BR112019010336A2

BR112019010336A2 - método para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica, instalação de energia eólica, e, parque eólico

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Publication number: BR112019010336A2
Application number: BR112019010336A
Authority: BR
Inventors: Brombach Johannes
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-08-27
Also published as: EP3545599B1; DK3545599T3; US20190312431A1; CA3043449C; US11196262B2; KR20190082945A; WO2018096030A1; EP3545599A1; JP2020513717A; DE102016122580A1; CN110024252A; CA3043449A1; CN110024252B

Abstract

a invenção se refere a um método para fornecer potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica por meio de pelo menos uma instalação de energia eólica em um ponto de conexão de rede, em que a pelo menos uma instalação de energia eólica compreende um rotor aerodinâmico com pás de rotor e o rotor tem um momento de inércia e pode ser operado a uma velocidade de rotor variável, a pelo menos uma instalação de energia eólica compreende um gerador para gerar uma saída de gerador, múltiplos geradores de energia alimentam potência à rede de distribuição elétrica e múltiplos consumidores extraem potência da rede de distribuição elétrica, de forma que um equilíbrio de potência entre a potência alimentada e a potência extraída seja produzido na rede de distribuição elétrica, que é positiva quando mais potência está sendo fornecida do que é removida. o método compreende as seguintes etapas: fornecer uma quantidade básica de potência elétrica de acordo com a quantidade de energia eólica disponível; especificar uma potência auxiliar a ser adicionalmente suprida e adicionalmente suprir a quantidade de potência auxiliar especificada a ser adicionalmente fornecida a fim de assistir a rede de distribuição elétrica, em que uma quantidade de energia auxiliar disponível para a potência auxiliar a ser alimentada é determinada e a potência auxiliar que deve ser adicionalmente fornecida é especificada de acordo com a quantidade determinada de energia auxiliar disponível.

Description

MÉTODO PARA ALIMENTAR POTÊNCIA ELÉTRICA A UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO ELÉTRICA, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA, E, PARQUE EÓLICO [001] A presente invenção se refere a um método para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica. A presente invenção também se refere a uma instalação de energia eólica para a alimentação de potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica. A presente invenção também se refere a um parque eólico, compreendendo múltiplas instalações de energia eólica, para a alimentação de potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica.

[002] A alimentação de potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica por meio de instalações de energia eólica ou parques eólicos é conhecida, é também conhecido no meio tempo oferecer, com instalações de energia eólica ou parques eólicos, os assim chamados serviços de sistema, que ajudam a suportar e/ou melhorar a rede de distribuição elétrica.

[003] É particularmente problemático se, para suportar a rede de distribuição elétrica, a potência a ser alimentada deva ser aumentada, porque as instalações de energia eólica usualmente alimentam tanta potência quanto podem remover do vento no momento. A esse respeito, foi proposto fazer uma melhoria justamente por obter aumentos em curto prazo em potência por usar potência a partir da massa de volante do rotor em rotação. Se, todavia, potência aumentada for alimentada e potência do rotor em rotação for usada para isso, ele desacelera, de forma que a potência alimentada que é correspondentemente aumentada possa somente ser alimentada por um breve período de tempo.

[004] Consequentemente, embora essas soluções propostas provejam um aumento em curto prazo em potência, os efeitos de um tal aumento em curto prazo em potência sobre a respectiva instalação de energia eólica são tolerados ou não são levados em consideração, ou somente pouco.

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2/32 [005] Pela remoção de potência a partir da massa de volante, a velocidade rotacional da instalação de energia eólica é reduzida. Isso não somente tem efeitos sobre a instalação de energia eólica em questão, mas pode também colocar a rede de distribuição elétrica em questão em um estado degradado. Por exemplo, se demasiada energia de volante for retirada, a instalação de energia eólica pode perder seu ponto de operação e então possivelmente primeiro ter que continuar a ser operada em um ponto de operação que permite que menos potência seja alimentada que seria possível com base no vento prevalecente.

[006] Ainda mais, a recuperação de tal energia de suporte também tem o efeito que, em princípio, nenhuma energia adicional de suporte pode ser extraída se a instalação de energia eólica em questão ou as instalações de energia eólica envolvidas tiverem completamente provido seu potencial para energia de suporte. Então, a velocidade rotacional das instalações de energia eólica em questão primeiramente deve ser aumentada novamente, em um processo que possivelmente leva um tempo muito longo, para então ter energia de volante disponível novamente.

[007] O Escritório de Marcas e Patentes Alemão pesquisou a seguinte técnica anterior no pedido prioritário relacionado ao presente pedido: DE 10 2011 006 670 Al, DE 10 2015 208 554 Al, WO 2012 / 171 532 A2 e EP 1 665 494 Bl.

[008] A presente invenção é, por conseguinte, baseada no objetivo de abordar pelo menos um dos problemas acima mencionados. Em particular, pretende-se propor uma tal solução na qual, para um aumento em curto prazo em potência, uma ou mais instalações de energia eólica possam prover correspondente potência de suporte sem, todavia, perder ao mesmo tempo um ponto de trabalho estável. Em particular, pretende-se evitar tal provisão de potência de suporte, que causa com que uma ou mais instalações de energia eólica se tomem instáveis ou até mesmo parem. Pelo menos se pretende

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3/32 propor uma alternativa em comparação com o que é até agora conhecido. [009] De acordo com a invenção, um método de acordo com a reivindicação 1 é proposto. Esse método diz respeito à alimentação de potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica por meio de pelo menos uma instalação de energia eólica em um ponto de conexão de rede. A instalação de energia eólica, por conseguinte, alimenta à rede de distribuição elétrica no ponto de conexão de rede. O método pode também diz respeito a múltiplas instalações de energia eólica, para ser específico, em particular múltiplas instalações de energia eólica que estão organizadas em um parque eólico e alimentam à rede de distribuição elétrica conjuntamente no ponto de conexão de rede.

[0010] A pelo menos uma instalação de energia eólica tem um rotor aerodinâmico com pás de rotor e o rotor tem um momento de inércia e pode ser operado com velocidade de rotor variável. Por conseguinte, uma assim chamada instalação de energia eólica de velocidade variável é tomada como uma base. A pelo menos uma instalação de energia eólica também tem um gerador para gerar uma potência de gerador.

[0011] E também tomado como uma base o fato de que múltiplos geradores de energia alimentam potência à rede de distribuição elétrica. Por conseguinte, não apenas a pelo menos uma instalação de energia eólica alimenta potência à rede de distribuição elétrica, mas pelo menos um outro gerador de energia, em particular múltiplos ou muitos geradores de energia, é também tomado como uma base o fato de que múltiplos consumidores extraem potência da rede de distribuição elétrica. Isso produz um equilíbrio de potência na rede de distribuição elétrica entre a potência alimentada e a potência extraída. Esse equilíbrio é considerado como positivo, se mais potência for alimentada do que é extraída. Idealmente, um tal equilíbrio de potência é 0, que é quando precisamente tanta potência é alimentada quanto é extraída.

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4/32 [0012] É assim proposto para o método que uma potência elétrica básica seja alimentada à rede de distribuição elétrica por pelo menos uma instalação de energia eólica na dependência da potência eólica disponível. Essa potência elétrica básica é consequentemente a base para a potência que a instalação de energia eólica extrai diretamente do vento e alimenta à rede de distribuição elétrica. Essa observação desconsidera perdas de potência que são causadas, por exemplo, por perdas nas linhas e/ou perdas de calor nos elementos de transmissão ou conversão da instalação de energia eólica. Para fins de explicação, é assumido, por conseguinte, que a potência extraída do vento é também alimentada à rede de distribuição elétrica como essa potência elétrica básica.

[0013] Além disso, uma potência de suporte a ser adicionalmente alimentada é especificada. Essa potência de suporte a ser alimentada consequentemente vai além da potência elétrica básica e, por conseguinte, vai além da potência que pode, no momento, ser extraída do vento pela instalação de energia eólica em questão.

[0014] Essa potência de suporte especificada é então adicionalmente alimentada, para ser específico, em adição à potência elétrica básica, a fim de suportar a rede de distribuição elétrica.

[0015] E assim proposto a esse respeito que uma quantidade disponível de energia de suporte seja determinada para a energia de suporte a ser alimentada. A potência de suporte que é especificada e adicionalmente alimentada requer uma fonte de energia em adição ao vento. Essa pode ser, por exemplo, energia rotacional do rotor aerodinâmico. Outras, ou adicionais, fontes de energia podem também estar presentes e usadas, tais como, por exemplo, um acumulador de bateria. E assim proposto determinar uma tal quantidade disponível de energia de suporte para a energia de suporte a ser alimentada. Em outras palavras, a quantidade de energia presente nas fontes de energia, que é disponível para a potência de suporte, é determinada. A

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5/32 quantidade disponível de energia de suporte, e não uma potência de suporte momentaneamente disponível, é deliberadamente determinada aqui, a fim de, dessa maneira, tomar possível uma consideração que vai além do ponto momentâneo no tempo.

[0016] Finalmente, a potência de suporte é especificada na dependência da quantidade disponível de energia de suporte determinada. A potência de suporte, por conseguinte, não apenas depende da demanda de potência de suporte da rede de distribuição elétrica no momento e também não apenas das condições de limites técnicas para alimentar essa potência de suporte adicional, tais como, por exemplo, limites de corrente, mas, em vez disso, a quantidade disponível de energia de suporte é também deliberadamente levada em consideração.

[0017] Consequentemente pode particularmente também ser planejado sobre qual período de tempo uma potência de suporte dessa magnitude pode ser alimentada, em adição à potência elétrica básica. Em outras palavras, uma consideração completa da reserva de energia nas fontes de energia adicionais é proposta. Essa proposta também toma possível evitar a situação na qual a quantidade disponível de energia de suporte é subitamente usada até as correspondentes fontes de energia serem, por conseguinte, esgotadas, e então a potência de suporte deve cair abruptamente. Ela também cria a possibilidade de fazer uma avaliação entre uma demanda de suporte momentânea e uma demanda de suporte ainda requerida em um breve tempo posterior. A possibilidade de planejar uma progressão ao longo do tempo para a potência de suporte a ser alimentada é também criada. Nesse caso, tal planejamento diz respeito a períodos de tempo na faixa de segundos, em particular na faixa de 5 a 30 segundos.

[0018] Preferencialmente, pelo menos um inversor é usado para a alimentação da potência elétrica. Isso é também proposto muito geralmente para quaisquer modalidades. Preferencialmente, a potência de suporte a ser

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6/32 adicionalmente alimentada é determinada na dependência de uma utilização de capacidade do pelo menos um inversor. Em princípio, a potência de suporte a ser alimentada é particularmente determinada na dependência de um equilíbrio de potência, em particular na dependência da frequência da rede de distribuição elétrica, que pode ser um bom indicador do equilíbrio de potência. Para essa finalidade, é adicionalmente proposto levar em consideração a utilização de capacidade do pelo menos um inversor. Isso particularmente significa que a viabilidade da alimentação adicional da potência de suporte é levada em consideração aqui. Também ou altemativamente, a potência reativa alimentada pode ser levada em consideração, e a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada correspondentemente determinada de acordo com a mesma. A potência reativa alimentada também contribui para a utilização de capacidade do pelo menos um inversor, e foi reconhecido que pode, por conseguinte, ser vantajoso levar a potência reativa alimentada em consideração ao determinar a potência de suporte adicional.

[0019] E preferencialmente proposto reduzir a potência reativa alimentada, a fim de ser capaz de alimentar uma maior potência de suporte. Uma tal redução de potência reativa pode então já ser levada em consideração na determinação da potência de suporte a ser adicionalmente alimentada. Em outras palavras, a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada pode então possivelmente ser determinada com um maior valor do que seria com base na potência reativa alimentada no momento se a potência reativa alimentada fosse reduzida para um novo valor. Nesse caso, esse novo valor da potência reativa alimentada é levado em consideração para determinar a potência de suporte a ser alimentada.

[0020] Preferencialmente, a quantidade disponível de energia de suporte é determinada do momento de inércia do rotor, pelo menos um parâmetro de operação do ponto de operação no momento da instalação de

Petição 870190047499, de 21/05/2019, pág. 15/52 /32 energia eólica e uma velocidade de rotor mais baixa admissível. O caso em que a energia rotacional armazenada no rotor da instalação de energia eólica é a fonte de energia para a quantidade disponível de energia de suporte é particularmente assumido para isso. Se fontes de energia adicionais estiverem presentes, elas podem ser adicionalmente levadas em consideração.

[0021] Nessa determinação da quantidade disponível de energia de suporte da energia rotacional do rotor que é proposta aqui, consequentemente primeiro o momento de inércia do rotor é levada em consideração. O momento de inércia do rotor do gerador pode também ser adicionado aqui, mas frequentemente tem um valor significantemente menor que o momento de inércia do rotor aerodinâmico.

[0022] Também levado em consideração é pelo menos um parâmetro de operação do ponto de operação no momento da instalação de energia eólica, que é em particular a velocidade de rotor no momento. Todavia, outras variáveis podem também ser levadas em consideração ou adicionadas aqui, tais como um ângulo de ataque no momento das pás de rotor do rotor e a potência de gerador elétrico fornecida no momento. O momento de inércia do rotor e a velocidade de rotor podem ser usados para calcular a energia cinética armazenada no movimento rotacional no momento do rotor.

[0023] Essa energia cinética do rotor em rotação, isto é, a energia rotacional, todavia, não é necessariamente a quantidade disponível de energia de suporte para a potência de suporte a ser alimentada, uma vez que essa energia rotacional frequentemente não pode ser recuperada completamente, ou é frequentemente desaconselhável recuperá-la completamente. A recuperação da mesma completamente significaria a redução do rotor para 0. Isso, todavia, seria desvantajoso por muitos aspectos, especificamente porque, depois disso, a instalação de energia eólica não pode, em princípio, alimentar absolutamente qualquer potência, o que afeta adversamente a situação global. Além disso, com uma redução da velocidade de rotor para valores muito

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8/32 pequenos ou até mesmo para 0, a potência que pode ser extraída do vento será também reduzida, de forma que a potência alimentada completamente possa ser reduzida, e consequentemente, de fato, menos potência de suporte adicional é alimentada.

[0024] Por conseguinte, é proposto levar uma velocidade de rotor mais baixa admissível adicionalmente em consideração. Uma tal velocidade de rotor mais baixa admissível é uma velocidade, na qual o rotor pode ser desacelerado para esse suporte. Essa velocidade de rotor mais baixa admissível consequentemente leva em consideração em particular o fato de que, na mesma, outra operação da instalação de energia eólica é ainda possível. Além disso, ela pode levar em consideração uma redução da potência extraída do vento, e consequentemente ser ajustada para um valor, no qual a potência que pode ser extraída do vento é somente reduzida por um valor predeterminado, que é preferencialmente escolhido para ser tão pequeno quanto possível.

[0025] De acordo com uma modalidade, é proposto que a pelo menos uma variável de operação do ponto de operação no momento compreenda pelo menos uma das seguintes variáveis, para ser específico, a velocidade de rotor no momento, a potência de gerador no momento e a velocidade de vento prevalecente.

[0026] A velocidade de rotor no momento é particularmente usada para determinar a energia cinética presente, para ser específico, a energia rotacional do rotor em rotação.

[0027] A potência de gerador no momento, particularmente conjuntamente com a velocidade de rotor, é um importante parâmetro de operação do ponto de operação no momento da instalação de energia eólica. Ela pode ser usada para determinar se a instalação de energia eólica no instante particular está convertendo muita potência ou pouca potência, e pode também ser deduzida a partir de quanto a reserva da instalação de energia

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9/32 eólica deve deslocar seu ponto de operação. A recuperação de energia rotacional tem o efeito que o ponto de operação da instalação de energia eólica se desloca e, na dependência de onde esse ponto de operação está localizado, um deslocamento correspondentemente grande ou pequeno do ponto de operação é possível. Particularmente se a instalação de energia eólica converter muita potência, a velocidade de vento prevalecente é também usualmente alta. Se o ponto de operação for então deslocado de sua posição ideal para uma posição menos ideal, ele pode então, todavia, ser levado de volta novamente para o ponto de operação anterior mais facilmente quando existe vento particularmente forte, isto é, uma alta velocidade de vento prevalecente.

[0028] Por outro lado, uma potência comparativamente alta com relação à velocidade rotacional no momento pode indicar que a instalação não está operando em um ponto de operação ideal. Isso pode também significar que o ponto de operação em uma curva característica de velocidade/potência se encontra em um flanco e, por conseguinte, uma alteração da velocidade rotacional pode conduzir a uma redução relativamente grande da potência. Nesse caso, a extração de energia rotacional levaria a uma queda comparativamente severa em potência. Isso pode também significar que a velocidade rotacional pode somente ser reduzida um pouco. Como um resultado da consideração da potência de gerador, ela pode ser levada em consideração na determinação da energia de suporte disponível.

[0029] Também ou ao invés disso, a velocidade de vento prevalecente pode ser levada em consideração. Para essa finalidade, ela pode ser medida, uma medição por um correspondente instrumento de medição na instalação de energia eólica ou então uma medição por um mastro de medição próximo sendo concebível. Uma vez que a medição de uma velocidade de vento é frequentemente imprecisa, é também concebível deduzir a velocidade de vento a partir da velocidade de rotor e da potência de gerador.

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10/32 [0030] Em qualquer caso, pode então ser determinado de melhor maneira a partir da mesma, até qual extensão o ponto de operação pode ser alterado, e em particular quanto a velocidade de rotor pode ser reduzida e consequentemente quanta energia rotacional pode atualmente ser extraída. E, na verdade, essa energia rotacional que pode ser extraída, que então leva à quantidade disponível de energia de suporte. Se fontes de energia adicionais não estiverem presentes e as perdas forem desconsideradas, essa energia rotacional que pode ser extraída é a quantidade disponível de energia de suporte.

[0031] De acordo com uma modalidade adicional, é proposto que, para determinar a quantidade disponível de energia de suporte, uma perda de potência devido a uma redução da velocidade de rotor seja levada em consideração. Se, para extrair a potência, a velocidade de rotor for reduzida, a extração da potência do vento pode também ser adversamente afetada pelo rotor assim desacelerado. Isso restringe a quantidade de energia de suporte que é, de fato, disponível, e, consequentemente, pode ser levada em consideração na determinação da quantidade disponível de energia de suporte. [0032] Altemativamente ou adicionalmente, é proposto que a especificação da potência de suporte a ser adicionalmente alimentada seja realizada na dependência da perda de potência devido a uma redução da velocidade de rotor. Como um resultado, a perda de potência pode ser compensada pela correspondente adaptação da potência de suporte.

[0033] De acordo com uma configuração, é provido que a pelo menos uma instalação de energia eólica para prover a potência de suporte seja acoplada a pelo menos um acumulador elétrico e, para determinar a quantidade disponível de energia de suporte, uma energia rotacional do rotor e, em cada caso, um conteúdo de armazenamento do pelo menos um acumulador elétrico sejam levados em consideração. A potência de suporte pode, nesse caso, contar com múltiplas fontes de energia, para ser específico,

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11/32 em parte com a energia rotacional do rotor em rotação e com pelo menos um acumulador elétrico. Particularmente, um tal acumulador elétrico pode ser provido a fim de aumentar uma possível quantidade de energia de suporte, para ser específico, para aumentá-la além da quantidade que pode ser usada a partir do rotor em rotação.

[0034] O acumulador elétrico pode ser uma batería e também ou adicionalmente ser um capacitor de alta capacidade, que é também referido por aqueles especializado na técnica como um supercap ou ultracap. Particularmente o uso de tais capacitores de alta capacidade é proposto porque eles têm baixa manutenção e podem prover energia ou potência muito rapidamente. Não obstante, é também importante aqui qual conteúdo de armazenamento eles têm, isto é, até que extensão eles são carregados. Isso também se aplica a tais acumuladores elétricos, à batería e também ao capacitor de alta potência, que pode ser concebível que eles também não podem ser descarregados completamente. Esse é o caso com um capacitor, particularmente por causa da tensão em queda e com a batería por causa de uma resistência interna crescente durante uma descarga. Consequentemente é também proposto aqui levar em consideração quanta da energia presente pode atualmente ser extraída. Isso pode também depender da unidade de comutação que respectivamente extrai a energia do acumulador elétrico. Por exemplo, pode ser o caso no qual um capacitor carregado para uma tensão de 800 Volts pode, por exemplo, somente ser descarregado para 300 Volts, porque uma tal baixa tensão de 300 Volts ou inferior iria requerer uma unidade eletrônica que correspondentemente elevasse essa tensão para o uso na instalação de energia eólica. Isso é somente mencionado como um exemplo e os valores de tensão mencionados são também somente dados a titulo de exemplo. Problemas similares podem ocorrer com uma batería. Com uma batería existe também p problema que ela pode ser destruída por descarga excessiva.

[0035] Todos desses efeitos são preferencialmente levados em

Petição 870190047499, de 21/05/2019, pág. 20/52 m?>2 consideração na determinação da quantidade disponível de energia de suporte. [0036] De acordo com uma modalidade, é proposto que, ao alimentar uma potência de suporte, a quantidade disponível de energia de suporte seja atualizada, em particular seja continuamente atualizada. Essa atualização é, por conseguinte, destinada a ser realizada durante a alimentação da potência de suporte e deve correspondentemente ser atualizada rapidamente e ao mesmo tempo que a alimentação. E, nesse caso, proposto que essa atualização seja realizada na dependência da energia de suporte alimentada. Consequentemente, a energia de suporte alimentada é monitorada e essa informação é usada para atualizar constantemente a quantidade disponível de energia de suporte. Em adição a isso, é particularmente concebível que a energia de suporte alimentada seja continuamente integrada ao longo do tempo para fornecer a energia de suporte alimentada. Deve ser particularmente notado aqui que, se a quantidade disponível de energia de suporte permitir, uma potência de suporte é alimentada na dependência de uma frequência na rede de distribuição elétrica. Flutuações da frequência podem consequentemente também conduzir a flutuações da potência de suporte, é também proposto levar em consideração que pode existir uma diferença entre a potência de suporte pretendida, isto é, um valor de ponto de ajuste de potência de suporte, e a potência de suporte atualmente alimentada, isto é, um valor atual de potência de suporte. Não obstante, juntamente com uma medição da potência de suporte alimentada, é também concebível que a potência de suporte alimentada seja elevada em consideração com base em seu valor de ponto de ajuste para levar em consideração particularmente desvios dinâmicos entre a potência pretendida e a potência atual, que são possivelmente conhecidas.

[0037] Também ou alternativamente, é proposto que a quantidade disponível de energia de suporte é atualizada enquanto leva em consideração um comportamento de alteração da instalação de energia eólica como uma

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13/32 reação à alimentação da potência de suporte, é particularmente concebível aqui levar em consideração uma diminuição na velocidade de rotor como uma reação ao fornecimento de energia rotacional do rotor.

[0038] Particularmente a velocidade de rotor pode frequentemente ser detectada muito precisamente e rapidamente. Uma vez que o momento de inércia do rotor não se altera apreciavelmente, a energia rotacional presente no rotor no momento pode consequentemente também ser detectada. Particularmente na assunção que uma velocidade de rotor mais baixa admissível para o caso de suporte no momento não se altera, a alteração na quantidade disponível de energia de suporte pode ser detectada rapidamente e precisamente por observação da diminuição na velocidade de rotor.

[0039] A extração da energia presente em um ou mais acumuladores elétricos, que estão presentes, pode frequentemente ser detectada por monitoramento da tensão de saída desses acumuladores elétricos. Particularmente paro acumuladores de energia, todavia, outros métodos que são, em princípio, familiares a uma pessoa especializada na técnica, são concebíveis.

[0040] Pela atualização da quantidade disponível de energia de suporte, a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada, que é especificada no momento, pode ser determinada de uma maneira particularmente fácil.

[0041] De acordo com uma modalidade, é proposto que a pelo menos uma instalação de energia eólica é acoplada a pelo menos um consumidor que pode ser reduzido de forma controlada em seu consumo e a determinação da quantidade disponível de energia de suporte leva em consideração uma quantidade de energia que é disponível devido a uma redução do pelo menos um consumidor redutível de forma controlada. Isso é particularmente baseado na idéia que um consumidor que está acoplado à instalação de energia eólica consume potência da instalação de energia eólica. A instalação de energia

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14/32 eólica consequentemente alimenta essa potência menos à rede de distribuição elétrica. Se esse consumidor puder ser reduzido ou desligado, pelo menos por um breve tempo e também em curto prazo, essa potência, que é consumida pelo mesmo, que é normalmente faltante durante a alimentação, pode então ser usada para o suporte. Isso é preferencialmente também levado em consideração durante a determinação da quantidade disponível de energia de suporte.

[0042] E destacado que tal potência, que o consumidor não consume durante o caso de suporte, podería ser adicionada diretamente à potência de suporte. Isso é também proposto de acordo com uma modalidade, mas, enquanto leva em consideração o fato de que parte, em particular uma grande parte, da potência de suporte é extraída da energia rotacional do rotor, deve-se ter em mente a situação global e para isso é proposto que essa potência tomada disponível pelo consumidor, reduzida em seu consumo, seja também convertida em energia disponível e acrescentada à quantidade disponível de energia de suporte, ou a quantidade disponível de energia de suporte deve ser determinada enquanto leva em consideração essa energia tomada disponível pelo consumidor. Para essa finalidade, por exemplo, a potência tomada disponível pelo consumidor pode ser integrada sobre o período de tempo do provável caso de suporte para fornecer uma energia. Se esse período de tempo se alterar, o cálculo da quantidade disponível de energia de suporte pode ser atualizado. Altemativamente, essa potência tomada disponível pelo consumidor é diretamente adicionada à potência de suporte.

[0043] E destacado que, nesse caso de um consumidor que está fixamente acoplado à instalação de energia eólica e é redutível de forma controlada em seu consumo, a energia elétrica básica se encontra abaixo da potência gerada do vento por uma quantidade equivalente a esse consumo de potência.

[0044] De acordo com uma modalidade é proposto que, para

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15/32 especificar a potência de suporte, uma progressão da potência de suporte na dependência da quantidade de energia de suporte seja especificada. Em particular, é provido que a especificação da potência de suporte na dependência da quantidade de energia de suporte seja realizada por meio de uma progressão dependente de tempo. Uma tal progressão da potência de suporte na dependência da quantidade de energia de suporte pode particularmente assumir a forma que, com uma quantidade suficiente de energia de suporte presente no início, como a potência de suporte, uma potência de suporte constante seja especificada com base em condições limite, tais como a utilização de capacidade do inversor. Se a quantidade disponível de energia de suporte for então reduzida para abaixo de uma quantidade mínima de energia de suporte especificável, a potência de suporte é então reduzida quando a quantidade disponível de energia de suporte cair ainda mais. Preferencialmente, uma relação proporcional pode ser provida aqui entre a quantidade disponível de energia de suporte e a potência de suporte alimentada ou correspondentemente especificada. Nesse caso, isso resultaria em uma potência de suporte caindo ainda mais lentamente, que, idealmente, se aproximaria as sinto ticamente ao valor 0. De acordo com outra variante, é proposto que, para a dita quantidade mínima restante de energia de suporte, um intervalo de tempo restante seja calculado, um intervalo de tempo, no qual a potência cai para 0 proporcionalmente com o tempo, e, nesse caso, exatamente essa quantidade mínima restante de energia de suporte é alimentada, para fornecer um outro exemplo.

[0045] Se a progressão dependente de tempo for usada, pode também ser provido que uma progressão da potência de suporte ao longo do tempo, que conduz exatamente ao consumo da quantidade disponível de energia de suporte, já seja predeterminada para a quantidade total disponível de energia de suporte. Naturalmente, a alimentação da potência de suporte é sempre interrompida quando o suporte da rede de distribuição elétrica não é mais

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16/32 necessário.

[0046] De acordo com uma modalidade, é proposto que a pelo menos uma instalação de energia eólica seja operada em um ponto de operação que é inicialmente melhorado ao fornecer energia rotacional, em particular que a instalação de energia eólica seja operada a uma velocidade de rotor tão alta que a velocidade de rotor é temporariamente reduzida a uma velocidade de rotor ideal em termos de potência por fornecimento de energia centrífuga, isto é, energia rotacional. Isso é proposto particularmente para a operação com carga parcial mais baixa, na qual a velocidade de vento ainda está bem abaixo da velocidade de vento nominal, por exemplo, está em um máximo de 50% da velocidade de vento nominal.

[0047] Isso é baseado na percepção de que, embora exista teoricamente somente um ponto de operação ideal para a instalação de energia eólica, para ser específico, o ponto de operação ideal em termos de potência, próximo a esse ponto de operação ideal existe uma faixa de operação que é somente minimamente menos favorável que o ponto de operação que é teoricamente ideal em termos de potência. Particularmente, existe frequentemente uma velocidade de rotor ideal em termos de potência, que é particularmente também ideal com relação à extração da potência do vento. Tanto uma velocidade de rotor mais alta quanto uma velocidade de rotor mais baixa são menos favoráveis, mas por uma menor extensão. Assim, foi particularmente percebido que a velocidade de rotor, que é mais alta que a velocidade de rotor ideal em termos de potência, somente leva a uma piora mínima do ponto de trabalho, mas ao mesmo tempo cria uma energia rotacional significantemente maior, em particular uma energia rotacional disponível significantemente maior. Frequentemente pode até mesmo ser o caso no qual a piora resultante do ponto de trabalho é dificilmente detectável por instrumentos de medição. Particularmente nesse caso, é proposto operar a instalação de energia eólica em um ponto de operação correspondentemente

Petição 870190047499, de 21/05/2019, pág. 25/52 /32 deslocado, para ser específico, a uma velocidade rotacional correspondentemente mais alta.

[0048] Preferencialmente, a quantidade disponível de energia de suporte, isto é, aqui, a quantidade disponível de energia rotacional, isto é, a energia rotacional que pode ainda ser razoavelmente extraída, é tomada como uma medida por quanto a velocidade de rotor se eleva acima da velocidade de rotor calculada como ideal em termos de potência. Aqui, uma avaliação pode ser feita entre, por um lado, a crescente quantidade disponível de energia de suporte e, por outro lado, a eficiência do ponto de operação piorado pelo aumento da velocidade de rotor. Particularmente na dependência de se um caso de suporte deve ser esperado na rede de distribuição elétrica, ou se ou quantos outros geradores na rede de distribuição elétrica podem realizar o suficiente suporte, uma correspondente velocidade de rotor pode ser ajustada ou alterada por essa avaliação.

[0049] De acordo com uma modalidade, é proposto que a potência de suporte seja especificada na dependência de um estado de rede da rede de distribuição elétrica, em particular na dependência do equilíbrio de potência da rede de distribuição elétrica, um limite de potência superior sendo adicionalmente determinado na dependência da quantidade disponível de energia de suporte e mantido, e a potência de suporte especificada sendo reduzida com uma progressão caindo ao longo do tempo, em particular um flanco caindo ao longo do tempo, assim que a quantidade disponível de energia de suporte tenha atingido um valor limite especificado.

[0050] A potência de suporte é, por conseguinte, inicialmente especificada na dependência de um estado de rede da rede de distribuição elétrica. Esse pode ser em particular a frequência de rede, isto é, a frequência da tensão elétrica da rede de distribuição elétrica, que pode ser um indicador do equilíbrio de potência. Pode possivelmente ser concebível levar o equilíbrio de potência da rede de distribuição elétrica em consideração de

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18/32 alguma outra maneira. Isso pode, por exemplo, ser realizado por um item de informação, externamente transmitido, que, por exemplo, um operador de rede podería enviar.

[0051] Até essa extensão, a rede de distribuição elétrica determina a potência de suporte, porque a potência de suporte é destinada a suportar a rede de distribuição elétrica. A instalação de energia eólica pode, todavia, somente tomar potência de suporte disponível por uma extensão limitada, e é consequentemente proposto ser econômico com a potência de suporte. Para essa finalidade, é proposto determinar um limite de potência superior na dependência da quantidade disponível de energia de suporte e então naturalmente também manter o mesmo. Para essa finalidade, um período de tempo de suporte, que a experiência sugere que deva ser esperado, pode ser tomado como uma base, é também concebível tomar um período de tempo de 10 segundos como uma base. Preferencialmente, esse período de tempo se encontra na faixa de 5 a 30 segundos. Na dependência da quantidade disponível de energia de suporte determinada, isso fornece um valor de potência para a potência de suporte. No caso mais simples, isso significa que esse valor de potência da potência de suporte, isto é, o limite de potência superior, é escolhido de forma que, com alimentação constante de uma potência de suporte com esse limite de potência superior, a quantidade disponível de energia de suporte é usada até o final do período de tempo de suporte assumido, ou é usada para além de uma quantidade mínima restante de energia de suporte. Para então evitar o final abrupto dessa potência de suporte, é proposto reduzir a potência de suporte especificada na direção para o final com uma progressão caindo ao longo do tempo.

[0052] De acordo com a invenção, uma instalação de energia eólica é também proposta, e é preparada para alimentar energia elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede. Ela compreende um rotor aerodinâmico com pás de rotor e o rotor tem um momento de inércia e

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19/32 pode ser operado com velocidade de rotor variável. Além disso, ela tem um gerador para gerar uma potência de gerador e uma unidade de controle para controlar a alimentação de uma potência elétrica básica na dependência de potência eólica disponível. Uma tal unidade de controle pode ser, por exemplo, um computador de processo, que assume alguns ou todos dos controles da instalação de energia eólica. Essa unidade de controle pode, por exemplo, controlar um inversor, e possivelmente outros elementos da instalação de energia eólica.

[0053] Além disso, a instalação de energia eólica compreende um meio de especificação para especificar uma potência de suporte a ser adicionalmente alimentada. Um tal meio de especificação pode fazer parte de um dispositivo de controle, tal como um processador de controle, da instalação de energia eólica. Um tal meio de especificação pode, todavia, também ser provido como um meio de controle separado, ou pelo menos um programa de controle separado. Ele especifica a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada, por exemplo, na dependência da frequência detectada e da rede de distribuição elétrica ou com base em um sinal de demanda externo. A potência de suporte especificada pode ser especificada como um valor absoluto ou até mesmo como um valor relativo. Por exemplo, a especificação como um valor relativo é concebível com relação à potência nominal da instalação de energia eólica ou como um valor relativo é concebível com relação à potência que é alimentada nesse momento no tempo.

[0054] Além disso, a instalação de energia eólica tem um dispositivo de alimentação para alimentar a potência de suporte especificada para o suporte da rede de distribuição elétrica. Um tal dispositivo de alimentação pode ser, por exemplo, um inversor, que, por exemplo, obtém potência do gerador como tensão contínua ou corrente contínua e gera a partir da mesma uma corrente alternada a ser alimentada. O dispositivo de alimentação é,

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20/32 nesse caso, preferencialmente provido ao mesmo tempo para alimentar a potência a ser alimentada completamente. Para colocar de outra maneira, um dispositivo de alimentação usual, tal como um inversor, pode ser usado, e pode também ao mesmo tempo assumir a tarefa de alimentar adicionalmente a potência de suporte especificada para o suporte da rede de distribuição elétrica.

[0055] E também provido que a instalação de energia eólica tenha uma unidade de cálculo para determinar uma quantidade disponível de energia de suporte para a potência de suporte a ser alimentada. Essa unidade de cálculo consequentemente determina uma quantidade disponível de energia de suporte, que pode então ser usada como uma fonte para a potência de suporte a ser alimentada. A potência de suporte é especificada na dependência da quantidade de energia de suporte determinada. O meio de especificação que especifica a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada consequentemente extrai a quantidade disponível de energia de suporte determinada pela unidade de cálculo em consideração e, na dependência da mesma, determina a potência de suporte. O meio de especificação para especificar a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada e a unidade de cálculo para determinar a quantidade de energia de suporte pode também ser integrada em uma unidade, tal como, por exemplo, em um microprocessador comum.

[0056] A instalação de energia eólica é preferencialmente preparada para realizar um método como definido em pelo menos uma das modalidades descritas.

[0057] Um parque eólico compreendendo múltiplas instalações de energia eólica é também proposto, as instalações de energia eólica desse parque eólico sendo projetadas como definidas em pelo menos uma modalidade descrita da instalação de energia eólica. Também ou altemativamente, o parque eólico é preparado para implementar um método

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21/32 de como definido na modalidade descrita. Essa implementação pode consequentemente ser realizada de uma tal maneira que cada instalação de energia eólica do parque eólico propriamente dito realize um método correspondente.

[0058] Também ou altemativamente, pode também ser provido que o parque eólico, como uma unidade, realize pelo menos um método de acordo com a modalidade descrita. Em particular, um computador de parque central ou outra unidade central que assume essa tarefa completamente para o parque pode ser provido para especificar a potência de suporte e/ou para determinar a quantidade disponível de energia de suporte. O resultado pode, por exemplo, ser distribuído para as instalações de energia eólica individuais para a implementação atual. Nesse caso, a potência de suporte especificada e/ou a quantidade disponível de energia de suporte podem ser distribuídas entre as instalações de energia eólica individuais. Particularmente, ao usar um acumulador de energia central no vento, a quantidade de energia de suporte contida no mesmo pode ser dividida entre as instalações de energia eólica e adicionada às quantidades disponíveis de energia de suporte da energia rotacional dos rotores das instalações de energia eólica.

[0059] De acordo com outra modalidade, no caso no qual um tal acumulador de energia central é provido no parque, um dispositivo de alimentação que alimenta à rede de distribuição elétrica diretamente a partir do acumulador de energia central pode ser provido. Nesse caso, é também proposto que tal potência de suporte alimentada diretamente pelo parque eólico, sem o uso de a instalação de energia eólica, seja coordenada por um controlador do parque, ou de alguma outra maneira. Nesse caso, uma coordenação dessa potência de suporte alimentada com a potência alimentada pelas instalações de energia eólica ou provida para a alimentação é também realizada. O cálculo da quantidade disponível de energia de suporte leva ambos os tipos de fonte de energia em consideração, isto é, as energias de

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22/32 rotação e a energia de armazenamento de batería.

[0060] A invenção será agora explicada em mais detalhe abaixo com base em modalidades de exemplo e com referência às figuras anexas.

[0061] A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica em uma representação em perspectiva.

[0062] A figura 2 mostra um parque eólico em uma representação esquemática.

[0063] A figura 3 mostra esquematicamente uma estrutura de controle de uma instalação de energia eólica.

[0064] A figura 4 mostra um diagrama de tempo de potência e energia.

[0065] A figura 5 mostra esquematicamente em um diagrama a progressão de uma energia rotacional na dependência de uma velocidade rotacional.

[0066] A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica 100 com uma torre 102 e uma nacela 104. Arranjado em a nacela 104 está um rotor 106 com três pás de rotor 108 e um girador 110. Durante a operação, o rotor 106 é colocado em um movimento rotativo pelo vento, e aciona assim um gerador na nacela 104.

[0067] A figura 2 mostra um parque eólico 112 com, a título de exemplo, três instalações de energia eólica 100, que podem ser as mesmas ou diferentes. As três instalações de energia eólica 100 são consequentemente representativas de essencialmente qualquer número de instalações de energia eólica de um parque eólico 112. As instalações de energia eólica 100 provêm sua potência, para ser específico, em particular a eletricidade gerada, por meio de uma rede de parque elétrica 114. Nesse caso, a eletricidade ou potência respectivamente gerada pelas instalações de energia eólica individuais 100 é adicionada conjuntamente e está presente usualmente um transformador 116, que eleva a tensão no parque a fim de alimentá-la então à rede de distribuição

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120 no ponto de alimentação 118, que é também referido geralmente como o PCC. A figura 2 é apenas uma representação simplificada de um parque eólico 112, que, por exemplo, não mostra qualquer controlador, embora exista naturalmente um controlador. E também possível, por exemplo, que a rede de parque 114 seja diferentemente projetada, em que, por exemplo, existe também um transformador na saída de cada instalação de energia eólica 100, para citar apenas uma outra modalidade de exemplo.

[0068] A figura 3 mostra, em uma estrutura esquemática e ilustrativa, uma nacela 2 da instalação de energia eólica com uma estrutura de controle 4 incluindo um inversor 6, que forma um dispositivo de alimentação. Existe também um acumulador de batería 8 como uma fonte de energia adicional. Com o dispositivo de alimentação 6, especificamente o inversor, a alimentação é realizada por intermédio de um transformador 10 a uma rede elétrica 12, esquematicamente indicada. Outros geradores de energia também alimentam a essa rede elétrica 12 e consumidores elétricos são conectados à mesma, nenhum dos quais é mostrado aqui.

[0069] Segue primeiramente uma descrição geral do princípio de operação da instalação de energia eólica, da qual a nacela 2 e a peça de extremidade da torre 14 são indicadas. Arranjadas na nacela 2 estão pás de rotor 16, igualmente representadas esquematicamente, para ser específico, na região de um cubo 18 de um girador 20. Essas pás de rotor 16, das quais existem preferencialmente três, embora somente duas sejam mostradas na figura 3, são acionadas pelo vento e colocam o rotor 22, que consiste substancialmente na pá de rotor 16, o cubo 18 e o girador 20, em um movimento rotativo. A partir disso, potência elétrica é gerada com a ajuda do gerador 24, para ser específico, a potência de gerador. O gerador 24 tem, para essa finalidade, um rotor de gerador 26 e um estator 28. O termo rotor de gerador é usado aqui independentemente do tipo de gerador 24, para evitar confusão com o rotor aerodinâmico 22. O rotor de gerador 26 é, nesse caso,

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24/32 fixamente conectado ao cubo 18, e consequentemente ao rotor 22. Em princípio, todavia, um mecanismo de engrenagens pode também ser interposto.

[0070] O gerador preferido 24 é um gerador síncrono. Em particular, um gerador síncrono excitado extemamente é proposto. Para prover potência de excitador para o gerador síncrono excitado externamente, o ajustador de corrente 30 é provido, alimentando corrente de excitador ao rotor de gerador 26. Um anel coletor usado para isso não é mostrado aqui.

[0071] A potência de gerador gerada pelo gerador 24 é passada pelo estator 28 para o retificador 32, que retifica a mesma e provê uma corrente contínua correspondentemente retificada com uma correspondente tensão contínua em uma barra de barramento 34. Quando a operação está em progresso, o ajustador de corrente 30 pode também extrair sua energia a partir da barra de barramento 34. Para as seguintes observações da alimentação e suporte de rede, o componente de potência que o ajustador de corrente 30 requer é ignorado.

[0072] A barra de barramento 34, que não necessariamente tem que ser configurada como uma barra, mas pode também ser realizada por linhas ou feixes de linhas, é acoplada a uma entrada do inversor 6.

[0073] O inversor 6 consequentemente converte a corrente contínua ou a tensão contínua da barra de barramento 34 em uma corrente alternada ou uma tensão alternada, que é transformada por intermédio do transformador 10 e alimentada à rede elétrica 12.

[0074] Se existir então uma demanda de potência mais ou menos súbita, porque, por exemplo, o equilíbrio de potência na rede de distribuição elétrica 12 se tomou negativo, pode ser contemplado alimentar potência de suporte adicional através do inversor 6. Na modalidade mostrada na figura 3, é particularmente considerado, a esse respeito, usar potência a partir de um acumulador de bateria 8 ou a partir da energia rotacional do rotor 22. Para

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25/32 essa finalidade, a unidade de controle 36 pode especificar uma correspondente potência pré-ajustada PS para o inversor 6. Caso contrário, é sugerido que a unidade de controle 36 possa também especificar uma potência reativa QS para o inversor 6. Além disso, o inversor 6 pode fornecer a potência aparente S para a unidade de controle 36, como informação.

[0075] Essa potência PS a ser alimentada, que, até essa extensão, representa uma potência pré-ajustada, é constituída de uma potência elétrica básica e a potência de suporte a ser alimentada. Em um caso normal, se não existir demanda para potência de suporte, a potência pré-ajustada PS substancialmente corresponde à potência básica. Ela é consequentemente também usada na operação normal para controlar o fornecimento de potência da instalação de energia eólica. Se uma potência de suporte deva então adicionalmente ser alimentada, porque o valor dessa potência pré-ajustada PS deve, por conseguinte, ser adicionalmente aumentado, a unidade de controle 36 deve primeiro ter uma razão para isso. Frequentemente, a razão irá aparecer do sensoreamento da frequência de rede f. Particularmente se a frequência de rede f cair, uma tal demanda para a alimentação de potência adicional para o suporte de rede pode aparecer. Provida para isso é o dispositivo de medição de tensão 38, que, além da tensão de saída U do inversor 6, também sensoreia a frequência de rede f e alimenta a mesma à unidade de controle 36. Alternativamente, a medição da tensão e frequência pode também ser realizada em algum outro local, tal como, por exemplo, entre o transformador 10 e a rede de distribuição elétrica 12, isto é, no ponto de conexão de rede 40 ali.

[0076] Também ou altemativamente, uma demanda por suporte de rede pode ser detectada ou iniciada por meio de um sinal externo, que, na figura 3, é indicado como ext. O sinal ext pode ser provido por um operador da rede.

[0077] Consequentemente, a unidade de controle 36 pode detectar a

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26/32 demanda para a alimentação de potência de suporte adicional para o suporte de rede com base em pelo menos uma dessas variáveis mencionadas.

[0078] E assim proposto que, em adição ao cálculo da potência de suporte a ser alimentada, na dependência dessas variáveis, que indicam uma tal demanda, uma quantidade de energia de suporte que está presente completamente é primeiro sensoreada e então levada em consideração.

[0079] Para a determinação da energia de suporte disponível EV, a unidade de cálculo 42 é provida. A unidade de cálculo 42, que pode também ser combinada com a unidade de controle 36 em um dispositivo ou em um controlador de processo, leva em consideração, na modalidade da figura 3, tanto a energia disponível a partir da energia rotacional do rotor 22 quanto a energia de armazenamento de um acumulador de batería 8. A quantidade disponível de energia de suporte EV assim completamente determinada é então levada em consideração para especificar a potência de suporte e, para isso, de acordo com a estrutura da figura 3, é transmitida para a unidade de controle 36.

[0080] A quantidade disponível de energia de suporte EV é, nesse caso, aditivamente constituída das quantidades disponíveis individuais de energia de suporte do rotor 22 e do acumulador de batería 8. Ela é, por conseguinte, constituída da energia rotacional disponível do rotor 22 e da energia de armazenamento disponível de um acumulador de batería 8.

[0081] A energia de armazenamento disponível de um acumulador de batería 8 pode ser determinada, por exemplo, na dependência da tensão de batería Ub. Para isso, o acumulador de batería pode transmitir esse valor da tensão de batería Ub para a unidade de cálculo 42. Altemativamente, particularmente quando ele é um banco complexo de acumuladores compreendendo muitas unidades, o acumulador de batería 8 podería ele próprio determinar a energia de armazenamento disponível e transmiti-la para a unidade de cálculo 42 ou, por exemplo, transmitir um estado de carga para a

Petição 870190047499, de 21/05/2019, pág. 35/52 /32 unidade de cálculo 42, a partir da qual a unidade de cálculo 42 então determina a quantidade disponível de energia de armazenamento.

[0082] Para a determinação ou cálculo da energia rotacional disponível do rotor 22, a unidade de cálculo 42 obtém, entre outros, a velocidade rotacional n, que pode ser sensoreada pelo sensor de velocidade 44. O momento de massa de inércia do rotor 22 é disponível para a unidade de cálculo 42, e consequentemente a energia rotacional pode ser calculada na dependência da velocidade rotacional n.

[0083] A energia rotacional armazenada pelo rotor 22 com base em sua velocidade rotacional n no momento não é, todavia, de fato, disponível completamente, porque, em particular em um momento no qual a rede deve ser suportada, o rotor não deve ou não tem que ser reduzido para 0, ou outra velocidade rotacional que é demasiadamente baixa.

[0084] De forma correspondente, a unidade de cálculo 42 também leva em consideração global o ponto de operação da instalação de energia eólica, que pode também ser referido como o ponto de trabalho. A esse respeito, é particularmente concebível também para levar em consideração a potência P no momento, para ser específico, a potência de instalação no momento, isto é, a potência que a instalação de energia eólica está fornecendo no instante particular. A unidade de cálculo 42 obtém essa potência atualmente aplicável P a partir da unidade de controle 36. A unidade de controle 36 usualmente conhece essa potência atualmente aplicável P, porque ela usa esta potência P para controlar a instalação de energia eólica propriamente dita. Em particular, a unidade de controle 36 ajusta o ponto de trabalho da instalação de energia eólica.

[0085] Como uma precaução, é destacado que tal controle da instalação de energia eólica pode também ser realizado em uma outra unidade de controle ou que uma unidade de controle central, comum, e que combina a realização das tarefas da unidade de controle 36 e da unidade de cálculo 42,

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28/32 pode também ser provida.

[0086] Com base nesse ponto de operação, que é consequentemente conhecido para a unidade de cálculo 42, pelo menos com respeito à velocidade rotacional n e à potência P, pode assim ser estimado para baixo para qual velocidade o rotor 22 podería ser freado. Isso pode então não somente ser usado para determinar a energia rotacional que está presente, mas também a energia rotacional que é disponível, que é parte da energia rotacional que está presente completamente.

[0087] Além disso, a unidade de cálculo 42 pode fornecer à unidade de controle 36 uma proposta ou valor de ponto de ajuste para um aumento de velocidade, para a qual a velocidade pode ser aumentada a fim de, dessa maneira, criar maior energia rotacional, para então obter uma maior energia rotacional disponível, depois de tudo. Todavia, isso não é mostrado mais detalhadamente na figura 3.

[0088] Além disso, o ângulo de pá das pás de rotor pode também ser levado em consideração para a avaliação do ponto de operação. Esse ângulo de pá oc pode, por exemplo, ser medido nas pás de rotor 16, o que está indicado na figura 3. Altemativamente, a unidade de controle 36 pode especificar um tal ângulo de pá e ao mesmo tempo transmiti-lo para a unidade de cálculo 42. Se, por exemplo, na operação em carga parcial, quando a instalação não está, por conseguinte, funcionando na potência nominal, o ângulo de pá é maior que um ângulo de carga parcial, típico para esse modo de operação, isso indica que um vento mais forte está soprando do que seria assumido apenas com base na velocidade rotacional e na potência. Isso pode significar, por exemplo, que o ponto de operação no momento está em um flanco de uma curva característica de velocidade/potência, e, por conseguinte, a velocidade rotacional não pode ser reduzida grandemente, porque isso podería conduzir a uma grande perda de potência. Isso é levado em consideração na determinação da energia de suporte presente. Se essa

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29/32 quantidade disponível de energia de suporte EV foi determinada, a unidade de controle 36 pode consequentemente determinar a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada, e pode correspondentemente aumentar a potência pré-ajustada PS e fornecer um correspondente valor de ponto de ajuste para o inversor 6.

[0089] Além disso, a unidade de controle 36 pode, para essa finalidade, aumentar a corrente de excitador IE e, para essa finalidade, passar um correspondente sinal para o ajustador de corrente 30.

[0090] E também concebível usar, em princípio, em lugar de um retificador passivo 32, um retificador controlado e, em adição, alterar as correntes de estator, e alterar assim a potência de gerador. Por alteração da potência de gerador, particularmente por aumento da corrente de excitador IE, o rotor 22 é freado e a energia rotacional é assim extraída.

[0091] E assim possível já pré-planejar a alimentação de potência de suporte para o suporte de rede à luz da quantidade disponível de energia de suporte, e obter assim um suporte da rede de distribuição elétrica e ao mesmo tempo assegurar que a instalação de energia eólica tenha um ponto de operação estável em cada ponto no tempo. E particularmente prevenido dessa maneira que a instalação de energia eólica subitamente colapse em seu fornecimento de potência enquanto está alimentando potência de suporte adicional à rede de distribuição elétrica.

[0092] Uma maneira possível para planejar a potência de suporte PA na dependência da energia de suporte disponível EV está ilustrada na figura 4. Ali, a quantidade disponível de energia de suporte ou a energia de suporte disponível EV é registrada na dependência do tempo tea potência de suporte PA é igualmente registrada no mesmo diagrama. A modalidade ilustrada ali provê que a potência de suporte PA seja primeiramente especificada na dependência de uma subfrequência sensoreada na rede de distribuição elétrica, e para a quantidade de energia de suporte EV é verificado se essa se

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30/32 encontra acima ou abaixo de um valor limite especificado, para ser específico, se ela se encontra abaixo da quantidade mínima de energia de suporte Emin. Para isso, é assumido, como uma simplificação, que o critério que inicia a potência de suporte Pa, em princípio, por exemplo, uma frequência que é demasiadamente baixa, conduziría a uma potência de suporte constante PA. Um valor constante é correspondentemente inicialmente assumido para a potência de suporte Pa a ser alimentada. Essa podería, todavia, também variar, por exemplo, na dependência do desvio da frequência de rede a partir de um valor de ponto de ajuste de frequência de rede, ou ser determinada na dependência de um gradiente de frequência da frequência de rede.

[0093] Consequentemente, essa potência de suporte PA inicialmente tem o valor Pao e mantém esse valor do ponto no tempo to para o ponto no tempo ti. A quantidade disponível de energia de suporte Ev começa no ponto no tempo to com o valor máximo para a quantidade de energia de suporte E_maxe cai linearmente como um resultado da potência de suporte Pa constantemente alimentada até o ponto no tempo ti.

[0094] No ponto no tempo ti, atinge e vai embaixo do valor da quantidade mínima de energia de suporte Emin e que leva à potência de suporte Pa ser reduzida.

[0095] A modalidade mostrada ali propõe nesse caso que, do ponto no tempo ti, a potência de suporte Pa é reduzida linearmente para 0, para ser preciso, de forma que exatamente a quantidade de energia de suporte ainda disponível no ponto no tempo ti seja usada para cima. Para o caso especial no qual a potência é reduzida linearmente a partir de um valor inicial, aqui especificamente o valor de potência de suporte constante Pao, para 0, a energia E requerida assim pode ser calculada com a fórmula E = l/2P*t. Uma vez que a energia a ser consumida corresponde aqui à energia ainda presente no ponto no tempo ti, para ser específico, a quantidade mínima de energia de suporte Emin, e a potência inicial corresponde à potência Pao, o tempo no qual

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31/32 a potência é reduzida linearmente para 0 é calculado com a fórmula t = 2*Emin/PAo. O tempo assim calculado é o período de tempo de acordo com o diagrama da figura 4 do ponto no tempo ti para o ponto no tempo t2. Essa progressão está ilustrada na figura 4 e, com essa variante, em princípio, uma grande potência de suporte Pa pode ser alimentada, e somente posteriormente é reduzida, e, mesmo com os reduzidos valores, pode inicialmente ainda prover uma contribuição de suporte. Ao mesmo tempo, a quantidade disponível de energia de suporte Ev é idealmente utilizada.

[0096] A figura 5 ilustra relações entre a velocidade rotacional n e a energia rotacional disponível. O diagrama mostra no eixo x a velocidade rotacional n do valor 0 para alem de uma velocidade rotacional estendida n_e. Além disso, a energia rotacional Er é registrada na dependência da velocidade rotacional η. E evidente que a energia rotacional Er na velocidade rotacional com o valor 0 é igualmente 0 e, a partir dali, aumenta quadraticamente com a velocidade n.

[0097] No caso do diagrama da figura 5, é assumido que a instalação de energia eólica é operada na velocidade rotacional nO. Isso representa a velocidade rotacional normal para a mesma, que seria usualmente usada, em particular com a velocidade de vento prevalecente, nesse caso. Essa velocidade rotacional nO é consequentemente conjugada a uma energia rotacional Ero. Essa energia rotacional Ero não é, todavia, a quantidade disponível de energia rotacional, porque a velocidade rotacional pode somente ser reduzida para a velocidade mínima n_mm. Correspondentemente, aqui a quantidade disponível de energia rotacional é somente a quantidade normalmente disponível de energia rotacional, indicada por Evo. Precisamente, essa quantidade normalmente disponível de energia rotacional Evo é calculada aqui como a quantidade disponível de energia de suporte, assumindo que fontes de energia adicionais não estejam presentes.

[0098] A figura 5 também ilustra que um aumento da quantidade

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica por meio de pelo menos uma instalação de energia eólica em um ponto de conexão de rede, em que a pelo menos uma instalação de energia eólica tem um rotor aerodinâmico com pás de rotor e o rotor tem um momento de inércia e pode ser operado com velocidade de rotor variável, a pelo menos uma instalação de energia eólica tem um gerador para gerar uma potência de gerador, múltiplos geradores de energia alimentam potência à rede de distribuição elétrica;

e múltiplos consumidores extraem potência da rede de distribuição elétrica, de forma que um equilíbrio de potência na rede de distribuição elétrica entre a potência alimentada e a potência extraída seja produzido e seja positivo se mais potência for alimentada do que é extraída, e o método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

alimentar uma potência elétrica básica na dependência de energia eólica disponível, especificar uma potência de suporte a ser adicionalmente alimentada, e

adicionalmente alimentar a potência de suporte especificada a ser adicionalmente alimentada para o suporte da rede de distribuição elétrica, uma quantidade de energia de suporte disponível para a potência de suporte a ser alimentada sendo determinada, e a especificação da potência de suporte a ser adicionalmente

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2/6 alimentada sendo realizada na dependência da quantidade disponível de energia de suporte determinada.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade disponível de energia de suporte é pelo menos determinada de o momento de inércia do rotor, pelo menos um parâmetro de operação do ponto de operação no momento da instalação de energia eólica, e uma velocidade de rotor mais baixa admissível.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma variável de operação do ponto de operação no momento compreende pelo menos uma variável selecionada da lista consistindo em a velocidade de rotor no momento, a potência de gerador no momento, e a velocidade de vento prevalecente, e em que também ou altemativamente a velocidade de rotor mais baixa admissível é determinada na dependência do ponto de operação no momento, em particular na dependência da velocidade rotacional no momento.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um inversor é usado para alimentar a potência elétrica e a potência de suporte a ser adicionalmente alimentada é determinada na dependência da utilização de capacidade do pelo menos um inversor e também ou altemativamente na dependência de uma potência reativa

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3/6 alimentada.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para determinar a quantidade disponível de energia de suporte, uma perda de potência devido a uma redução da velocidade de rotor é levada em consideração.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma instalação de energia eólica para prover a potência de suporte é acoplada a pelo menos um acumulador elétrico e, para determinar a quantidade disponível de energia de suporte, uma energia rotacional do rotor e, em cada caso, um conteúdo de armazenamento do pelo menos um acumulador elétrico são levados em consideração, o pelo menos um acumulador elétrico compreendendo uma batería e/ou um capacitor de alta capacidade.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ao alimentar uma potência de suporte, a quantidade disponível de energia de suporte é atualizada na dependência da potência de suporte alimentada e também ou altemativamente enquanto leva em consideração um comportamento de alteração da instalação de energia eólica como uma reação à alimentação da potência de suporte, particularmente enquanto leva em consideração uma diminuição na velocidade de rotor como uma reação ao fornecimento de energia rotacional do rotor.

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8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma instalação de energia eólica é acoplada a pelo menos um consumidor que pode ser reduzido de forma controlada em seu consumo e a determinação da quantidade disponível de energia de suporte leva em consideração uma quantidade de energia que é disponível devido a uma redução do pelo menos um consumidor redutível de forma controlada.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para especificar a potência de suporte, uma progressão da potência de suporte na dependência da quantidade de energia de suporte é especificada, em particular em que a especificação da potência de suporte na dependência da quantidade de energia de suporte é realizada por meio de uma progressão dependente de tempo.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma instalação de energia eólica é operada em um ponto de operação que é inicialmente melhorado ao fornecer energia rotacional, em particular que é operada em uma tal alta velocidade de rotor que a velocidade de rotor é temporariamente reduzida para uma velocidade de rotor ideal em termos de potência por fornecimento de energia centrífuga.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a potência de suporte é especificada na dependência de um estado de rede da rede de distribuição elétrica, em particular na dependência

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5/6 do equilíbrio de potência da rede de distribuição elétrica, um limite de potência superior sendo adicionalmente determinado na dependência da quantidade disponível de energia de suporte e mantido, e

a potência de suporte especificada sendo reduzida com uma progressão caindo ao longo do tempo, em particular um flanco caindo ao longo do tempo, assim que a quantidade disponível de energia de suporte tenha atingido um valor limite especificado, em particular uma quantidade mínima de energia de suporte.
12. Instalação de energia eólica para a alimentação de potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede, caracterizada pelo fato de que compreende um rotor aerodinâmico com pás de rotor e o rotor tem um momento de inércia e pode ser operado com velocidade de rotor variável, um gerador para gerar uma potência de gerador, uma unidade de controle para controlar a alimentação de uma potência elétrica básica na dependência de potência eólica disponível, um meio de especificação para especificar uma potência de suporte a ser adicionalmente alimentada, um dispositivo de alimentação para alimentar a potência de suporte especificada para o suporte da rede de distribuição elétrica, uma unidade de cálculo para determinar uma quantidade disponível de energia de suporte para a potência de suporte a ser alimentada e a potência de suporte sendo especificada na dependência da quantidade de energia de suporte determinada.
13. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que é preparada para realizar um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

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14. Parque eólico, caracterizado pelo fato de que compreende múltiplas instalações de energia eólica, instalações de energia eólica como definidas na reivindicação

12 ou 13 sendo usadas e/ou um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11 sendo usado.