trabalho padrão internacionalmente reconhecido é Kundur, P.: Power Systems Stability and Control, McGraw- Hill.

[0010] A assim chamada "razão de curto-circuito" (SCR) serve para avaliar a operabilidade de instalações de energia em uma escala global, na maioria das vezes com geradores síncronos, no ponto de acoplamentos comuns com sistemas de potência.

[0011] Além de uma tal avaliação global ou absoluta por meio da SCR, outras avaliações são conduzidas de acordo com critérios especiais. Tais critérios apontam para diferentes tipos de processos que são relevantes à estabilidade, tais como o processo de uma depressão de tensão, ou na estabilidade de um ângulo, isto é, ângulos de fase na rede, que é geralmente referida como a "estabilidade de ângulo". Essas avaliações particularmente provêm métricas ou padrões para distâncias de estabilidade.

[0012] Esta razão de corrente de curto-circuito é a razão entre a energia de curto-circuito e a carga conectada. Aqui, energia de curto-circuito é a energia que a respectiva rede de suprimento no ponto considerado de acoplamento comum, ao qual a relevante instalação de energia deve ser conectada, pode prover no caso de um curto-circuito. A carga conectada é a carga conectada da instalação de energia que deve ser conectada, em particular a capacidade nominal do gerador que deve ser conectado.

[0013] Com relação às exigências de uma razão de corrente de curto- circuito, SCR, uma razão de corrente de curto-circuito de SCR > 4, todavia, praticamente frequentemente SCR > 10, foi considerada necessária para a operação confiável de instalações de energia com geradores síncronos. Para esta finalidade, para a Alemanha, referência é feita ao Código de Transmissão da VDN de 2007. Uma razão de corrente de curto-circuito de SCR > 4...6 é usualmente requerida no mercado para a conexão de instalações de energia eólica ou usinas eólicas.

[0014] A quantidade consequentemente requerida da SCR limita a potência da instalação de energia em um dado "ponto de acoplamento comum" (PCC), pois é geralmente referida a, ou determina os requeridos reforços de rede.

[0015] A energia de curto-circuito é uma característica de rede no respectivo ponto de acoplamento comum, e assim inicialmente um predeterminado valor, se a respectiva rede já existir ali. Como a razão de corrente de curto-circuito deve não deve ficar aquém de um certo valor, isto é, particularmente na área de 4 a 6, a potência da instalação de energia ou de uma usina eólica que deve ser conectado a um ponto de acoplamento comum é limitada. Por conseguinte, instalações de energia podem somente ser conectadas até um certo valor, ou torna-se necessário expandir a rede a fim de facilitar a conexão da instalação de energia com saída mais alta.

[0016] O Escritório de Marca de Patente Alemão investigou o seguinte estado da técnica com relação ao pedido prioritário: DE 10 2009 030 725 A2, o WO2011/050807 A2 e Perda de (Ângulo) de Estabilidade de Instalações de Energia eólica - O Fenômeno Subestimado no Caso de Razão de Curto-Circuito muito Baixa no "10th International Workshop on Large- Scale Integration of Wind Power into Power Systems as well as on Transmission Networks for Offshore Wind Farms", Aarhus, 26 de outubro 2011 por Volker Diedrichs, Alfred Beekmann, Stephan Adloff.

[0017] O objetivo da presente invenção é o de abordar pelo menos um dos problemas mencionados acima. Em particular, uma solução deve ser proposta, mediante a qual uma instalação de energia eólica ou uma usina eólica pode ser conectada a um ponto de acoplamento comum e operado de uma maneira estável, com uma razão de corrente de curto-circuito que é tão baixa quanto possível, particularmente com uma razão de corrente de curto- circuito de SCR > 1,5...2. Em particular, isto deve ser obtido para uma instalação de energia eólica ou uma usina eólica com uma alimentação de energia por meio de conversores de potência plena, isto é, os assim chamados inversores comandados por tensão, que são também referidos como "conversores de fonte de tensão" (VSC). Uma solução alternativa deve ser pelo menos proposta.

[0018] De acordo com a invenção, um método para controlar uma usina eólica compreendendo uma ou várias instalações de energia eólica é proposto de acordo com a reivindicação 1. De acordo com este, uma usina eólica com várias instalações de energia eólica é proposta, o qual alimenta energia elétrica a uma rede elétrica de corrente alternada em um ponto de acoplamento comum em comum (PCC). O método para controlar a usina eólica pode assim também ser considerado ou referido como um método para alimentação de energia elétrica por meio de uma usina eólica. Aqui, corrente trifásica é primeiramente alimentada no ponto de acoplamento comum.

[0019] Além disso, uma tensão de rede é identificada no ponto de acoplamento comum. A detecção é particularmente realizada por medição, em que os valores da determinada tensão de rede, que são atualmente ainda usados, podem ser ainda processados, particularmente por processamento aritmético.

[0020] A tensão de rede identificada é então comparada com pelo menos um dado valor de ponto de ajuste. O método se refere à alimentação estável de energia elétrica a uma rede elétrica de corrente alternada, que é simplesmente referida abaixo como a rede. Consequentemente, o especialista sabe que a comparação deve ser realizada tão rapidamente quanto possível em tempo real, e tão frequentemente quanto possível, preferivelmente continuamente ou quase continuamente. Em adição, uma rede de corrente alternada comum é basicamente considerada, a qual tem uma rede frequência de 50 Hz ou 60 Hz. Consequentemente, a detecção da tensão de rede deve ser realizada rapidamente e frequentemente no ponto de acoplamento comum.

[0021] Além disso, pelo menos um valor de ponto de ajuste é determinado para cada instalação de energia eólica. Este valor de ponto de ajuste é determinado na dependência da comparação realizada, isto é, da tensão identificada de rede com um valor de ponto de ajuste para a tensão O respectivo valor de ponto de ajuste é determinado de uma tal maneira que um critério de estabilidade pode ser implementado no ponto de acoplamento comum. Consequentemente, este valor de ponto de ajuste é também determinado em uma base em curso, e ajustado na dependência da comparação, que é também realizada em uma base em curso, e assim é atualizado de acordo com uma situação de alteração. Por conseguinte, o valor de ponto de ajuste pode se alterar constantemente, e assim, existem vários valores de ponto de ajuste, temporalmente subsequentes. Consequentemente, o método também se refere à determinação de valores de ponto de ajuste. Esses valores de ponto de ajuste podem ser idênticos (somente inicialmente, conforme o caso) para várias instalações de energia eólica na usina, ou eles podem ser ajustados individualmente para cada instalação de energia eólica. Um tal ajuste individual depende, de forma não menos importante, do tipo de valor de ponto de ajuste, bem como de se, ou não, as respectivas instalações de energia eólica são iguais. A atribuição do valor de ponto de ajuste pode também depender do arranjo local das respectivas instalações de energia eólica na usina, isto é, particularmente se as linhas de conexão elétricas a partir da respectiva instalação de energia eólica ponto de acoplamento comum em comum forem significantemente diferentes da conexão elétrica entre a respectiva instalação de energia eólica e o ponto de acoplamento comum.

[0022] Os valores de ponto de ajuste são transferidos ou enviados para a unidades de controle de instalação das instalações de energia eólica individuais. Por conseguinte, é provido que cada instalação de energia eólica tenha sua própria unidade de controle, e que valores de ponto de ajuste sejam transferidos ou enviados para a referida unidade de controle. Por conseguinte, a instalação de energia eólica ou sua unidade de controle de instalação individual recebe pelo menos um valor de ponto de ajuste ou uma sequência de valores de ponto de ajuste a partir de um local central; todavia, ela ajusta individualmente o controle específico na instalação de energia eólica. Em particular, a corrente trifásica, que deve ser alimentada, isto é, as correntes de fase individuais, que devem ser alimentadas de acordo com a quantia, fase e frequência, é especificamente produzida por cada unidade de controle de instalação de cada instalação de energia eólica, individualmente.

[0023] As correntes elétricas produzidas para a alimentação de cada instalação de energia eólica são então conjuntamente transferidas ou enviadas para, e alimentadas a, o ponto de acoplamento comum da usina eólica. Em particular, para esta finalidade, as correntes são linearmente superpostas com outras correntes de outras instalações de energia eólica. Para esta finalidade, cada instalação de energia eólica pode compreender um indutor de saída e/ou um transformador de saída.

[0024] Basicamente, as razões para determinar uma razão de corrente de curto-circuito de SCR > 4, ou até mesmo SCR > 6, são justificadas. Com baixas razões de corrente de curto-circuito, fortes aumentos ou quedas (em particular, aumentos ou quedas exponenciais das sensitividades de corrente no ponto de acoplamento em comum [PCC]) devem ser esperados, isto é, na dependência da potência ativa e potência reativa, respectivamente alimentadas, ou como uma resposta a isto. Aqui, os controles internos nas instalações de energia eólica podem se tornar instáveis, se a tensão no ponto de acoplamento comum é usada como um valor atual para esses controles. Além disso, os controles de tensão podem se tornar instáveis. Similarmente, existe a ameaça de uma perda de estabilidade com base nos mecanismos de uma depressão de tensão e/ou com base em um ângulo estabilidade ou uma perda de um tal ângulo estabilidade.

[0025] A solução proposta é particularmente destinada a impedir que os controles internos de instalações de energia eólica se tornem instáveis quando do uso da tensão no ponto de acoplamento em comum como um valor atual.

[0026] Similarmente, deve ser impedido que os controles de tensão se tornem instáveis, que usam a potência reativa da instalação de energia eólica ou da usina eólica como uma variável manipulada.

[0027] Finalmente, deve ser também impedido que o sistema, isto é, particularmente a alimentação da usina eólica, fique muito perto de um limite de estabilidade ou uma assim chamado limite de LOS (perda de estabilidade).

[0028] Preferivelmente, é proposto que a corrente que é alimentada no ponto de acoplamento comum também seja identificada, e particularmente medida ali, ou que a corrente alimentada seja identificada com base em uma medição, diretamente no, ou diretamente atrás do, ponto de acoplamento comum. Isto conduz a que o controle seja feito com base nas correntes, que são atualmente alimentadas. Possíveis desvios entre a corrente ajustada ou as correntes ajustadas e a corrente, que é atualmente alimentada, são assim levados em consideração. Similarmente, a potência, que é atualmente alimentada, particularmente a potência ativa alimentada, pode ser identificada, se as respectivas correntes e tensão forem conhecidas de acordo com a quantia e fase. Durante a medição na rede, a resposta da rede é também identificada e considerada. Esta resposta da rede reage à energia atualmente alimentada, isto é, às correntes atualmente alimentadas, e, com respeito a isto, as medições permitem que as respostas de rede sejam atribuídas às variáveis elétricas atualmente alimentadas.

[0029] Em adição ou alternativamente, a detecção da corrente alimentada, a detecção da tensão de rede no ponto de acoplamento comum, a comparação da tensão de rede medida no ponto de acoplamento comum com pelo menos um predeterminado valor de ponto de ajuste e/ou a determinação de o valor de ponto de ajuste são feitos por uma unidade de controle central. Por conseguinte, uma unidade para várias instalações de energia eólica, particularmente para todas as instalações de energia eólica da usina, é provida, a qual identifica, mede e/ou calcula os referidos dados sensitivos. Isto também serve para impedir que as instalações de energia eólica individuais ou seus controles possam trabalhar um contra o outro, porque uma tal unidade de controle central pode também predeterminar um valor de ponto de ajuste que é estável sobre o tempo. Uma menor flutuação de controle, por conseguinte, não é imediatamente perceptível, e/ou não pode resultar, ou é muito improvável que resulte, em uma reação em cadeia para as outras instalações de energia eólica conectadas ao mesmo ponto de acoplamento comum. Em particular, tais efeitos são evitados, pelo que, por exemplo, uma primeira instalação de energia eólica conduz a uma alteração de tensão no ponto de acoplamento comum, e uma segunda instalação de energia eólica, com base nesta alteração identificada de tensão, por exemplo, atua contrariamente em termos de controle, que, por sua vez, pode conduzir a um efeito, tal como uma alteração de tensão, que, por sua vez, causa com que a primeira instalação de energia elétrica atue contrariamente, o que poderia iniciar uma reação em cadeia.

[0030] As unidades de controle de instalação das instalações de energia eólica individuais, as quais recebem seus valores de ponto de ajuste particularmente aqui a partir da unidade de controle central, controlam individualmente a instalação de energia eólica e particularmente a produção da corrente elétrica trifásica, que deve ser alimentada, respectivamente. Assim, esta produção é adaptada à instalação de energia eólica específica, e esta unidade de controle de instalação é consequentemente controlada individualmente. Com relação à referenciação, isto é, particularmente à identificação da frequência e da fase, cada unidade de controle de instalação de cada instalação de energia eólica pode medir individualmente, e considerar individualmente os valores de medição ou valores de entrada, centralmente registrados, no ponto de acoplamento comum. Todavia, a referida consideração direta de valores de medição nas unidades de controle de instalação individuais é limitada particularmente à referida referenciação. Em particular, a quantidade da potência ativa e da potência reativa, que devem ser alimentadas, não é determinada por cada unidade de controle de instalação individual, mas é predeterminada pela referida unidade de controle central.

[0031] Em termos simples, a unidade de controle central é uma influência de acalmamento, e provê a possibilidade de especificação de importantes valores de ponto de ajuste, que são relevantes à estabilidade conjuntamente e individualmente, enquanto que as unidades de controle de instalação, individuais, são funcionalmente adaptadas a cada instalação de energia eólica individual, de forma a particularmente predeterminar as correntes específicas que devem ser alimentadas.

[0032] A adaptação individual e funcional das unidades de controle de instalação individuais pode preferivelmente atuar sobre o controle operacional da instalação de energia eólica, e, por exemplo, controlar uma redução da energia produzida pelo vento por ajuste das pás de rotor da instalação de energia eólica. O ajuste das pás de rotor é geralmente conhecido como o passo de pá e é realizado individualmente pela instalação de energia eólica, particularmente por sua unidade de controle de instalação. Todavia, é particularmente a unidade de controle central que predetermina e desencadeia a implementação de uma tal redução.

[0033] A referida divisão entre uma unidade de controle central e unidades de controle de instalação, individuais, com as tarefas descritas ou a distribuição de tarefas descrita, pode particularmente impedir que um controle interno de uma instalação de energia eólica se torne instável quando a tensão do ponto de acoplamento comum é usada como um valor atual, se não é somente usada para referenciação. Similarmente, os controles de tensão, os quais usam a potência reativa da instalação de energia eólica ou da usina eólica como uma variável manipulada, devem ser impedidos que se tornem instáveis.

[0034] Em adição ou alternativamente, os valores de ponto de ajuste são determinados na dependência de pelo menos um critério de estabilidade variável, em que o critério de estabilidade particularmente depende de uma condição de rede da rede de corrente alternada no ponto de acoplamento comum. Por exemplo, o critério de estabilidade pode depender da amplitude da tensão de rede, ou de uma alteração ou de uma velocidade de alteração da amplitude da tensão de rede, ou da frequência ou da alteração em frequência da tensão de rede. O critério de estabilidade, como tal, pode ser um desvio da tensão atual a partir da tensão de ponto de ajuste, e depende propriamente da tensão

[0035] Para citar um exemplo simples e ilustrativo, o critério de estabilidade poderia ser um desvio permissível máximo de tensão de, por exemplo, 10% sobretensão, se a frequência de tensão corresponder exatamente ao valor de ponto de ajuste. Se a frequência, todavia, é pelo menos ligeiramente mais alta que a frequência de ponto de ajuste, ou se a frequência se eleva na rede, a mencionada sobretensão permissível poderia ser reduzida de 10% até 5%. Por conseguinte, neste exemplo, o critério de estabilidade seria examinado com base na tensão, isto é, por exame do nível de tensão, e ao mesmo tempo ajustado na dependência da frequência, isto é, em um exemplo ilustrativo, variaria entre 5% e 10% da sobretensão.

[0036] Aqui, é possível considerar a tensão no ponto de acoplamento comum no lado da rede ou lado da usina. Voltagens nos terminais das instalações de energia eólica podem também ser consideradas.

[0037] Dependendo deste critério de estabilidade, pelo menos um valor de ponto de ajuste é alterado para as instalações de energia eólica. Em particular, um valor de ponto de ajuste pode ser alterado respectivamente para a potência reativa, a potência ativa, ou ambas.

[0038] Alternativamente, a potência reativa e/ou a potência ativa que é alimentada pela usina eólica pode também ser tomada como uma base para um critério de estabilidade. Neste caso, o critério de estabilidade pode particularmente ser uma especificação existente na forma de um valor ou uma área para a potência ativa ou a potência reativa, que deve ser alimentada, juntamente com o cumprimento com a provisão de que esta especificação seja examinada. A potência ativa alimentada pode somente ser influenciada até uma certa extensão, pois a potência ativa que pode ser alimentada depende no vento prevalecente. Com um critério de estabilidade proposto, a razão entre potência ativa e potência reativa pode ser relevante. Por exemplo, uma certa adaptação da potência reativa à potência ativa pode ser relevante e tomada como uma base.

[0039] Preferivelmente, a determinação do valor de ponto de ajuste é baseada em uma decomposição do componente de sequência positivo e do componente de sequência negativo de acordo com o método do componente simétrico, e os valores de ponto de ajuste são os valores do componente de sequência positivo, isto é, pelo menos uma potência reativa da respectiva instalação de energia eólica, que deve ser alimentada, e relacionados ao componente de sequência positivo, e, em adição ou alternativamente, pelo menos uma tensão de saída ou de grampeamento da respectiva instalação de energia eólica que é relacionada ao componente de sequência positivo, e em adição ou alternativamente pelo menos uma potência ativa da respectiva instalação de energia eólica, que deve ser alimentada, e relacionada ao componente de sequência positivo, particularmente uma potência ativa máxima que deve ser alimentada.

[0040] Por predeterminação da potência reativa e/ou da potência ativa, que deve ser alimentada, um valor importante pode ser predeterminado, que suporta a rede ou influencia a estabilidade de rede. Uma respectiva potência reativa pode ajudar a anular ou reduzir uma queda de tensão em uma longa linha de suprimento ou longa linha na rede de corrente alternada.

[0041] A ameaçadora instabilidade devida a uma razão de corrente de curto-circuito muito baixa, isto é, devida a uma carga conectada comparativamente grande, pode ser anulada por redução da potência ativa alimentada. A predeterminação de uma potência ativa máxima, que deve ser alimentada, é particularmente provida porque o vento prevalecente limita permanentemente a potência ativa, que deve ser alimentada, e assim, um específico valor de ponto de ajuste de energia, que excede um tal limite, não pode ser implementado.

[0042] Uma especificação combinada e coordenada da potência ativa e da potência reativa, que devem ser alimentadas, é também vantajosa, porque um ponto de operação, que é determinado de acordo com a potência ativa e a potência reativa, é particularmente crucial para a estabilidade da usina eólica durante a alimentação.

[0043] Por tomar o método dos componentes simétricos como uma base, um sistema trifásico assimétrico pode também ser considerado. Idealmente, os componentes do componente de sequência negativo são ajustados em 0, isto é, se o sistema trifásico for simétrico.

[0044] De acordo com uma modalidade, é proposto que um limite de estabilidade seja precedentemente calculado e armazenado para o controle, particularmente que seja armazenado na unidade de controle central como um campo característico. Por exemplo, um tal limite de estabilidade pode ser um campo característico ou, graficamente mostrado, uma característica, que é formada por vários pares de valores de potência reativa e potência ativa. Consequentemente, os valores de ponto de ajuste para potência reativa e potência ativa são determinados respectivamente de uma tal maneira, que um ponto de operação, que é definido de acordo com a potência reativa e a potência ativa, é posicionado somente em um lado do referido limite de estabilidade, isto é, no lado estável.

[0045] Um tal limite de estabilidade é particularmente uma característica da rede conectada com relação ao ponto de alimentação de rede. Consequentemente, é preferivelmente proposto medir ou, de outra maneira, identificar a rede de corrente alternada, conectada, a fim de determinar um tal limite de estabilidade. Quando um tal limite de estabilidade é determinado e armazenado, um ponto de operação estável pode consequentemente ser facilmente e/ou confiavelmente ajustado ou monitorado. O controle da usina eólica, isto é, a alimentação no ponto de acoplamento comum, então não é requerido, ou pelo menos requerido de menor maneira para identificar uma perda de estabilidade ameaçadora devida a processos dinâmicos subitamente identificados, particularmente no ponto de acoplamento comum. Em vez disso, pode ser reconhecido em um estágio inicial, no qual (e, conforme o caso, também quando) a perda de estabilidade ocorreria se contramedidas não fossem tomadas. Assim, possíveis contramedidas abruptas ou contramedidas radicais podem ser evitadas, se um ponto de operação é ajustado seguramente. Preferivelmente, um tal ponto de operação pode ser definido pela potência ativa alimentada e pela potência reativa alimentada, e preferivelmente a potência ativa e a potência reativa, que devem ser alimentadas, são consequentemente limitadas e/ou um ponto de operação é ajustado, consequentemente. Preferivelmente, um tal ponto de operação é ajustado ou limitado de uma tal maneira, que uma distância de segurança entre o ponto de operação e o limite de estabilidade é estabelecida e mantida.

[0046] De acordo com outra modalidade, é proposto que parâmetros do ponto de alimentação de rede ou parâmetros da rede de corrente alternada, de acordo com medições no ponto de alimentação de rede, sejam comparados com relação ao ponto de alimentação de rede, de forma a avaliar as características da rede de corrente alternada. Em particular, a tensão identificada no ponto de alimentação de rede e/ou a corrente identificada no ponto de alimentação de rede são usadas. Aqui, um parâmetro pode ser uma sensitividade da rede para alimentar valores. Uma tal sensitividade é uma alteração em tensão no ponto de acoplamento comum com relação a uma alteração na potência alimentada. Em particular, ela pode ser calculada a partir da soma da alteração em tensão na dependência da alteração na potência ativa alimentada e na alteração em tensão na dependência da alteração na potência reativa alimentada. Em outras palavras, a sensitividade é calculada aqui a partir de uma derivada parcial da tensão de acordo com a potência ativa, por um lado, e a potência reativa, por outro lado. A referida sensitividade, que é também referida como a sensitividade de rede, e que se refere ao ponto de acoplamento comum, possivelmente também serve para identificar uma perda de estabilidade ameaçadora, ou pelo menos um enfraquecimento da estabilidade de rede. Em adição ou alternativamente, é proposto usar isto para uma avaliação da qualidade, e, particularmente, da estabilidade do ponto de operação da usina eólica ou do ponto de operação da instalação de energia eólica. Com base nisto, é possível, se requerido, tomar ação corretiva.

[0047] Preferivelmente, é proposto que sensitividades de rede sejam registradas e armazenadas durante uma análise de rede, previamente conduzida, e que, em adição, sensitividades de rede para um ponto de operação atual sejam identificadas. Um controle, especificação e/ou alteração de pelo menos um valor de ponto de ajuste são então realizadas na dependência da comparação das sensitividades de rede atuais com as sensitividades de rede, previamente registradas. Em particular, um valor de ponto de ajuste para a potência ativa, que deve ser alimentada, é reduzido se a comparação revelar que um desvio excede um predeterminado valor limite. As sensitividades de rede são as respostas de rede às alterações, particularmente alterações na alimentação. Aqui, particularmente uma consideração de uma sensitividade de rede é considerada como uma resposta a uma alteração na potência ativa alimentada, e uma sensitividade de rede é considerada como uma resposta a uma alteração na potência reativa alimentada. As referidas duas sensitividades de rede podem também ser combinadas ou consideradas conjuntamente. Uma tal sensitividade de rede é uma característica de rede e pode, por conseguinte, ser previamente registrada e armazenada. Ela pode ajudar a identificar instabilidades em um estágio inicial e para evitar as mesmas. Em particular, uma alta sensitividade de rede significa que a rede é muito forte, isto é, que ela é muito sensível e já responde a pequenas alterações. O controle pode ser ajustado, consequentemente, como proposto de acordo com uma modalidade.

[0048] Em adição, deve ser notado que condições podem também se alterar na rede, e condições limites podem ter um impacto sobre a sensitividade de rede. Por comparação de as sensitividades de rede, atualmente coletadas, com as respectivas sensitividades de rede, previamente determinadas, é possível identificar se a rede está ainda se comportando da maneira previamente determinada ou se um comportamento divergente deve ser esperado. No último caso, cuidado especial pode ser necessário, pois as especificações de controle poderiam não mais ser suficientes, ou pelo menos não mais otimamente adaptadas à rede. Para este caso, a redução da potência ativa alimentada pode ser a primeira medida de proteção. Em particular, isto pode ajudar a aumentar a distância entre o ponto de operação e o limite de estabilidade.

[0049] De acordo com outra modalidade, uma súbita alteração ou uma alteração em uma ou em duas etapas de um valor de ponto de ajuste para a potência reativa, que deve ser alimentada, e/ou para a potência ativa, que deve ser alimentada, é proposta. Isto resulta em uma maior alteração com um impacto consequentemente forte. Em adição, uma alteração gradual pode também conduzir ao fato de que uma alteração é requerida em menos casos, particularmente que a potência ativa e/ou a potência reativa, que devem ser alimentadas, não é requerida que seja continuamente alterada. Preferivelmente, uma tal alteração súbita ou gradual é feita com um retardo predeterminado.

[0050] De acordo com uma modalidade, é também proposto, com base em uma resposta da tensão da rede, no ponto de acoplamento comum, a uma tal súbita alteração, determinar uma sensitividade de rede atual. Aqui, a sensitividade de rede pode ser obtida por geração de uma diferença, isto é, pela detecção da tensão bem como da potência ativa ou potência reativa, subitamente alterada, em um instante antes da súbita alteração, e em um instante depois da súbita alteração, e por colocação das referidas duas diferenças uma em relação à outra.

[0051] De acordo com uma modalidade, é adicionalmente proposto que um controlador de histerese seja usado para predeterminar os valores de ponto de ajuste. Um controlador de histerese é um controlador, cuja saída, isto é, a variável manipulada (tal como, neste caso, a especificação dos valores de ponto de ajuste), não é diretamente e claramente relacionada a um respectivo valor de entrada, mas também depende de valores prévios. Se uma tensão forma a entrada do controlador, a qual, neste caso, é usada meramente como um exemplo geral, e uma potência reativa forma a saída do controlador, um aumento da tensão além de seu valor de ponto de ajuste pode, por exemplo, conduzir a um aumento da potência reativa. Se a tensão retorna para seu valor de ponto de ajuste, ou pelo menos para a área, a potência reativa pode então, pelo menos temporariamente, manter seu valor. Similarmente, um controlador de histerese proposto pode incluir um retardo, de forma que, usando o mesmo exemplo ilustrativo, um excesso de tensão não conduz imediatamente a uma resposta do controlador, mas somente depois de um certo lapso de tempo. Todavia, se um excesso de tensão não mais existe antes deste lapso de tempo, não existe nenhuma resposta na saída do controlador. Em particular, um controlador de histerese é também um controlador não linear. Como uma medida puramente de precaução, é destacado que um controlador, cujo comportamento de transmissão é dependente de amplitude, é um controlador não linear.

[0052] Em adição ou alternativamente, é proposto que o método para controlar uma usina eólica seja caracterizado pelo fato de que uma alteração de pelo menos um dos valores de ponto de ajuste é feita se um parâmetro de estado na rede satisfaz um critério específico, e se um predeterminado tempo de inatividade decorreu e o critério predeterminado permanece satisfeito. Isto particularmente se refere à tensão de rede no ponto de acoplamento comum, e aqui, a satisfação ou cumprimento do critério predeterminado pode exceder ou cair aquém do predeterminado valor limite ou de outro predeterminado valor limite ou exceder o valor do mesmo. Outro critério que pode ser considerado é que o valor relevante, particularmente a tensão de rede, está fora da banda de tolerância.

[0053] Preferivelmente, é proposto que, na especificação dos valores de ponto de ajuste, a impedância de pelo menos uma linha de suprimento desde uma instalação de energia eólica ao ponto de acoplamento comum seja levada em consideração, a fim de levar em consideração uma queda de tensão a ser esperada na linha de suprimento. Aqui, particularmente, uma impedância de uma linha até o ponto de acoplamento comum em comum pode ser considerada, até mesmo se for posicionada longe da usina eólica. Particularmente, no referido caso, a referida impedância desde a instalação de energia eólica até o ponto de acoplamento comum pode ser similar para muitas instalações de energia eólica na usina, e simplesmente ser tomada como idêntica. Os valores de ponto de ajuste da instalação de energia eólica, isto é, particularmente para a potência reativa e potência ativa, que devem ser alimentadas, e assim para as correntes que devem ser alimentadas, são preferivelmente com base em uma tensão virtual na instalação de energia eólica. Preferivelmente, uma tensão de saída como uma tensão virtual é tomada aqui como uma base, a qual, devido a uma queda de tensão, é causada pela, ou deve ser esperada por causa da, impedância efetiva desde a linha de suprimento ao ponto de acoplamento comum.

[0054] O cálculo de fluxo de carga, descrito abaixo, é usado para analisar condições de operação estacionárias dos sistemas de suprimento de energia. A base subjacente é a representação (figura 9) da respectiva rede através de suas impedâncias Z ou suas admitâncias Y (condutâncias complexas).

Fig. 9

[0055] A análise clássica de rede determina a rede através da Lei de Ohm com o seguinte sistema de equações lineares em notação de matriz, que descreve a correlação para n nós.

isto é, : (sistema de equações lineares).

[0056] A meta é a de determinar voltagens em cada um dos n nós de rede (→ manutenção de tensão).

[0057] Como as correntes nas redes são desconhecidas, mas as alimentações (planejadas) e quedas elétricas são conhecidas, as corrente são expressas como saídas.

[0058] Representando as equações de rede através de saída resulta na formação de um sistema de equações não lineares.

[0059] Este sistema de equações não lineares é solucionado numericamente (usualmente pelo método de Newton). Quando da solução do o sistema de equações numericamente, ele deve ser linearizado. Isto é feito por pelas derivadas parciais dos elementos de matriz com base na desconhecida, mais especificamente ainda, amplitude (U2...Un) e o ângulo (δ2...δN) das voltagens dos nós aqui.

[0060] A matriz com as derivadas parciais é chamada uma matriz Jacobiana. A fim de solucionar o sistema de equações, este deve ser inversível, isto é, regular.

[0061] A invenção será descrita em mais detalhe abaixo por modalidades como exemplos com referência às figuras anexas.

[0062] A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica em uma vista em perspectiva.

[0063] A figura 2 mostra uma vista esquemática de uma instalação de energia eólica que é conectada a uma rede, com base em um sistema de controle de tensão (VCS).

[0064] A figura 3 mostra uma vista esquemática de um arranjo de circuito de uma alimentação controlada por tensão de uma instalação de energia eólica em uma rede de corrente alternada.

[0065] A figura 4 mostra uma vista esquemática de duas instalações de energia eólica conectadas a uma rede sobre um ponto de acoplamento comum de junção.

[0066] A figura 5 ilustra parâmetros que podem influenciar a sensitividade de uma instalação de energia eólica conectada a uma rede.

[0067] A figura 6 mostra um diagrama analisando o comportamento de rede no ponto de acoplamento comum como cursos de tensão na dependência da potência reativa alimentada e potência ativa alimentada.

[0068] A figura 7 mostra uma sensitividade como uma alteração de tensão causada por alterações da potência ativa na dependência da potência reativa e potência ativa alimentadas e padronizadas.

[0069] A figura 8 mostra uma sensitividade como uma alteração de tensão causada por uma alteração da potência reativa na dependência da potência reativa e potência ativa padronizadas.

[0070] A figura 9 mostra uma ilustração de rede generalizada.

[0071] A figura 10 mostra uma vista esquemática de um controle estrutura para uma usina eólica incluindo uma unidade de controle central e uma unidade de controle de instalação como um exemplo.

[0072] A figura 11 mostra uma vista esquemática da estrutura da unidade de controle central mostrada na figura 10.

[0073] A figura 12 mostra uma vista esquemática de um bloco de sub- controle mostrado na unidade de controle central da figura 11.

[0074] A figura 13 mostra uma vista esquemática de uma unidade de controle de instalação que é também mostrada na figura 10.

[0075] Abaixo, sinais de referência idênticos para elementos similares, mas não idênticos, podem ser providos, ou eles podem também ser providos para elementos que são somente ilustrados esquematicamente ou simbolicamente, e que podem ter diferentes detalhes, mas que não são relevantes para a respectiva explicação.

[0076] A figura 1 mostra a instalação de energia eólica 100 com torre 102 e gôndola 104. O rotor 106 com três pás de rotor 108 e girador 110 é posicionado sobre a gôndola 104. O rotor 106 é colocado na operação pelo vento em um movimento rotativo, acionando assim um gerador na gôndola 104.

[0077] A figura 2 mostra uma vista esquemática de uma instalação de energia eólica 1, conectada à rede de suprimento elétrica 4 sobre o ponto de acoplamento comum 2. A rede de suprimento elétrica 4 é simplesmente referida como uma rede (grid) 4 ou rede (network) 4, em que esses termos são usados sinonimamente.

[0078] A instalação de energia eólica 1 compreende o gerador 6, que é acionado pelo vento, produzindo assim energia elétrica. Uma das modalidades do gerador 6 é um gerador síncrono 6, multifase, excitado eletricamente, com 2 sistemas trifásicos com fios em forma de estrela, que é ilustrado por meio dos dois símbolos de estrela no gerador 6 da figura 2. A corrente alternada gerada, mais especificamente a corrente alternada de seis fases no exemplo mencionado, é retificada pelo retificador 8, e transmitida como corrente contínua através de respectiva linha de corrente contínua 10, que pode compreender várias linhas individuais, a partir da gôndola 12 para baixo na torre 14 para o inversor 16. O inversor 16 produz corrente alternada a partir da corrente contínua, mais especificamente no exemplo mostrado, uma corrente alternada trifásica para ser alimentada à rede 4. Para isto, a corrente alternada gerada pelo inversor 16 é graduada para cima por meio de transformador 18 de forma a ser alimentada à rede 4 no ponto de acoplamento comum 2. O transformador 18, ilustrado, usa uma conexão de estrela delta, mais especificamente e, em primeiro lugar, uma conexão de estrela e, em segundo lugar, uma conexão delta, que é ilustrada aqui meramente como um exemplo de uma modalidade. A alimentação à rede 4 pode também incluir, além da alimentação de potência ativa P, a alimentação da potência reativa Q, que é ilustrada pela seta 20. Para a alimentação concreta, o inversor 16 é controlado pela respectiva unidade de controle 22, em que unidade de controle 22 pode ser estruturalmente combinada com o inversor 16. A figura 2 é para ilustrar a construção básica, e o arranjo específico dos elementos individuais pode ser escolhido diferentemente que o ilustrado aqui. Por exemplo, o transformador 18 pode ser provido fora da torre 14.

[0079] Em particular, a unidade de controle 22 controla o inversor 16 de forma que a maneira da alimentação à rede é controlada. As tarefas são assim realizadas, de maneira a ajustar a corrente que deve ser alimentada à situação na rede 4, em particular a frequência, fase e amplitude da tensão na rede. Em adição, a unidade de controle 22 é projetada para controlar a porção da potência ativa P e a potência reativa Q da energia que é atualmente alimentada à rede 4. Aqui, medições são realizadas na rede 4, em particular no ponto de acoplamento comum 2, e são avaliadas, consequentemente. Dentre outros fatores, a tensão atual na rede 4 é medida, em particular na forma do valor efetivo atual da tensão, e comparada com o valor padrão para a tensão, mais especificamente valor padrão VAJUSTADO.

[0080] Consequentemente, o sistema ilustrado, e em particular o inversor 16 com unidade de controle 22, formam um sistema de controle de tensão, que é abreviado como VCS.

[0081] Para controlar o gerador da instalação de energia eólica, o bloco de controle de energia 24 e o bloco de avaliação de energia 26 são providos na área da gôndola. No exemplo da modalidade ilustrada, o bloco de controle de energia 24 particularmente controla a excitação, mais especificamente a corrente de excitação do gerador síncrono, excitado separadamente. O bloco de avaliação de energia 26 avalia a energia conduzida para o retificador 8, e compara-a com a energia de saída liberada pelo retificador 8 sobre a linha de corrente contínua 10 para o inversor 16. O resultado desta avaliação é transmitido para o bloco de controle de energia 24.

[0082] A figura 2 também ilustra que o sistema mostrado deve ter um sistema de controle de tensão para uma alimentação inteligente de forma a operar a instalação de energia eólica tão estavelmente quanto possível, em particular perto do limite de estabilidade.

[0083] A figura 3 ilustra a conexão da instalação de energia eólica 1', a assim chamada rede fraca 4'. Uma rede fraca aqui se refere a uma rede com alta impedância. Isto é ilustrado na figura 3 por meio de impedância serial 5'. Em adição, a referida impedância serial 5' foi provida em uma estrutura de teste que corresponde à estrutura na figura 3, e que foi usada para examinar o comportamento da instalação de energia eólica 1' na rede fraca 4'.

[0084] A estrutura da figura 3 assume o gerador 6', que é acionado pelo vento e provido como um gerador síncrono. A energia elétrica gerada do gerador 6' é retificada no retificador 8', e provida para o inversor 16' no lado de entrada em uma ligação de corrente contínua com capacitor de circuito intermediário 28'. A estrutura mostrada compara linha de corrente contínua 10' com a linha de corrente contínua do inversor 16', no lado de entrada, para simplificar a ilustração. A linha de corrente contínua no lado de entrada pode, mais especificamente, ser eletricamente idêntica a um circuito intermediário, ou um conversor de amplificação é provido no lado de entrada, que não é explicado em detalhe aqui. O retificador 8' e o inversor 16' podem também ser fisicamente separados um do outro, como já explicado na figura 2 com relação ao retificador 8 e ao inversor 16.

[0085] Finalmente, controle de excitador 24' é provido, que pode ser alimentado com energia a partir da linha de corrente contínua que é reapresentada pelo capacitor de circuito intermediário 28'. O referido controle de excitador 24' controla a corrente de excitação do gerador excitado separadamente 6' e basicamente corresponde ao bloco de controle de energia 24 da figura 2.

[0086] O inversor 16' pode alimentar potência ativa P e/ou a potência reativa Q. A figura 3 verifica a tensão do inversor 16' no lado de saída como a tensão da instalação de energia eólica VWEC. Para a alimentação, esta é graduada para cima pelo transformador 18, e então alimentada à rede 4' no ponto de acoplamento comum 2'. Aqui, a rede 4' também compreende o transformador de rede 30'. A rede atual que inicia depois do transformador de rede 30' é especificada com o sinal de referência 4". A tensão no ponto de acoplamento comum 2' é referida como a tensão de rede VRede.

[0087] Para ilustrar a rede fraca, a impedância serial 5' é mostrada à frente do ponto de acoplamento comum 2'. A referida impedância serial 5' existe somente nesta estrutura de teste ou estrutura de ilustração, e indica a impedância de rede. Por conseguinte, o ponto mostrado diretamente em seguida ao transformador 18' pode também ser referido como o ponto de acoplamento comum 2". Esta diferenciação entre esses dois pontos de conexão de rede 2' e 2'' somente resulta deste uso da impedância serial 5', e usualmente não existe nesta forma nas redes reais.

[0088] A figura 4 mostra outro exemplo ilustrativo e esquemático, de acordo com o qual duas instalações de energia eólica 1 são conectadas a uma rede de suprimento 4. Cada instalação de energia eólica 1 é basicamente projetada como explicado na figura 2, mais especificamente com o gerador 6, o retificador 8 e a linha de corrente contínua 10, que, mais especificamente, compreende pelo menos duas linhas individuais, mais especificamente para corrente positiva e para corrente negativa, que também se aplica à linha de corrente contínua 10 da figura 2. Além disso, a instalação de energia eólica 1 compreende o inversor 16 e o transformador 18. A linha de acesso 32 conduz a partir de cada uma das duas instalações de energia eólica 1 para um, ou o, o ponto de acoplamento comum 2' no lado da instalação de energia eólica. Assim, essas duas instalações de energia eólica 1 mostradas como exemplos, que podem ser representativas para uma usina eólica com muitas instalações de energia eólica, alimentam sua energia gerada conjuntamente neste ponto de acoplamento comum 2' no lado da instalação de energia eólica. A energia alimentada P e a potência reativa alimentada Q, se presente, é então conduzida para o ponto de conexão 2' no lado da rede, e alimentada à rede de suprimento elétrica 4.

[0089] A conexão entre ponto de acoplamento comum 2' no lado da instalação de energia eólica e o ponto de conexão 2'' no lado da rede não podem ser ignorados, e consequentemente, a tensão VWP é obtida no lado da instalação de energia eólica no ponto de acoplamento comum 2' no lado da instalação de energia eólica, enquanto que a tensão VRede é obtida no ponto de conexão 2'' no lado da rede.

[0090] A tensão VWP no lado da instalação de energia eólica é determinada e avaliada no bloco de avaliação 34 para o controle. A avaliação é inicialmente realizada de uma tal maneira que os valores medidos são registrados com bloco de medição 36. Os resultados de medição são transmitidos, dentre outras coisas, para o bloco de controle de estabilidade 38, que pode também ser referido como o bloco de SVCS (Sistema de Controle de Tensão de Estabilidade) (Stability Voltage Control System). O bloco de controle de estabilidade 38 calcula um valor padrão QAjustado para a potência reativa que deve ser provida. Esta potência reativa que deve ser obtida é então transferida como respectivo valor padrão para ambas as instalações de energia eólica 1, e consequentemente seriam transferidas para todas as instalações de energia eólica em uma quantidade. Este valor padrão pode ser transferido como um valor absoluto, em particular se as instalações de energia eólica 1 tiverem o mesmo tamanho e forem sujeitas às mesmas condições do vento. Todavia, ele pode também ser provido como um valor padrão, tal como um valor em percentagem, que se refere às propriedades da respectiva instalação de energia eólica, por exemplo, como a capacidade nominal da instalação de energia eólica relevante.

[0091] Ainda, o bloco de medição 36 transmite os valores para o bloco de observador 40, que calcula outras condições com base nos valores de medição determinados, tais como a potência ativa alimentada ou a potência reativa alimentada, e transmite seus resultados para o bloco de modelo de sistema 42. O bloco de observador 40 pode também obter ou derivar informação sobre a demanda de energia, se necessário.

[0092] O modelo de sistema do bloco de modelo de sistema 42 é usado para determinar uma potência ativa máxima Pmax, a ser alimentada, e para alimentar a mesma às instalações de energia eólica 1. Esta potência ativa máxima, a ser alimentada, pode ser provida como um valor absoluto ou um valor relativo. É notado que a ilustração do bloco de avaliação 34 é para explicar a estrutura. Em geral, não é necessário que o bloco de avaliação 34 seja fisicamente projetado como um dispositivo independente.

[0093] A potência reativa pré-ajustada Qajustado e a potência ativa máxima Pmax são então transferidas para o bloco de controle de FACTS 44 de cada instalação de energia eólica 1. O termo "FACTS" é também usado na linguagem Alemã e é uma abreviação para "Sistema de Transmissão de Corrente Alternada Flexível ("Flexible AC Transmission System"). O bloco de controle de FACTS 44 então implementa os valores padrão e, consequentemente, controla o inversor 16, sendo que ele pode também considerar valores de medição a partir das condições da instalação de energia eólica.

[0094] Em particular, mas não exclusivamente, o bloco de avaliação 34 pode prover padrões relevantes à estabilidade para uma alimentação estável à rede 4. Em particular, um ponto de operação pode ser ajustado, que é favorável com relação à quantidade de energia a ser alimentada ou com relação à quantidade de energia e estabilidade. Em particular, um ponto de operação com uma reserva de estabilidade pode ser determinado aqui. Neste caso, o bloco de controle de estabilidade 38 pode atingir uma reserva de estabilidade com relação à potência reativa que deve ser alimentada por meio de um respectivo padrão da potência reativa QAjustado.

[0095] A figura 5 ilustra a sensitividade de uma instalação de energia eólica, conectada a uma rede, e os correspondentes fatores de influência. O bloco de rede 50 da figura 5 é especificado representativamente para o comportamento de rede, mais especificamente no ponto de acoplamento comum. O bloco de rede 50 ilustra que a rede pode reagir a influências devidas a uma alteração em tensão. Todas as influências são ilustradas aqui como alterações da potência ativa ΔP e alterações da potência reativa ΔQ. O bloco de potência ativa 52 considera influências de alterações de energia, e o bloco de potência reativa 54 considera influências de alterações em potência reativa. O bloco de potência ativa 52 mostra uma derivação parcial da tensão com base na potência ativa, e, correspondentemente, o bloco de potência reativa 54 mostra uma derivação parcial da tensão com base na potência reativa. Isto é uma possibilidade de considerar as respectivas dinâmicas do comportamento de rede, isto é, a sensitividade de rede, mais especificamente reações às alterações na potência ativa e na potência reativa, por meio de respectivas derivações parciais, os resultados das quais são adicionados ao bloco de soma 56. O bloco de rede 50, conjuntamente com o bloco de soma 56, considera assim uma dependência da tensão de rede no ponto de acoplamento comum de duas variáveis, mais especificamente a potência ativa e a potência reativa. A dependência é aqui considerada pelas derivações parciais.

[0096] Alterações em potência ativa resultam em particular a partir das alterações na velocidade do vento Δ vw, que impacta o bloco de instalação de energia eólica 58. Este bloco de instalação de energia eólica 58 ilustra a influência da alteração na velocidade do vento Δ vw na alteração em potência ativa Δ p, em que o controle da instalação de energia eólica é também para ser considerado, e é considerado por este bloco 58.

[0097] A alteração em potência reativa ΔQ pode também depender de a instalação de energia eólica, ou pelo menos o controle da instalação de energia eólica; todavia, ela geralmente depende de outros contextos que são independentes da velocidade do vento. Sua alteração é ilustrada pelo bloco de controle 60. Para finalidades de explicação, este bloco de controle 60 é dividido em bloco de padrão de potência reativa 62 e o bloco de FACTS 64. O bloco de controle 60, e assim o bloco de padrão de potência reativa 62, são inicialmente dependentes de um desvio de tensão Δ v, mais especificamente no ponto de acoplamento comum, menos um predeterminado desvio de tensão Δ VSET . Com base neste desvio de tensão resultante, o bloco de padrão de potência reativa 62 determina a potência reativa, que deve ser alimentada, ou, na dependência duma alteração de tensão, uma predeterminada alteração da potência reativa a ser alimentada. Isto é transmitido para o bloco de FACTS 64, o qual consequentemente implementa a alimentação da potência reativa ou a alteração na alimentação da potência reativa.

[0098] O bloco de instalação de energia eólica 58 e o bloco de controle 60 podem também ser entendidos como uma função de transferência do respectivo valor de entrada, e o bloco de padrão de potência reativa 62 e o bloco de FACTS 64 podem, cada um, ser entendidos como funções de transferência individuais que são interligadas no bloco de controle 60

[0099] A figura 6 mostra uma dependência da tensão para uma modalidade no ponto de acoplamento comum com base em potência reativa alimentada Q e potência ativa alimentada P. A potência reativa Q é padronizada para a energia de curto-circuito SSC da rede no ponto de acoplamento comum, examinado, e traçada na abscissa. A energia P é também padronizada à energia de curto-circuito SSC do mesmo ponto de acoplamento comum, e estabelecida na ordenada. A tensão VPCC é a tensão no ponto de acoplamento comum, padronizada para a tensão nominal VN. Esta tensão padronizada no ponto de acoplamento comum é traçada como um gráfico para diferentes valores respectivamente e dependendo da potência reativa padronizada Q e da potência ativa padronizada P. Consequentemente, o gráfico ou a característica com o valor 1 é uma característica representando os valores de potência reativa e potência ativa, requeridos para obter tensão nominal.

[00100] Por exemplo, a tensão nominal é obtida se 10% da potência reativa Q e 50% da potência ativa P são alimentados com relação à energia de curto-circuito SSC.

[00101] O gráfico da figura 6 mostra características de um ponto de acoplamento comum de uma rede com alta impedância, pelo menos com relação a este ponto de acoplamento comum.

[00102] Usualmente, para o ponto de acoplamento comum, ilustrado, do exemplo de rede, uma alimentação seria realizada dentro de uma faixa de operação padrão 200. A alimentação seria assim realizada com uma potência ativa P de aproximadamente 10% da energia de curto-circuito SSC, com uma alimentação de aproximadamente 5% da potência reativa da energia de curto- circuito SSC. Mediante a assunção idealizada que a potência ativa alimentada P corresponde à potência nominal ou carga conectada do gerador ou à soma dos geradores conectados ao ponto de acoplamento comum, a alimentação de 10% de energia de curto-circuito SSC significaria que a carga conectada PGen é 10% da energia de curto-circuito SSC. A razão de corrente de curto-circuito Scr = SSC/PGen é, por conseguinte, aproximadamente 10. Isto corresponde a aproximadamente o centro da faixa de operação padrão 200, ilustrada. A figura 6 mostra outras razões de corrente de curto-circuito Scr como curtos traços para a orientação, mais especificamente para os valores para Scr de 10; 6; 4; 2 e 1,5.

[00103] De acordo com a invenção, todavia, é proposto alimentar significantemente mais potência ativa P, mais especificamente dentro da faixa de 60% até 70% da energia de curto-circuito SSC. Consequentemente, uma alimentação de 20% até 30% da potência reativa Q relacionada à energia de curto-circuito SSC deve ser provida para que isto mantenha a tensão no ponto de acoplamento comum dentro da faixa de 100% até 110% da tensão nominal. Como uma medida de precaução, é destacado que a alimentação de 110% da tensão nominal no ponto de acoplamento comum não significa que uma tensão aumentada de 110% pode ser medida no lado do consumidor. Em primeiro lugar, existe usualmente uma considerável seção de rede entre o ponto de acoplamento comum e o primeiro consumidor relevante. Em segundo lugar, transformadores de degrau podem ser providos na rede, os quais podem prover um equilíbrio até uma certa extensão. As medidas a serem tomadas com relação a isto, as quais dependem da rede individual, incluindo consumidor e gerador e várias outras condições de estrutura, não podem ser abordadas neste pedido. Um especialista é usualmente familiar com as medidas requeridas.

[00104] Esta seção proposta é mostrada na figura 6 como faixa de operação crescente 210. Esta faixa de operação crescente tem uma razão de corrente de curto-circuito Scr de aproximadamente 1,5. Nenhum gerador digno de nota foi conectado à rede até agora com tal razão de corrente de curto-circuito.

[00105] A ilustração da figura 6 é o resultado de uma análise de rede da rede subjacente com relação ao relevante ponto de acoplamento comum. Para esta finalidade, como explicado acima, os elementos relevantes na rede foram analisados e determinados respectivamente por resolução da matriz Jacobiana. Isto resulta na presente ilustração da figura 6, de acordo com a qual, em termos simples, as características para o lado direito, isto é, com mais alta potência reativa alimentada Q, também refletem voltagens aumentadas no ponto de acoplamento comum. Com decrescente potência reativa Q, isto é, para o lado esquerdo, a tensão no ponto de acoplamento comum diminui. Todavia, a potência reativa Q não pode diminuir arbitrariamente, e com demasiadamente baixa (já negativa) potência reativa Q, a matriz Jacobiana torna-se singular, de acordo com a potência ativa associada P, isto é, impossível de solucionar em termos matemáticos. Uma matriz Jacobiana singular significa que existe uma condição instável. Isto resulta no limite de estabilidade 202, que é consequentemente mostrado no lado esquerdo da ilustração na figura 6. A área à esquerda do limite de estabilidade 202, que tem uma mais alta potência ativa P e/ou uma mais baixa potência reativa Q, respectivamente, é a área instável 204. Como uma medida puramente de precaução, é destacado que o limite de estabilidade 202 não coincide com uma única característica de um valor de tensão no ponto de acoplamento comum, mas, pelo contrário, parece cortar a pluralidade de características. Todavia, uma pluralidade de características não pode ser cortada, pois não existem valores, e assim nenhuma pluralidade de características, além do limite de estabilidade 202.

[00106] A faixa de operação preferível, mais especificamente a faixa de operação crescente 210, tem uma menor distância ao limite de estabilidade 202 que a faixa de operação padrão 200. Todavia, deve ser notado que considerações ou análises específicas não foram feitas com relação às características de rede, como mostrado na figura 6. Em particular, a distância ao limite de estabilidade, como é mostrado na figura 6 como o limite de estabilidade 202, não foi conhecida, pelo menos não na qualidade e quantidade mostradas na figura 6. Pelo contrário, a instalação de grandes instalações de energia é orientada para o critério da razão de corrente de curto-circuito, e esta é tão grande quanto possível, preferivelmente acima (ou até mesmo significantemente acima de) 10. Pequenos geradores, tais como instalações de energia eólica, foram até agora usualmente conectados a redes fortes que foram facilmente capazes de lidar com a conexão de outra instalação de energia eólica. Como um resultado, a conexão foi feita, seja intencionalmente ou não, com alta razão de corrente de curto-circuito SSC.

[00107] A solução proposta analisa precisamente a rede com relação ao ponto de acoplamento comum provido, em particular por quantitativamente incorporar contextos, como mostrado na figura 6 - e preferivelmente nas figuras 7 e 8, o que será explicada abaixo. Em particular, uma tal análise é realizada por uma formação repetida e solução da matriz Jacobiana para diversos pontos. Com base em uma tal análise de rede, um limite de estabilidade de acordo com o limite de estabilidade 202 pode ser determinado, e uma desejada faixa de operação de acordo com faixa de operação crescente 210 na figura 6 pode ser escolhida.

[00108] Em adição, é proposto que a instalação de energia eólica seja controlada no significado de um enlace de controle fechado, como é mostrado em particular na figura 2 e a figura 4. Na figura 2, o enlace de controle basicamente compreende o inversor 16, o transformador 18 e a unidade de controle 22, considera valores de medição no ponto de acoplamento comum 2 e controla o inversor 16 de forma a obter a potência ativa alimentada P e a potência reativa Q de acordo com a seta 20. O controle pode também impactar sobre o controle da instalação de energia eólica na área do gerador 6; todavia, o enlace de controle descrito compreendendo o inversor 16, o transformador 18 e a unidade de controle 22, não requer elementos mecânicos e é capaz de reagir muito rapidamente. Para isto, o conhecimento das características de rede no ponto de acoplamento comum, isto é, o ponto de acoplamento comum 2 de acordo com a figura 2, pode também ser considerado, em particular na unidade de controle 22. Assim, um controle rápido pode ser implementado, o qual reconhece o comportamento de rede no ponto de acoplamento comum, particularmente o limite de estabilidade. Isto torna possível operar a instalação de energia eólica ou a usina eólica - e outros geradores, se aplicável - dentro de uma desejada faixa de operação, tal como a faixa de operação crescente 210 da figura 6, e ao mesmo tempo assegurar alta estabilidade e alta segurança.

[00109] As figuras 7 e 8 mostram a sensitividade de tensão na dependência da potência reativa Q e da potência ativa P. As figuras 7 e 8 usam assim os mesmos valores na abscissa e na ordenada, mais especificamente potência reativa padronizada na abscissa e potência ativa padronizada na ordenada.

[00110] A sensitividade de tensão mostrada é a alteração em tensão com a alteração em potência ativa de acordo com a figura 7 ou a alteração em tensão com a potência reativa de acordo com a figura 8. Em outras palavras, a derivação parcial da tensão no ponto de acoplamento comum de acordo com a potência ativa na figura 7 e a derivação parcial da tensão de acordo com a potência reativa na figura 8 são ilustradas. A figura 7 mostra assim o comportamento do bloco de potência ativa 52 da figura 5. A figura 8 mostra o comportamento do bloco de potência reativa 54 da figura 5, em que em ambos os casos, a ilustração é mostrada na dependência dos pontos de operação, que são determinados pela potência reativa atualmente alimentada Q e a potência ativa alimentada P. Os valores das respectivas características se referem a um ponto de acoplamento comum com uma energia de curto-circuito SSC = 3,73 MVA, ao qual duas instalações de energia eólica com uma potência nominal de 2 MW, cada, devem ser conectadas, como um exemplo. Assim, este arranjo de teste permite o desempenho dos testes com uma razão de corrente de curto-circuito de tão pequena quanto 1. Todavia, para os testes realizados, a respectiva potência atual da fazenda eólica de teste foi usada como uma base, e determinada como a carga conectada da fazenda eólica alvo, isto é, a fazenda eólica (fictícia) que deve ser examinada.

[00111] Com relação à presente modalidade, isto é, a configuração de exemplo, a alteração na tensão padronizada, relacionada a uma alteração na energia P em MW ou uma alteração em potência reativa Q em MVAr, é descrita. As figuras 7 e 8 também ilustram a desejada, isto é, a faixa de operação crescente 210. Por conseguinte, a sensitividade de tensão com relação a alterações em potência ativa de acordo com a figura 7 é aproximadamente -0,2 a -0,4. A sensitividade de tensão na faixa de operação crescente 210 com relação a alterações na potência reativa de acordo com a figura 8 é aproximadamente 0,3 a 0,5. Por conseguinte, é proposto que, quando do projeto da instalação de energia eólica, ela seja conectada ao concreto ponto de acoplamento comum, para incorporar e considerar esta sensitividade de tensão no controle com relação a alterações na potência ativa, como mostrado no exemplo na figura 7 e/ou com relação a alterações na potência reativa, como mostrado no exemplo na figura 8. Em particular, esses valores devem ser considerados também no controle, e preferivelmente também no projeto do controle. Preferivelmente, uma amplificação de controlador é escolhida na dependência a sensitividade, em particular a sensitividade de tensão.

[00112] Em particular, é proposto considerar esses valores no enlace fechado, como esquematicamente realizado pelos elementos mostrados na figura 2, isto é, o inversor 16, o transformador 18 e a unidade de controle 22. Aqui, o transformador 18 é menos importante; todavia, ele deve frequentemente estar presente e é requerido para alimentar em uma tensão respectivamente alta já no ponto de acoplamento comum 2. Em particular, constatações concernentes à sensitividade de tensão na unidade de controle 22 são consideradas. Desta maneira, com o conhecimento desses valores, é possível projetar e implementar um controle customizado para o concreto ponto de acoplamento comum. Isto torna possível reduzir os valores previamente altos da razão de corrente de curto-circuito de 10 e até mesmo mais altos, e prover baixos valores, tais como 1,5, para a razão de corrente de curto-circuito, e operar assim a instalação de energia eólica na faixa de operação crescente 210, que é mostrada nas figuras 6 a 8.

[00113] A invenção propõe assim em particular que uma instalação de energia eólica, e finalmente também uma usina eólica, não mais sejam conectados de acordo com o antigo princípio da operação paralela de rede, assumindo que a capacidade de rede é suficiente, mas, pelo contrário, que o ponto de conexão seja especificamente analisado e que os resultados já sejam considerados antes da operação, e que uma instalação de energia eólica customizada ou usina de instalações de energia eólica, customizado, seja então conectado ali. Preferivelmente, o controle e a faixa de operação que deve ser escolhida, em particular com relação à potência reativa Q e à potência ativa P para serem alimentadas, são customizados e arranjados mais perto de um limite de estabilidade que foi previamente feito por especialistas. Ao efetuar isso, os benefícios de uma instalação de energia eólica são usados de uma maneira visada, mais especificamente para responder rapidamente e de uma maneira intencional a alterações, em particular alterações nas condições de rede. Isto é para evitar um tamanho excessivamente grande da rede, em particular do ponto de acoplamento comum específico, pelo menos para a conexão de instalações de energia eólica à rede. Não obstante, é possível manter e até mesmo melhorar a estabilidade, se o controle ou regulador reconhecer as características do ponto de acoplamento comum ou da rede muito bem com relação ao ponto de acoplamento comum, e se ele observar as condições de rede.

[00114] Como uma medida puramente de precaução, é destacado que um regulador é basicamente entendido como um enlace fechado com realimentação, em que um controle basicamente se refere a um "enlace" aberto, isto é, a situação sem realimentação. Não obstante, um bloco de controle, que implementa um método de controle, pode ser usado em um enlace de controle. Com relação ao exemplo na figura 2, isto significa que a unidade de controle 22 é um controle até a extensão em que compreende uma certa função de controle ou função de transferência, que pode também ser não linear e/ou volátil, e/ou se referir a vários tamanhos. Todavia, esta unidade de controle é usada no enlace mostrado na figura 2, o qual basicamente compreende, além da unidade de controle 22, o inversor 16, o transformador 18 e finalmente a unidade de medição no ponto de acoplamento comum 2 com uma unidade de comparação 23. A unidade de controle 22 controla o inversor e é, por conseguinte, integrada no enlace fechado, fazendo parte de um controle.

[00115] A figura 10 mostra uma vista esquemática de uma usina eólica 200, compreendendo neste exemplo 3 instalações de energia eólica 202, que são indicadas pelo símbolo WEC. Outros elementos de controle são conjugados a cada instalação de energia eólica 202, que é indicada por uma caixa tracejada. Uma tal caixa tracejada é indicada para cada instalação de energia eólica 202, enquanto que os elementos conjugados são mostrados em somente uma instalação de energia eólica, isto é, a instalação de energia eólica 202 mostrada na figura 10 acima. A maioria desses elementos pode também ser localmente arranjada na instalação de energia eólica, por exemplo, na torre da instalação de energia eólica.

[00116] Na medida em que, até agora, o controle estruturas das figuras 10 a 13 são diferentes das afirmações acima mencionadas com relação à figura 2 e à figura 4, as referidas estruturas acima mencionadas das figuras 2 a 4 são úteis como explicações complementares e úteis como explicações gerais.

[00117] A usina eólica 200 é conectado à rede elétrica de corrente alternada 206 através de ponto de acoplamento comum 204, que é também referido como PCC. A rede elétrica de corrente alternada 206, e consequentemente também ponto de acoplamento comum 204, são de 3 fases, o que não é destacado, para simplificar a matéria, na figura 10, todavia.

[00118] No, ou atrás do, ponto de acoplamento comum 204, uma tensão de rede UN é medida, compreendendo as 3 voltagens ui, U2 e U3. Em adição, a corrente alimentada IN é identificada no, ou logo atrás do, ponto de acoplamento comum 204, contendo os componentes de corrente individuais ii, i2 e i3. Esses valores medidos para a tensão de rede UN e a corrente alimentada IN são identificados continuamente, e alimentados à unidade de controle central 208. A unidade de controle central 208 é provida como uma unidade de controle central para a usina eólica inteira 200. Em adição, a unidade de controle central 208 recebe alguns valores padrões em sua entrada padrão 2i0, isto é, um valor de ponto de ajuste para a tensão do componente de sequência positivoUW+ EC,SOLL , que deve ser usado como valor de ponto de ajuste da tensão de grampeamento de todas as instalações de energia eólica, e considera uma queda de tensão esperada na linha entre instalação de energia eólica e ponto de acoplamento comum. Alternativamente, um tal valor pode também ser alimentado aqui para cada uma das instalações de energia eólica 202. Além disso, parâmetros de controlador são predeterminados, isto é, uma tensão de diferença, ΔUt bem como o primeiro e segundo tempos de temporizador tA e tB, e um incremento de potência reativaΔQl//EC. Além disso, uma impedância efetiva ZPCC-WEC e, em adição, 2 campos característicos são predeterminados. A impedância efetiva ZPCC-WEC descreve a impedância da linha de suprimento entre a instalação de energia eólica 202 e o ponto de acoplamento comum 204. O referido valor pode ser predeterminado conjuntamente para cada linha de conexão entre a instalação de energia eólica 202 e o ponto de acoplamento comum 204, respectivamente, ou particularmente com grandes desvios, para cada instalação de energia eólica individual dentro da usina eólica.

[00ii9] A referida impedância serve para compensar uma queda de tensão nas respectivas linhas, que é também referida como a compensação de queda de linha, que é somente virtualmente possível devido ao grande grau de conexão paralela das instalações de energia eólica individuais em um usina. A referida consideração é particularmente feita no sentido de uma consideração que é efetiva, em média. Por esta razão, é preferivelmente proposto considerar somente uma única impedância para a usina inteira.

[00120] A unidade de controle central 208 passa então 3 valores de ponto de ajuste para a instalação de energia eólica 202, isto é, a potência reativa do componente de sequência positivo, que deve ser alimentada, QW+EC, a tensão do componente de sequência positivo UW+EC, que deve ser ajustado na saída da instalação de energia eólica, e um valor máximo para a potência ativa do componente de sequência positivo, que deve ser alimentada, PM+AX WEC .

[00121] Esses 3 valores de ponto de ajuste são basicamente predeterminados para cada instalação de energia eólica 202, que é somente sugerida na figura 10.

[00122] Esses valores padrões são então alimentados à unidade de controle de instalação 212, em que o componente de corrente de cosseno do componente de sequência positivo I+C é calculado com base na predeterminada potência ativa máxima. Por exemplo, o referido componente pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

[00123] Em correspondência com o acima mencionado, um componente de seno da corrente do componente de sequência positivo da +S instalação de energia eólica IWEC é calculado usando a fórmula:

[00124] A unidade de controle de instalação 212 é explicada em detalhe abaixo em conexão com a figura 13. A unidade de controle de instalação 212 então emite os valores de ponto de ajuste para as correntes i1', i2' e i3' que devem ser ajustadas. Essas correntes são alimentadas ao bloco de controle 214 para implementar a modulação por largura de pulso, e o referido bloco de controle é também indicado como PWM na figura 10. O PWM 214 então controla o inversor 216, o qual recebe sua energia de entrada no circuito intermediário 218. O inversor 216, por conseguinte, opera com base em tensão, e é também referido pelos especialistas como o "controle de fonte de tensão" (VSC).

[00125] Como um resultado, o inversor 216 emite uma corrente do componente de sequência positivo, IW+ EC , que alimenta o ponto de acoplamento comum em comum 204 através do transformador 220 e da linha de suprimento 222 dentro da usina. O ponto de acoplamento comum 204 mostra uma vista esquemática de outras conexões 224 para conectar outras instalações de energia eólica 202.

[00126] Para o controle interno da instalação de energia eólica, particularmente através de unidade de controle de instalação 212, as 3 voltagens u1', u2' e u3' são identificadas na saída 226 da instalação de energia eólica ou do inversor 216, e alimentadas ao observador de estado 228, que é também indicado como SO1 na figura 10. Com base nisto, o observador de estado 228 determina um ângulo de fase ^u, que é alimentado à unidade de controle de instalação 212. A funcionalidade do observador de estado 228 é descrita em detalhe no pedido de patente Alemão DE 10 2009 031 017 A1. Em particular, o observador de estado 228 é descrito ali na figura 4. Ali, as voltagens u1, u2 e u3 são especificadas como valores de entrada, e os ângulos de fase ^’ ^2unD (p3 como valores de saída. O conteúdo do referido Pedido de patente Alemão deve, por conseguinte, também ser visto como o conteúdo do presente pedido. Em qualquer caso, a descrição do observador de estado de acordo com a figura 4 do pedido de patente Alemão deve fazer parte do presente pedido. O pedido US 13/381.302 existe juntamente com o pedido de patente Alemão.

[00127] Consequentemente, a unidade de controle central 208 mede as voltagens e a corrente total no ponto de conexão 204 da usina eólica.

[00128] A estrutura da unidade de controle central 208 é ilustrada na figura 11. Consequentemente, as voltagens u1, u2 e u3 medidas no ponto de acoplamento comum 204 e as correntes i1, i2, e i3 medidas também ali são medições de entrada para a unidade de controle central 208. A referidas voltagens e correntes são valores instantâneos e são alimentadas ao bloco de cálculo 230, que é também indicado como Unidade 1.1 na figura 11.

[00129] Com base nas correntes e voltagens alimentadas, que são medidas no ponto de acoplamento comum 204, por exemplo, com uma taxa de amostragem de 5 KHz, o bloco de cálculo 230 calcula as potências ativa e reativa alimentadas P e Q, bem como a corrente I e a tensão do componente de sequência positivo UP+CC . A decomposição de um sistema de 3 fases (tal como, neste caso, uma tensão de 3 fases de acordo com o método dos componentes simétricos) em um componente de sequência positivo e um componente de sequência negativo é basicamente conhecida. O cálculo neste bloco de cálculo 230 pode, por exemplo, ser realizado como descrito no Pedido de patente Alemão 10 2011 084 9 10.6, em conexão com a figura 3.

[00130] O bloco de estimativa 232, que é também indicado como a unidade 1.2 na figura 11, calcula ou estima, com base nos valores medidos no ponto de acoplamento comum 204 ou em valores derivados dos mesmos, a tensão que deve ser esperada nos fixadores da instalação de energia eólica, isto é, a tensão de componente de sequência positivo UW+ EC nos fixadores da instalação de energia eólica, particularmente na saída 226 do inversor 216. Para esta finalidade, a tensão do componente de sequência positivos no ponto de acoplamento comum UPCC, a corrente I e o ângulo de fase Φ = arctan(^ / p) são usados. Além disso, a impedância efetiva entre o ponto de acoplamento comum e a instalação de energia eólica ZPCC-WEC é requerida, a qual foi previamente determinada, e é alimentada aqui na unidade de controle central 208 e no bloco de estimativa 232. Basicamente, uma queda de tensão na linha de conexão entre a instalação de energia eólica para o ponto de acoplamento comum é considerada. Esta queda de tensão é considerada ou compensada. A tensão identificada e calculada do componente de sequência positivo na instalação de energia eólica UW+ EC é uma estimativa para uma equivalente, isto é, para uma tensão virtual assumida.

[00131] O bloco de controle 234, também indicado na figura 11 como a unidade 1.3, é um elemento importante da unidade de controle central 208. O referido bloco de controle 234 é explicado em detalhe abaixo em conexão com a figura 12. Em qualquer caso, ele recebe a tensão de componente de sequência positivo da instalação de energia eólica como um valor de entrada, UwEC, bem como vários parâmetros de controlador, isto é, ΔQl//EC'Δu<' TA' TB e o valor de ponto de ajuste de tensão da instalação de energia eólica UW+ ECSOLL .

[00132] O bloco de controle 234 fornece a tensão do componente de sequência positivo da instalação de energia eólica UW+EC, basicamente retarda o valor, e fornece um valor de ponto de ajuste para a potência reativa do componente de sequência positivo, que deve ser alimentada, através da instalação de energia eólica QW+ EC . Além disso, o bloco de controle 234 fornece a temporizador2, que é requerido pelo bloco de sensitividade 236, e passado para o referido bloco de sensitividade. O bloco de sensitividade 236 é também indicado como a unidade 1.4 na figura 11.

[00133] O bloco de sensitividade 236 determina a sensitividade de rede com base nos valores calculados no bloco de cálculo 230 com base nas medições no ponto de acoplamento comum. O cálculo é conduzido com as seguintes fórmulas:

[00134] A diferença que é tomada como uma base para o referido cálculo se refere a valores que pertencem a diferentes pontos de tempo, e consequentemente, aqueles valores calculados são tomados como uma base, que resultam a partir do intervalo de tempo do valor de temporizador2, particularmente em um instante quando o temporizador2 tem o valor 0, e em um instante quando temporizador2 tem seu valor máximo, que é descrito pelas seguintes fórmulas:

[00135] O valor temporizador2 = 0, por conseguinte, descreve os valores que foram registrados ou determinados diretamente antes de o temporizador2 ter sido ajustado ou iniciado.

[00136] Consequentemente, o bloco de sensitividade 236 fornece as sensitividades de rede, isto é, com relação à alteração em potência ativa ou em potência reativa, isto é,

[00137] Finalmente, um bloco de campo característico 238 existe, que é também indicado como a unidade 1,5 na figura 11.

[00138] O referido bloco de campo característico 238 recebe a potência ativa e a potência reativa e a sensitividade de rede como sinais de entrada. Em adição, campos característicos são alimentados e armazenados ali, isto é, como um resultado de uma análise de rede, previamente conduzida. O bloco de campo característico 238, por conseguinte, contém a sensitividade de rede dUpcc Idp e dUpcc IdQ como valores que foram previamente registrados e armazenados nos campos característicos, isto é, em 2 campos característicos, e como valores atuais para o ponto de operação atual, que resulta a partir do valor atual da potência ativa alimentada e do valor atual da potência reativa alimentada. Aqui, as 2 sensitividades de rede são comparadas, respectivamente, isto é, a uma previamente armazenada com a atualmente registrada, isto é, dUpcc 1 dp da análise de rede com dUpcc 1 dp do ponto de operação atual e dUpcc 1 dQ da análise de rede com dUpcc 1 dQ do ponto de operação atual.

[00139] Preferivelmente, um limite de estabilidade é também armazenado aqui, e a distância do ponto de operação atual para um limite de estabilidade é identificada. Se o ponto de operação atual ficar aquém de uma predeterminada distância até o limite de estabilidade, e/ou se um desvio marcante da sensitividade que deve ser esperada, isto é, a sensitividade de rede previamente registrada da sensitividade de rede, atualmente identificada, que é armazenada nos campos característicos, a potência ativa máxima PmaxWEC, que deve ser alimentada, é reduzida. O referido valor é fornecido consequentemente no bloco de campo característico 238.

[00140] O bloco de controle 234 - Unidade 1.3 - é descrito em detalhe na figura 12, também no sentido de um fluxograma esquemático. Na etapa S1, a tensão de componente de sequência positivo da instalação de energia eólica UW+ EC é comparada com um respectivo valor de ponto de ajuste, isto é, UW+ ECSOLL . A tensão do componente de sequência positivo na instalação de energia eólica UW+ EC é a tensão virtual, a qual foi determinada pelo bloco de estimativa 232 de acordo com a tensão medida no ponto de acoplamento comum e a consideração da impedância efetiva. Na referida etapa S1, é inicialmente examinado se a referida tensão virtual UW+ EC está na banda de tolerância 240. Aqui, a banda de tolerância 240 é uma banda cujas margens em torno da predeterminada tensão de diferença ΔUt estão sobre o, ou abaixo do, valor de ponto de ajuste de tensão UW+ ECSOLL .

[00141] Se a tensão, por exemplo, excede a banda de tolerância no tempo t1, um primeiro temporizador1 é iniciado.

[00142] Então, o tempo é medido, que passa até o ponto no tempo t2, quando a tensão retorna para banda de tolerância 240. Um procedimento similar é possível, se a tensão abandona a banda de tolerância por baixo, como é indicado no gráfico na etapa 1.

[00143] A etapa lógica S2 descreve o comportamento do temporizador1. As etapas S1 e S2 e outras etapas descritas abaixo basicamente têm lugar simultaneamente, e podem também ter lugar simultaneamente. As referidas etapas S1 e S2 descrevem assim funções parciais ou processos parciais ou funcionalidades do bloco de controle 234.

[00144] A etapa S2 explica que o temporizador1 incrementa até exceder o valor tA. No referido caso em que o valor é excedido, o temporizador1 é ajustado em 0, e enlace de aceleração descrito na etapa S2 começa novamente. Se a tensão na banda de tolerância retornar antes de o temporizador1 ter excedido o valor tA, o temporizador1 é novamente ajustado em 0, e permanece ali até a tensão novamente abandonar banda de tolerância 240. Nada mais é desencadeado.

[00145] Todavia, se o temporizador1 excedeu o valor tA, a predeterminada potência reativa é alterada subitamente ou por uma etapa, que é explicada na etapa S3. Por conseguinte, uma diferença de potência reativa do componente de sequência positivo Δ°-7EC é predeterminada, se a diferença uwEc - uwECSOII exceder o valor Δ Ut ou cair aquém do valor -ΔUt. Consequentemente, um valor de potência reativa de diferença do componente de sequência positivo Δ°W- EC ou um respectivo valor negativo - Δ°W- EC é ajustado. O predeterminado valor de potência reativa do componente de sequência positivo para a instalação de energia eólica °W- EC é então, com base em seu valor atual, alterado pelo valor de diferença, isto é, aumentado por uma etapa, se a tensão abandonou a banda de tolerância 240 para cima, ou diminuiu por uma etapa, se a tensão abandonou a banda de tolerância 240 para baixo. Isto é mostrado na equação na etapa S4. Por conseguinte, o valor Δ°W- EC é a quantidade da etapa.

[00146] Por alteração da potência reativa da instalação de energia eólica por uma etapa, um temporizador2 é adicionalmente iniciado. Isto é ilustrado pela etapa S5 para o exemplo em que a potência reativa do componente de sequência positivo da instalação de energia eólica °W- EC é aumentado pela etapa Δ°W- EC . Correspondentemente, o mesmo se aplica a uma diminuição. O temporizador2 aumenta em um enlace até o referido aumento da potência reativa por uma etapa estar pendente. Se o temporizador2 excede o valor comparativo tB, ele é fornecido para o temporizador2 de forma que pode ser ainda usado no bloco de sensitividade 236. O enlace para temporizador2 é ilustrado na etapa S6.

[00147] É proposto esperar pelo temporizador2 por todos os meios, antes de a potência reativa poder ser alterada novamente. Assim, durante este período, a potência reativa não é reduzida por uma etapa.

[00148] O bloco de controle 234 fornece, dentre outras coisas, o valor de ponto de ajuste de tensão UW+ ECSOLL e UW+ ECSOLL é então usado pelas instalações de energia eólica como UW+EC, respectivamente.

[00149] Em adição, a potência reativa do componente de sequência positivo da instalação de energia eólica QW+ EC , que deve ser ajustada e, se necessário, alterada, é fornecida de forma que pode ser fornecida, no total, pela unidade de controle central 208, e passada para a respectiva unidade de controle de instalação 212, como mostrado na figura 10.

[00150] O bloco de controle 234, por conseguinte, indica um especial controlador de tempo de inatividade de histerese, o qual tem os valores Δut, TA• TB e ΔQvEC como parâmetros. Os temporizadores têm o significado e efeito que uma ativação da etapa para o aumento ou diminuição de potência reativa é somente conduzida se o temporizador1 atinge o valor tA. Se a tensão retornar para banda de tolerância 240 mais cedo, deixando ou abandonando a banda de tolerância, não tem nenhum impacto sobre o controle. Todavia, se temporizador1 atingir o valor tA, o aumento ou diminuição da potência reativa por uma etapa é ativado, e o temporizador2 é iniciado. É então necessário esperar por todos os meios até o temporizador2 atingir o valor tB.

[00151] O referido controlador de histerese, que é descrito no bloco de controle 234, destina-se para impedir, em combinação com unidade de controle de instalação 212, que o controle interno da instalação de energia eólica se torne instável, se a tensão do ponto de acoplamento comum é usada como um valor atual. Em adição, deve ser impedido que controles de tensão, que usam a potência reativa da instalação de energia eólica ou da usina eólica como uma variável manipulada, se tornem instáveis.

[00152] O bloco de controle 234, ou a unidade 1.3, realiza funções matemáticas, que podem também ser usadas em locais diferentes que na unidade de controle central 208 (a Unidade central 1), isto é, na instalação unidade de controle 212 das instalações de energia eólica individuais. Outros dados de entrada, particularmente dados de medição, então conduzem a diferentes constatações, isto é, a diferentes resultados.

[00153] A unidade de controle de instalação 212, várias das quais são providas em uma usina eólica, particularmente realiza alguns cálculos, como explicado na figura 13. O componente de cosseno da corrente de componente +C de sequência positivo da instalação de energia eólica IWEC então entra na referida unidade de controle de instalação 212. Além disso, a tensão ou tensão virtual do componente de sequência positivo da instalação de energia eólica UW+ EC entra, e a potência reativa (que deve ser ajustada) do componente de sequência positivo da instalação de energia eólica QW+ EC . Os referidos dois valores são conduzidos respectivamente através de um elemento de retardo da primeira ordem 242 ou 244, e então conduzem para o bloco de componente de seno 246. No bloco de componente de seno 246, o componente de seno da corrente, que deve ser ajustada, do componente de sequência positivo da +S instalação de energia eólica IWEC , é calculado de acordo com a fórmula mostrada ali, isto é:

[00154] Com base no componente de cosseno e no componente de seno da corrente a ser ajustada, a amplitude de corrente da corrente a ser ajustada do componente de sequência positivo /++'EC e seu ângulo <p/wc é então calculada no bloco de potência total 248, como mostrado no bloco 248, isto é, pela fórmula:

[00155] Finalmente, no subsequente bloco de potência individual 250, as 3 correntes de fase individual, que devem ser ajustadas, i1', i2' e i3', são calculadas pelas equações mostradas ali, e o resultado é fornecido para a unidade de controle de instalação 212, e passado para o bloco de PWM 214, de acordo com a figura 10. Consequentemente, as potências são calculadas pelas seguintes equações:

[00156] Assim, os componentes de correntes são determinados pela unidade de controle de instalação 212, individualmente para cada instalação de energia eólica 202, com base nos valores que foram centralmente predeterminados pela unidade de controle central 208. No exemplo mostrado, o ângulo 0U depende da medição específica na saída da específica instalação de energia eólica, e é assim individualizado para a instalação de energia eólica. +C

[00157] Além disso, a parcela de cosseno IWEC resulta a partir do controle de potência da instalação de energia eólica. Elementos de retardo de primeira ordem 242 e 244 constituem assim filtros. Os referidos filtros são parametricamente adaptados ao bloco de controle 234.

[00158] Por conseguinte, o controle de instalação de energia eólica +C limita a potência, e assim, se necessário, em mais detalhe, a corrente IWEC para valor PMAX WEC .

Claims

1. Método para controlar uma usina eólica (200) compreendendo várias instalações de energia eólica (202) para alimentar energia elétrica, em um ponto de acoplamento comum (PCC) (204), a uma rede elétrica de corrente alternada (206), caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: - alimentar uma corrente trifásica no ponto de acoplamento comum (204), - detectar uma tensão de rede (UN) no ponto de acoplamento comum, - comparar a tensão de rede (UN), que foi detectada no ponto de acoplamento comum (204), com pelo menos um predeterminado valor de ponto de ajuste, - determinar valores de ponto de ajuste para as instalações de energia eólica (202) com base na comparação realizada, de modo que um critério de estabilidade no ponto de acoplamento comum (204) é observado, - em que o critério de estabilidade é dependente da potência reativa alimentada pela usina eólica (200), e/ou da potência ativa alimentada pela usina eólica, - transferir os determinados valores de ponto de ajuste para a unidades de controle de instalação (212) das instalações de energia eólica individuais (202), e - gerar corrente elétrica (I1, I2, I3) em cada uma das instalações de energia eólica (202) com base nos predeterminados valores de ponto de ajuste para o propósito de alimentação em comum no ponto de acoplamento comum (204).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: - a corrente (IN) alimentada no ponto de acoplamento comum (204) é detectada, e é medida, particularmente, no ponto de acoplamento comum (204), - a detecção da corrente alimentada (IN), a detecção da tensão de rede (UN) no ponto de acoplamento comum (204), a comparação da tensão de rede (UN) detectada no ponto de acoplamento comum (206) com pelo menos um valor de ponto de ajuste predeterminado, e/ou a determinação dos valores de ponto de ajuste é/são realizada (s) por uma unidade de controle central (208), - a determinação dos valores de ponto de ajuste é efetuada com base em pelo menos um critério de estabilidade variável, em que o critério de estabilidade é, particularmente, dependente de uma condição de rede da rede de corrente alternada (206) no ponto de acoplamento comum (204).

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que: a determinação dos valores de ponto de ajuste é realizada com base em uma decomposição em um sistema de sequência de fase positivo e um sistema de sequência de fase negativo, usando o método dos componentes simétricos, e em que os valores de ponto de ajuste são valores do sistema de sequência de fase positivo, isto é: - em cada caso, pelo menos uma potência reativa QW+ EC a ser alimentada, com referência ao sistema de sequência de fase positivo, da respectiva instalação de energia eólica (202), - em cada caso, pelo menos uma tensão de saída ou de grampeamento UW+EC, com referência ao sistema de sequência de fase positivo, da respectiva instalação de energia eólica (202), e/ou - em cada caso, pelo menos uma potência ativa a ser alimentada, com referência ao sistema de sequência de fase positivo, da respectiva instalação de energia eólica (202), , particularmente uma potência ativa máxima PM+AX, WEC a ser alimentada.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que: um limite de estabilidade é precedentemente calculado e armazenado para o controle, particularmente é armazenado na unidade de controle central (208) como um mapa característico.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: a potência ativa QWEC, a ser alimentada, e a potência reativa PWEC, a ser alimentada, são limitadas, e respectivos valores de ponto de ajuste são determinados e transferidos para os controles de instalação.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que: parâmetros do ponto de alimentação de rede (204) são derivados a partir de medições no ponto de alimentação de rede (204), particularmente a partir da detecção da tensão e/ou da corrente, a fim de avaliar características da rede de corrente alternada (206).

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que: sensitividades de rede são registradas e armazenadas durante uma análise de rede, previamente conduzida, e sensitividades de rede atuais são detectadas em um ponto de operação atual, e um controle, particularmente, que pelo menos um valor de ponto de ajuste é predeterminado e alterado com base em uma comparação da sensitividade de rede atual com as sensitividades de rede previamente registradas, particularmente, em que um valor de ponto de ajuste para a potência ativa, a ser alimentada, é reduzido, se, como um resultado da comparação, um desvio exceder ou ficar aquém de um predeterminado valor limite (Δ Ut).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que: uma mudança em um valor de ponto de ajuste para a potência reativa, a ser alimentada, e/ou a potência ativa, a ser alimentada, é feita subitamente e/ou, uma sensitividade de rede atual é determinada com base em uma resposta da tensão da rede (206) no ponto de acoplamento comum (204), em uma ou na referida alteração súbita.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que: um controlador de histerese é usado para predeterminar os valores de ponto de ajuste, e/ou uma mudança em pelo menos um dos valores de ponto de ajuste é feita, se um parâmetro de estado na rede (206), particularmente a tensão de rede no ponto de acoplamento comum (204), satisfaz um critério predeterminado, isto é, excede ou fica aquém de um valor limite predeterminado, ou excede o valor de um valor limite predeterminado, ou abandona uma banda de tolerância, e um tempo de inatividade predeterminado decorreu depois disso, e o parâmetro de estado continua a satisfazer o critério predeterminado.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que: a impedância de pelo menos uma linha de suprimento desde uma instalação de energia eólica (202) para o ponto de acoplamento comum (204) é levada em consideração na especificação dos valores de ponto de ajuste, para levar em consideração uma queda de tensão a ser esperada na linha de suprimento .

11. Usina eólica (200) com várias instalações de energia eólica (202), caracterizado pelo fato de que a usina eólica (200) é controlada utilizando um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. Usina eólica (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: a usina eólica (200) compreende uma unidade de controle central (208), e cada instalação de energia eólica (202) da usina eólica (200) compreende uma unidade de controle de instalação (212), em que a unidade de controle central (208) é preparada para prover às unidades de controle de instalação (212) com predeterminados valores de ponto de ajuste para a potência reativa e/ou a potência ativa, a serem alimentadas.

13. Usina eólica (200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que no ponto de acoplamento comum (204), existe uma razão de corrente de curto-circuito (SCR) de menor que 4, em particular menor que 2, em particular menor que 1,5.

14. Instalação de energia eólica (202) para produzir energia elétrica a partir do vento, caracterizada pelo fato de que: a instalação de energia eólica (202) é preparada para ser usada em uma usina eólica (200), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 13, e, particularmente, compreende uma respectiva unidade de controle de instalação (212) para receber valores de ponto de ajuste a partir da unidade de controle central (208) da usina eólica (200).