CN100566069C - 风力发电装置、风力发电场以及运行风力发电场的方法 - Google Patents

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Abstract

一种运行风力发电场的方法，风力发电场包括多个风力发电装置并与一供电网连接，风力发电场产生的电力馈入所述供电网中，所述方法包括以下步骤：根据在所述风力发电场的控制输入端处外部地设置的、处在风力发电场的预定标称输出功率的0至100%的范围内的风力发电场电输出功率，将一相应值设置在整个风力发电场在其输出端所提供的用于馈入所述供电网的电功率的0至100%的范围内，由此风力发电场所输出的功率能够从外部调节；以及当供电网中的电网频率超过或低于一个给定值时，或者当供电网中的电压超过或低于一个给定值时，降低风力发电场输出的电功率，并且根据供电网电压改变馈入所述电网的电流与所述电网电压之间的相位的相位角φ。

Description

风力发电装置、风力发电场以及运行风力发电场的方法
技术领域
本发明涉及一种运行风力发电场的方法，并且还涉及一种这样的风力发电场以及一种风力发电装置。
背景技术
风力发电装置起初总是以各个单元的形式竖立，并且在近年来，也由于行政规则和建筑规则，风力发电装置常常安装成风力发电场。对于风力发电场，其最小的单元具有至少两个风力发电装置的设置，然而往往显著地要多。举例说在Holtiem(东弗里西亚)的风力发电场，在那里50多个风力发电装置构成联合机组。可以预料在未来数年内不论单机数量还是风力发电装置的装机容量将会大大地增长。在最多数情况下在供电网的短路功率低和人口密度低的地区风的潜力最大。精确地说是在风力发电装置很快地达到技术连接极限的地方，导致在这样的地点不再可能进一步地安装风力发电装置。
例如连接到50MW变压器的变电所的常规的风力发电场，其因此只能有最多50MW的总功率，这就是说例如50个风力发电装置各有1MW标称功率。
请记住风力发电装置不是恒定地以标称的方式运行的，因而总的风力发电场也不是恒定地达到其最大功率(标称功率)，可以确定，如果风力发电场的标称功率相应于可以被馈入的最大可能的总功率，风力发电场就不被理想地充分使用。
发明内容
因此本发明提出一种使风力发电场能具有高于最大可能的电网馈入功率的总功率输出的方法。当用于以上指出的例子时功率可以提高到50MW以上的值，例如53MW。当风速足以高到产生50MW的极限功率时根据本发明的风力发电场调节装置就介入，并且当超过总的最大功率时就调低各个装置或者全部装置，其调低的方式为总是要遵从最大功率。这是说当风速超过标称风速(风力发电装置达到其标称功率时的风速)时，至少一个或者所有的装置都以(稍有)调低的功率输出工作(例如在940kW的功率而不是1MW的功率)。
本发明的优势是明显的。整体上馈电网的电网部件(电网部件例如是变压器和电线)可以被理想地充分利用或使其负载以最佳的方式平衡(还可以充分利用直到热学极限)。以此方式，通过建立尽可能最大数量的风力发电装置，可以较好地利用现有的风力发电场区域。其数量不再(如此严重地)受现有电网容量的限制。
为控制/调节风力发电装置，如果风力发电装置具有数据输入是适宜的，借助于/通过所述数据输入可以把电功率设定在0至100％之间(相对于标称功率)。例如，如果把350kW的基准值作为数据输入，那么风力发电装置的最大功率输出将不超过350kW的基准值。任何从0至标称功率(例如从0至1MW)的值都可以是基准值。
该数据输入可以直接地用于功率限制。
然而还可以借助调节器依据电网电压(在风力发电场电网或者馈入电网中)调节发电机功率输出。
另一个重要的功能将下面在风力发电场调节的基础上讨论。例如将假定一个风力发电场含有10个风力发电装置，所述的风力发电装置每个具有600kW的标称功率输出。基于电网部件的容量(线路容量)或者变电站的有限容量还进一步地假设把最大输出功率(极限功率)限制到5200kW。
现在有可能借助于基准值(数据输入)把所有的风力发电装置限制到520kW的最大功率。这使得总能够满足限制要输出的功率的需要。
另一个可能性涉及不允许超过作为所有装置的功率和的最大功率，但是在同时产生最大的能量(千瓦时(功))
在这方面应当认识到，在风力发电场内低至适中的风速时常常会发生，在有利的(良好的)位置(这是在风力发电场内的首先遇到风的位置)风力发电装置得到大量的风。如果现在把所有的风力发电装置同时地下调到其扼流值(例如到520kW)这样产生的功率无可争议地由设置在良好位置的风力发电装置可以得到，而在一些设置在位于良好位置的风力发电装置“背风区”的风力发电装置(在第二和第三排)得到的风较少，结果例如只在460kW功率运行，从而达不到520kW的最大扼流功率。因此风力发电场发出的总功率实质上低于5200kW的极限功率输出。
在这种情况下根据本发明的风力发电场功率调节以设定最大可能的能量产出的方式调节各个装置。这实际意味着第一排(就是说在良好的位置)调节到较高的功率(例如调节到标称功率(没有扼流作用))。从而在风力发电场中的总的电功率提高了。然而机组调节以不超过最大允许电连接功率却在同时产生的功(kWh)达到最大值的方式调节各个装置。
根据本发明的机组管理可以方便地适用于出现的各种情况。因此例如如果风力发电场的个别的一个或者多个装置被(或不得不被)退出电网，如果因保养或其它原因个别的装置或多个装置必须临时地停止，在个别装置的功率方面作用不同的扼流是非常容易的。
对于控制/调节风力发电场或者个别装置可以使用连接到装置的数据输入的数据处理/控制处理设备，并且所述数据处理/控制处理设备从确定的(由每个装置)风速数据确定对个别装置或整个风力发电场最为有利的功率扼流值。
本发明还涉及运行风力发电场的方法，所述的风力发电场具有至少一个风力发电装置，所述的风力发电装置带有可由转子驱动向风力发电装置连接的电网输送电力的发电机。本发明还涉及一种风力发电装置，所述风力发电装置包括一个转子和一台与转子连接的发电机，用于向用户，尤其是电网输送电力。
本发明提供一种用于运行风力发电场的方法，所述风力发电场包括多个风力发电装置，所述风力发电场与一供电网连接，由风力发电场产生的电力馈入进所述供电网中，所述方法包括以下步骤：根据在所述风力发电场的控制输入端处外部地设置的、处在风力发电场的预定标称输出功率的0至100％的范围内的风力发电场电输出功率，将一相应值设置在整个风力发电场在其输出端所提供的用于馈入所述供电网的电功率的0至100％的范围内，由此所述风力发电场所输出的功率能够从外部调节；以及当所述供电网中的电网频率超过或低于一个给定值时，或者当供电网中的电压超过或低于一个给定值时，降低所述风力发电场输出的电功率，并且根据供电网电压改变馈入所述电网的电流与所述电网电压之间的相位的相位角φ。
优选地，当电网的电网频率超过或者低于基准值的3‰时，降低所述风力发电场的馈入功率。进一步优选地，当电网的电网频率超过或者低于基准值的6‰时，降低所述风力发电装置的馈入功率。
优选地，至少在所述供电网的一个预定点处测量电压。
优选地，测取在不同于馈入点的点处的所述电网电压。
优选地，以在所述供电网中的至少一个预定的点处的电压基本上保持不变的方式改变所述相位角φ。
优选地，从预定的特性值得出将为所述相位角φ设定的值。
优选地，直接或间接地实施所述供电网中的切换装置的动作。
优选地，借助相位角φ分开地实现所述供电网的分区域对应电压测量和控制。
本发明还提供一种用于实施上述方法的风力发电场，所述风力发电场包括至少一个风力发电装置，所述风力发电装置带有一个转子和一个与所述转子连接的发电机，用于输送电力，其中，所述风力发电场连接至所述风力发电场所产生的电功率所馈入至的所述供电网，所述风力发电场进一步包括：控制输入端，用于将所述电功率设置为在所述风力发电场的标称输出功率的0和100％之间的范围内是可得的；数据处理设备，其连接至所述控制输入端，所述数据处理设备构造为：根据外部设置的可得的电功率，将相应值设置在整个风力发电场在其输出端所提供的用于馈入所述供电网的功率的0至100％的范围内；以及带有用于测量施加至所述供电网的电流频率的频率计的控制装置；其中由所述风力发电场所输出的电功率能够借助于所述控制输入端而从外部调节；其中当所述供电网中的电网频率中的至少一个超过或低于一个给定值及所述供电网中的电压超过或低于一个给定值时，降低所述风力发电场输出的电功率，以及根据所述电网电压改变馈入所述电网的电流与所述电网电压间的相位的相位角φ。
优选地，所述风力发电场的其标称功率大于能够馈入与所述风力发电场连接的所述供电网的功率。
优选地，所述控制装置构造为在达到最大可能的电网馈入功率值时扼制所述风力发电场的至少一个风力发电装置的功率。
优选地，所述的功率扼制对于所有的风力发电装置具有相同或者不同的幅度。
优选地，由所述至少一个风力发电装置输出的功率限制为最大可能电网馈入值，所述最大可能电网馈入值低于所述风力发电场的标称值；并且其中通过电能所馈入的供电网的接收容量和/或通过功率传输单元或者通过电力传输单元或变压器的功率容量来确定所述的最大可能的馈入值，风力发电装置产生的电能借助于所述电力传输单元或变压器而馈入所述供电网中。
优选地，在风力发电场内部首先接触风的风力发电装置，在其功率方面，比在沿风向处于上述风力发电装置后面的风力发电装置限制得少。
优选地，所述控制装置包括一个微处理器。
优选地，所述风力发电装置的机械功率通过设置在风中的可调节的转子叶片产生。
优选地，控制装置构造为：如果电网频率相对于基准值超出或者下降一个预先设定的量时，所述风力发电场停止向所述供电网输送功率。
优选地，控制装置构造为：如果电网频率相对于基准值超出或者下降基准值的2％的量时，所述风力发电场停止向所述供电网输送功率。
优选地，所述风力发电场由至少两个部分构成，其中每个部分包括至少一个风力发电装置和用于实施上述方法的设备，其中所述设备对于所述风力发电场的所述至少两个部分中的每一个包括相应的电压测量装置，从而各部分是可独立调节的。
优选地，所述控制装置构造用于在所述供电网中电压值降低到所述所述标称电网电压值的70％到90％之间的情况下，在预定的超过1秒的时间内将所述风力发电场与所述供电网分开。
优选地，所述风力发电场的输出功率提高或者降低限制在每分钟内所述风力发电场至所述供电网的连接容量的5-15％之间。
本发明还提供一种风力发电装置，所述风力发电装置具有用于实施上述方法的设备。
在小功率电(岛屿)网的情况下，如果相对大的用户从电网上分隔开时，电网频率非常快速地(突然地)上升。有时需要驱动机器例如柴油机、水轮机等等降低其(机械和电的)功率。在这样的时期这些发电机产生的能量大于从电网获得的能量。这时消耗能量以加速发电机。这意味着转速上升并且从而电网频率也上升。
许多连接在电网上的电气装置，例如计算机、电动机等等，却不是为起伏的电网频率或其中的突然改变而设计的，起伏的电网频率或其中的突然改变可导致电机的损坏或者以至于毁坏。
本发明的目的是当把风力发电装置(风力发电场)连接到电网上时排除上述的问题。
根据本发明提出，如果风力发电装置要运行在这样的小功率电网上时，其(机械功率和)电力要依据电网频率控制。这是旨在防止电网频率的进一步上升或者说使电网频率降低。
附图说明
图1为电路方框图，示出借助于连接到变频器装置(PWR)的微处理器的一台风力发电装置的控制，借助于该控制可以把多相交流电馈入进供电网；
图2示出风力发电场的原理，所述的风力发电场包括三个风力发电装置；
图3示出风力发电装置的频率/功率时间图线；
图4示出风力发电装置的侧视图；
图5示出风力发电装置的变频器的电路方框图，所述的变频器用微处理器控制；
图6示出风力发电装置的调节设备；
图7示出风力发电装置连接到电网上；
图8是相对图5的另一视图；
图9是风力发电装置向电网馈电的简化图示；
图10示出根据本发明用于运行风力发电装置的调节装置；
图11示出电网电压和相位角之间的关系；
图12示出图10中所示的调节装置的基本部件；以及
图13示出多个风力发电装置视电网的情况共同调节或分开调节的简化示图。
具体实施方式
图1为电路方框图，示出借助于连接到变频器装置(PWR)的微处理器μP的一台风力发电装置的控制，借助于该控制可以把多相交流电馈入进供电网。所述微处理器具有一个功率输入端P、一个用于输入功率因数(cos phi)的输入端和一个用于输入功率梯度(dp/dt)的输入端。
包含一个整流器，一个整流器中间电路和一个变频器的变频器装置连接到风力发电装置的发电机上，并且从该发电机，转速可变地，也就是说，与风力发电装置的转子的转速无关地，得到由发电机产生的能量。
图中所示的设计起阐述的作用，说明由风力发电装置输出的功率可以如何在其量上限制到最大可能的电网馈入值。
图2示出风力发电场的原理，所述的风力发电场包括例如三个风力发电装置a、b、c，沿风向观察，两个风力发电装置以并排的关系布置，而第三个安置在前两个之后。由于每个单个的风力发电装置具有功率输入端用于设定相应的装置(图1)的功率，各个风力发电装置的功率水平可以借助于一个数据处理装置设定到所希望的值，借助于所述的数据处理装置控制整个风力发电场。在图2中风力发电装置的有利位置是首先遭遇风的位置，也就是说装置a和b。
图3示出对风力发电装置(或者风力发电场)的要求以依据电网的频率f降低其输出功率P。在此情况下100％的值代表电网的基准频率或目标频率(50Hz、60Hz)。100.6％和102％分别地相应高于电网频率f值。
例如在电网频率上升0.6％(就是说达100.6％)时，还不调低风力发电装置的(风力发电场的)电功率。如果此后电网频率再进一步上升，这时就调低风力发电装置的电功率。在图示的例子中当电网频率上升至102％时风力发电装置的电功率降低到零功率。
图5示出一个满足该要求的风力发电装置的实施形式。风力发电装置具有可调节的转子叶片(转子叶片的节距调节)从而可以降低风力发电装置的机械功率。例如如果调节转子叶片相对于风的切角，也可以把作用在转子桨叶上的力降低到所希望的值。从连接到承载转子叶片的转子上的发电机(未示)发出的交流电借助一个整流器②整流并且借助于一个电容器③滤波。变频器④然后把直流电压逆变成交流电输送进电网L1、L2、L3。输出电流的频率由电网预先确定。包含一个微处理器的调节设备⑤测量电网频率并且以使输出频率相应于电网电压(电网频率)的方式控制变频器的功率开关。如前所述，如果电网频率上升，就调低电力，如图3所示。
图6示出根据本发明的调节设备。图中示出的风力发电装置的转子4连接到发电机G，所述发电机G提供取决于风速并且从而取决于风的动力的电功率。由发电机G产生的交流电压借助于变频器首先整流，然后转变成具有与电网频率相应的频率的交流电压。再借助于电网频率检测器测定电网馈入点的电网电压。参见图3，只要电网频率一超过预定的值，就降低电功率输出以抵制电网频率的进一步上升。因此，借助于调节装置，电网的电网频率被控制到所希望的电网频率值，或至少避免进一步的上升。
以调节风力发电装置输出的功率的方式调节馈电使之可能避免或者显著地降低电网频率起伏。
图7示出把风力发电装置连接到电网上，其中风力发电装置产生的电功率在电网馈入点输送进电网中。多个用户连接到电网上，所述多个用户在图示的例中简化地用房屋示出。
图8示出与图5所示有些不同的控制调节装置的基本部件。控制和调节装置具有一个整流器，用其把发电机发出的交流电压整流。一个连接到整流器的频率转换器把首先在中间电路中整流出的直流电压转换成交流电压，转换出的交流电压以L1、L2、L3方式的三相交流电压的形式馈入电网中。转换器的频率通过微电脑控制，所述的微电脑是总的调节装置的一部分。为此目的，微处理器与频率转换器连接。调节电路用的输入参数是当前的盛行电网电压、电网频率f、发电机电功率P、无功功率系数cos-，以及功率梯度dp/dt，用其把风力发电装置2提供的电功率馈入电网。微处理器包含根据本发明对于以其所希望的频率馈入的电压的调节。
本发明还涉及运行风力发电场的方法，所述的风力发电场包括至少一个风力发电装置，所述风力发电装置具有由转子驱动的发电机，用于向电网或者特别是向连接于其上的用户输送电功率。
本发明还涉及一种风力发电装置(风力发电场)，尤其是用于实施所述的方法，所述风力发电装置包含一个转子和一个连接到转子上的发电机，用于向电网输送电功率，并且一个风力发电场具有至少两个风力发电装置。
在公知的用于从风能产生电能的风力发电装置中，发电机以并联的方式与电气用户，常常是电网，一起运行。在风力发电装置运行的过程中发电机产生的有效电功率可取决于当前地盛行风速而变化。这样的结果是也可以取决于当前地盛行风速而变化，例如在馈入点，改变电网电压(幅度和/或相位)。这对于要馈入的电流也适用。
在把产生的电功率馈入电网的情况下，例如公共供电线路，电网电压中可能由此发生起伏。然而这样的起伏只在非常严格的限度内允许，以便于所连接的用户安全地运行。
对在供电电网中的电网电压方面的基准值相对大的偏差，尤其在中等电压，可以通过例如在所述值超过或者低于预定的极限值时启动步进变压器之类的切换装置进行补偿。以此方式使电网电压在预定的容差限度之内基本上保持恒定。
本发明的目的是提供一种运行风力发电装置的方法，以及一种风力发电装置或者风力发电场，与没有风力发电装置的情况相比，它们即使在起伏的输出功率时也能够降低或者至少不显著地增加不希望的在网络中预定的点的电压起伏。
在本说明书前序部分所述的方法中，本发明(权利要求15)通过依据在至少一个在网络中检取电压改变风力发电装置提供的电力的相位角φ实现所述的目的。
在本说明书前序部分所述的风力发电装置中，用能够实施根据本发明的方法的装置实现所述目的。
在本说明书前序部分所述的风力发电场中，所述的目的通过至少一个能够实施本发明的方法的相应的装置，和用于风组机对每个可独立调节的部分的相应电压检测装置实现。
通过依据用户或者电网的电压而改变输出功率的相位角，本发明避免施加在用户上的电压的不希望的起伏，尤其是电网中的电压的起伏。由此补偿了风力发电装置输出的有效功率和/或用户从电网提取的功率的改变引起的不希望的电压起伏。
在一个特别优选地特征中以这样的方式改变相位角：使得在至少一个电网中的预定的点上电压基本上保持恒定。在这种情况下为了获得所需要的调节参数，检取网络中至少一点的电压。
特别地所述的点可以不是馈入点。通过检测风力发电装置输送的电功率的电压幅度和相位角中的适当变化可以提供快速反应的和有效的调节系统。
在一个特别地优选的实施形式中，要为相位角设定的值从预定的特性值推衍出。这些特性值优选地可以用表的形式提供，其中把以前测定的特性曲线簇以离散的值的形式表示，这使之可以推导出要设定的相位角。
在本发明的一个优选的扩展中，如果电压起伏超过预定的极限值，可以直接或间接地进行调节，调节系统通过致动电网中的切换装置，例如步进变压器，可以把电压重新调节进容差的范围内。在同时或者与之相关地在预定的时期把相位角设定到一个恒定的值-优选地是平均值，例如是零，以通过相位角的适当改变，能够重新补偿后续发生的电压起伏，
在本发明的一个特别优选的扩展中，适当的电压检测过程和相位角方面的设定操作还可以独立地在电网的电气分开的分区域中进行，以便以每个分区域中的电压保持基本上恒定的方式调节每个部分。
根据本发明的另一个风力发电装置的扩展，有利地提供一种具有微处理器的调节装置，以这种方式能够实施数字调节。
一种前序部分所述风力发电场的优选的扩展，其中有一个实施根据本发明的方法的相应装置和用于风力发电场的每个独立地可调节的部分的电压检测装置，从而电网的电气上分开的分区域也可以通过使在电网的每个分区域中的电压都保持基本上恒定的方式单独调节。
下面参照附图借助于运行风力发电装置的方法的实施形式说明本发明。在附图中：
图9是风力发电装置向电网馈电的简化图示，
图10示出根据本发明用于运行风力发电装置的调节装置，
图11示出电网电压和相位角之间的关系，
图12示出图10中所示的调节装置的基本部件，而
图13示出多个风力发电装置视电网的情况共同调节或分开调节的简化示图。
一台如图9所示的具有一个转子4的风力发电装置2，其连接到电网6上，所述的电网6例如可以是公共供电网。若干用户8连接到该电网。风力发电装置2的发电机(图9中未示出的)与一个电气控制和调节设备10连接，所述的电气控制和调节设备10首先把发电机中产生的交流电整流，并且然后再把它变换成与电网频率相应的频率的交流电流。所述的控制和调节设备10具有一个根据本发明的调节设备。
在电网6的任意点22都可以设有电压检测装置22，该电压检测装置测量(除了包括相位以外)特别是电网电压的幅度并且把测量的值反馈到调节设备10作为适当的调节参数。
图10示出根据本发明的调节设备。示意示出的转子4连接到发电机12上，所述的发电机12产生可取决于风速的电功率。发电机12中产生的交流电压可以首先被整流并且然后转换成有相应于电网频率的频率的交流电压。
电网电压借助于电压检测器(未示)在电网6的位置22处测量。取决于已确认的电网电压，可借助于图6中所示的微处理器，计算出最佳的相位角φ。然后借助于调节装置把电网电压U调节到所希望的值Uref。
通过改变相位角调节发电机12向电网输送的电功率。
图11中示出电网电压与相位角之间的关系。如果电压偏离其在电压值Umin与Umax之间的基准值Uref，那么相应于图中的特性曲线，就以这样的方式改变相位角φ：依据偏离的信号，把或电抗性或电容性的无功功率馈入进电网中，以便以此方式在电压检测点稳定电压(图9中的22处)。
图12示出图9所示的控制和调节设备10的基本部件。控制和调节设备10具有一个整流器16，用其整流发电机产生的交流电流。一个连接到整流器16上的变频器18将初始整流的直流电变换成经过相线L1、L2、L3馈入电网6的三相交流电。
变频器18借助于总调节装置的一部分的微处理器20控制。为此目的微处理器20与变频器18连接。微处理器20的输入参数是当前地盛行电网电压U、发电机的电力P、电网电压基准值Uref和功率梯度dP/dt。在微处理器中进行根据本发明要馈入的功率中的改变。
图13示出两个风力发电装置2，作为一个风力发电场的例子。调节设备10与当然还可以象征地代表相应多个风力发电装置的那些风力发电装置2的每个相关联。调节设备10在电网6、7中的预定的点22、27检测电压并且通过线路25、26把检测的电压输送到相应地关联的调节设备10。
通过一个切换装置23可以把电网的分区域6、7连接在一起或者相互分开。与切换装置23并联地设有切换装置24，根据切换装置的切换条件，所述的切换装置24使两个调节设备10可连接在一起或者相互分开。
如果电网的两个分区域6、7连接在一起，那么两个调节设备10也连接在一起，从而可以把整个电网考虑成一个单元，并且由作为一个整体的风力发电场供电，其中根据检测点22、27处的电压，以单元的方式再调节风力发电场。
如果电网的两个分区域6、7通过切换装置23分开，调节设备10也被相互地分开，分开的方式是风力发电场的一部分用调节设备10通过线路25在检测点22监测，并且可以相应地调节风力发电场的关联部分，而电网7的另一部分借助于调节设备10通过线路26在检测点27监测，相应地调节风力发电场的中所述的另一个部分，以稳定电网中的分区域7中的电压。
可以理解，这种划分不必限制为两个分区域。此划分可以用于将一个单个的装置与一个电网的分区域联合。
根据本发明，风力发电场的中央调节部分实质上旨在风力发电场不仅向公共供电网馈送电能，并且还在同时以支持电网的方式被控制，优选地由公共电网(电力设施)的营运商进行控制。在本申请中所述的风力发电场参考的范围内，这就是要指得是一个单个的风力发电装置而不总是多个风力发电装置，在这方面优选地总是多个风力发电装置构成一个风力发电场。
对于根据本发明的风力发电场的中心控制，公共供电电网的营运商不仅通过适当的通到风力发电装置/风力发电场的控制线(总线系统)具有控制通道，而且还从风力发电场/风力发电装置接收数据，譬如测量的风力数据、关于风力发电场的状态的数据，还有例如关于风力发电场的可提供的功率(当前盛行功率)(有效功率)的数据。
这样的中心控制例如还意味着在一定的情况下风力发电场完全地从电网脱开，例如不能够在风力发电场的部分上遵守由公共电网(电力设施)营运商事先制定的电网连接规则时。
例如如果电网电压落在给定的值以下，例如电网电压的70到90％之间的值时，必须在预定的时间内，例如两到六秒之间，把风力发电场与电网分开。
最后要注意，风力发电场的功率改变(dP)不仅通过风预定，还在整个给定的时间间隔中改变。因此功率参数还要参照功率梯度，并且说明在预定的时间内(例如每分钟)允许改变多少百分比的可提供的功率。从而例如可以提出，风力发电场的功率梯度可以在每分钟内最多在电网连接容量的5至15％之间，优选地在10％。
风力发电场的这种调节例如可以这样地进行：风力发电场的所有的风力发电装置同时地或均匀地按照预定的功率梯度增加功率输出。可以理解，可选择地，可设想在例如10至20个之间的风力发电装置的风力发电场的情况下，首先一或者两个装置(按照功率梯度的幅度相应数量级)一开始地以全功率向电网馈电，然后根据相应地预定的功率梯度在预定的时间内切入其它的装置，直到风力发电场的所有可提供的功率都可以馈入电网中。
根据本发明的风力发电场另一个方面是提供当前可以提供的风力发电场的功率的一定百分比，例如10％，的后备功率，或者是固定值，例如每风力发电场500kW和1MW之间或以上的值的后备功率。该后备功率不要与超过风力发电场的电网连接功率的机组功率混淆。后备功率决定性地涉及不超过电网连接功率范围的功率后备(这涉及有功功率及无功功率)。该后备功率可以由公共供电网的营运商规定。这就是说，如果可得到足够的风从风力发电场把电网连接功率馈入电网，电力设施，可以借助于规定的控制介入风力发电场，使得理论上可能达到的功率不是完全地馈送进电网，而是把功率的一部分用作后备功率。这种后备功率的一个特定的方面是，在发电站功率发生意外故障的情况下(在其它的把功率馈送进电网的位置)，可以通过调出相应的后备功率稳定电网。
因此，用上面指出的风力发电场的中心控制，在正常的情况下馈送进电网的功率少于风力发电场所能够提供的功率(最大可得到功率)，这取决于电网中的相应功率要求。
为了能够进行上述的功率控制程序，电网的营运商还需要规定数据，譬如风速、风力发电场的安装状态(有多少装置在运行，有多少退出运行或者损坏)，并且优选地还有最大可能的有功功率输送。在此，对于最大可能的有功功率输出成立这样地限制：只有在不能够从风速和安装状态确定数据时，才须要把最大可能的功率输出作为数据提供。
为了控制风力发电场和为电力设施提供数据可以考虑采用普通的总线系统，例如还可以采用标准化的总线系统。已经有了标准化的接口用于这样的标准化总线系统，例如Profibus系统，从而还可以借助于适当地标准化的控制指令实施中心风力发电场控制。
补充于以上说明，按照先前设计的功率，就是说以50MW以上的总功率输出时，风力发电场也可看作是大型的发电站，并且必须满足大型发电站的条件。
最后还可以提出把机组调节得使之不超过电网连接值(电网连接容量)。
最后在切换进/切入风力发电场时还必须提出不发生不希望的电网反作用。例如在切换进/切入风力发电场时，电流在相应于连接容量的标称电流方面可不高于预定的值。这样的值例如可以在1.0至1.4之间。
如前所述，应当提出，如果在公共供电电网中频率例如从50.25Hz(50Hz的标称频率)上升时，风力发电场输送的有功功率自动的降低到电网频率重新稳定在上述的值。
因此风机还必须总是能够以降低了的功率输出运行，以能够遵守电网的要求。这种功率调节还意味着可以在任何运行条件下和从任何运行点把功率输送(特别是有功功率)降低到任意的所希望的值。
从而例如如果存在安全可靠的系统运行方面的风险、瓶颈或者上游布置的电网中过载的风险等要应对时，存在岛屿电网形成的风险时，危及静态或动态稳定性时，频率上升可危及整个网络系统时，以及例如在电力设施进行维修或者其它地由运行决定的停运时，可以实现馈入功率的限制在可提供的馈入功率以下。
除了已经说明了的并且在需要时必须设定的有功功率输出之外，还必须能够提供给定的无功功率，在这种情况下还必须可以通过电力设施按所希望地设定，更具体地既在电感性的也在电容性的范围内，也就是说在欠励磁及过励磁，相应的值可按照电力设施的目的预先设定。
由此，可以可变地设定关于无功功率准备的基准值，其中基准值的预先设定在电网连接节点对功率因数(cos phi)或电压幅度进行。还可以预先确定固定的基准值。
如以前已经说明地，如果电网中的频率值超过/低于一定的水平就降低输出功率和/或把风力发电场完全地从网络中取开。从而例如在电网落在约48Hz(伴有50Hz的电网频率)以下或者在51至52Hz的频率就可以从电网中退出风力发电场。在低于预定的范围值时，还可以在该范围的限度内只把当前可提供的功率的一部分馈入电网中，例如当前可提供的功率的约80和95％之间。
例如如果电网电压还要落在预定的值以下，如偏离电网频率的情况同样地也适用于此。换言之，如果电压按给定的电压低于或者超过预定的电网电压时，首先降低功率输送，然后当电网电压低于或者超过给定的极限值时，所述的装置完全地脱开电网或者至少馈入电网的功率设定在零。
最后还可以提出，当达到给定的电网电压和/或电网频率值时，经过试验证明实现风力发电场的关闭，而不在事先降低功率输出。
然而这也同时意味着给定的频率偏离/电压偏离在电网频率/电网电压的预定的范围内之内时，不允许自动地把风力发电场从电网分开。
最后，为了电网保护的目的，还可以提出，当电压超过时关闭时间显著地短于(例如50至200毫秒)电压降低的保护的情况(1秒以上的关闭时间，优选地在2至6秒之间)。当较高频率或者较低频率的值超过或者低于预定的、还刚好可接受的极限值时，关闭时间大约地在电压超过(在预定的电压值以上)时的关闭时间的范围内。
最后在电网故障的事件中，例如在短路的情况下，不应当总是直接地自动进行风力发电场从电网上的分离，而是可以以取决于相应的电网连接，还馈送进电网一个对于短路功率的部分作为视在功率的方式进行控制，以便以这样的方式还能够在一定的程度上提供电网支持。这意味着，至少在短路持续时间的一定的时间但是最多只有数秒钟，风力发电场必须输送尽可能高的视在电流(视在功率)，然而这相应于例如1或达1.5倍的相应于电网连接容量的电流。
上述的行为还可以取决于标称电压的电平大小进行，例如如果它超过例如50kV以上的预定值。
为了能够及时地进行上述的关闭过程，例如为其实现在电网连接节点安装保护继电器(远程保护继电器)。
最后还应当提供手段，所述手段在起动风力发电场后，把电网中的电压与风力发电场的电压同步，因为当风力发电场再次起动时，异步电压会敏感地干扰电网并且可以使其关闭。
在根据本发明的范围内把功率调节在由风力发电场当前可提供的功率值以下，这可以通过各种措施实施。
从而例如可以总体上对每个个别的装置降低功率，从而整个风力发电场采取所希望的降低的值。然而作为可选择的还可以提出，只降低个别装置的功率馈入值，从而使风力发电场的总的馈入功率值重新采取所希望的值。
最后还可以提出，例如通过风力发电场能够提供的给定的功率输入进中间存储器于所谓的缓冲负荷(电阻器)或者其它储能装置中，或者转换成其它形式的能量，从而风机的馈入值采取所希望的值。
功率输出的降低还可以通过把一个风力发电装置或者给定的风力发电装置全部地从电网取出提供，从而可以再次地把风力发电场的总功率(尤其是其有功功率)设定到所希望的值和/或降到所希望的值以下。
对于风力发电场的方面的数据(风的数据、状态数据、功率数据等等)或者为控制风力发电场的数据的数据传输，还可提供无线通信设置，从而可以无线地传输和处理控制数据或者信息数据。
在上述的风力发电场调节的情况中，还可以提出，在机组内还测量可以提供作为最大能量的值，并且还测定多大量的能量馈入进电网中，从而，取基本上由于在电力设施方的风力发电场的控制产生的差值量，如果需要补偿时可以计算馈入补偿量。
如已经说明地，出于各种原因(电网保护，伺服功率)，不仅运行供电电网的电力设施可以具有通过控制线路介入限制风力发电场或者个别风力发电装置的功率输出的可能性，而且同时，公共电网的营运商也可能得到关于风力发电场的状态的数据，例如关于最大可提供功率、风速等等的数据。当功率限制在当前可得到的功率以下时，风力发电场或者风力发电场的风力发电装置没有得到最佳的使用，这导致在风力发电装置营运商方面的馈入损耗。因此在此本发明还提议提供虚拟的电流计，所述的虚拟的电流计检测没有通过供电方进入调节系统的介入而取走的与风力发电场或风力发电装置功率输出的限制的差额。这样的“虚拟的电流计”一方面可以从风速和可提供的功率得出，并且另一方面如果同时供电企业或者其他人等下调单个风力发电装置或者整个风力发电场的功率到可提供的功率输出以下时，可以通过一个整合作业测取(计算)没有馈入到电网中的能量。通过所述的虚拟电流计使风力发电装置的营运商因为“虚拟电流”，也就是由于供电调节的介入而没有馈入的电流而得到报偿。“虚拟电流计”既可以由风力发电装置的营运商安装在风力发电场本身的风力发电装置内，也可以由供电企业或者由风力发电装置的制造商安装。
在本申请的范围内使用风力发电装置的概念，其与风力发电场的概念是同义词。在本申请中说明的各个发明方面可以与风力发电装置及其控制一起实现。然而还有可能，根据本发明的不同方面可以单独地无本发明其它方面实现并且要求受到保护，即使在本申请中各种发明方面一般地一起进行描述。本领域内普通技术人员可以清楚本发明不同的方面还可以有不同的实现与保护，并且其共同的说明并不意味着它们总是一起实现并一起受到保护。

Claims (23)

1.一种用于运行风力发电场的方法，所述风力发电场包括多个风力发电装置，所述风力发电场与一供电网连接，由风力发电场产生的电力馈入进所述供电网中，所述方法包括以下步骤：
根据在所述风力发电场的控制输入端处外部地设置的、处在风力发电场的预定标称输出功率的0至100％的范围内的风力发电场电输出功率，将一相应值设置在整个风力发电场在其输出端所提供的用于馈入所述供电网的电功率的0至100％的范围内，由此所述风力发电场所输出的功率能够从外部调节；以及
当所述供电网中的电网频率超过或低于一个给定值时，或者当供电网中的电压超过或低于一个给定值时，降低所述风力发电场输出的电功率，并且
根据供电网电压改变馈入所述电网的电流与所述电网电压之间的相位的相位角φ。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，当电网的电网频率超过或者低于基准值的3‰时，降低所述风力发电场的馈入功率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，当电网的电网频率超过或者低于基准值的6‰时，降低所述风力发电装置的馈入功率。
4.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
至少在所述供电网的一个预定点(22、27)处测量电压。
5.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
测取在不同于馈入点的点(22、27)处的所述电网电压。
6.如权利要求4或5所述的方法，进一步包括：
以在所述供电网中的至少一个预定的点(22、27)处的电压保持不变的方式改变所述相位角φ。
7.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：从预定的特性值得出将为所述相位角φ设定的值。
8.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
直接或间接地实施所述供电网中的切换装置的动作。
9.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
借助相位角φ分开地实现所述供电网(6、7)的分区域对应电压测量和控制。
10.一种用于实施如权利要求1-9中任一项所述方法的风力发电场，所述风力发电场包括至少一个风力发电装置，所述风力发电装置带有一个转子和一个与所述转子连接的发电机，用于输送电力，其中，所述风力发电场连接至所述风力发电场所产生的电功率所馈入至的所述供电网，所述风力发电场进一步包括：
控制输入端，用于能够实现将所述电功率设置为在所述风力发电场的标称输出功率的0和100％之间的范围内；
数据处理设备，其连接至所述控制输入端，所述数据处理设备构造为：根据外部设置的能够实现的电功率，将相应值设置在整个风力发电场在其输出端所提供的用于馈入所述供电网的功率的0至100％的范围内；以及
带有用于测量施加至所述供电网的电流频率的频率计的控制装置；
其中由所述风力发电场所输出的电功率能够借助于所述控制输入端而从外部调节；
其中当所述供电网中的电网频率超过或低于一个给定值及所述供电网中的电压超过或低于一个给定值中的至少一种情况时，降低所述风力发电场输出的电功率，以及
根据所述电网电压改变馈入所述电网的电流及所述电网电压间的相位的相位角φ。
11.如权利要求10所述的风力发电场，其标称功率大于能够馈入与所述风力发电场连接的所述供电网的功率。
12.如权利要求11所述的风力发电场，其中，所述控制装置构造为在达到最大可能的电网馈入功率值时扼制所述风力发电场的至少一个风力发电装置的功率。
13.如权利要求12所述的风力发电场，其中，所述的功率扼制对于所有的风力发电装置具有相同或者不同的幅度。
14.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，由所述至少一个风力发电装置输出的功率限制为最大可能电网馈入值，所述最大可能电网馈入值低于所述风力发电场的标称值；并且
其中通过电能所馈入的供电网的接收容量和/或通过功率传输单元或者通过电力传输单元或变压器的功率容量来确定所述的最大可能的馈入值，风力发电装置产生的电能借助于所述电力传输单元或变压器而馈入所述供电网中。
15.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，在风力发电场内部首先接触风的风力发电装置，在其功率方面，比在沿风向处于上述风力发电装置后面的风力发电装置限制得少。
16.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，所述控制装置包括一个微处理器。
17.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，所述风力发电装置的机械功率通过设置在风中的可调节的转子叶片产生。
18.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，控制装置构造为：如果电网频率相对于基准值超出或者下降一个预先设定的量时，所述风力发电场停止向所述供电网输送功率。
19.如权利要求18所述的风力发电场，其中，控制装置构造为：如果电网频率相对于基准值超出或者下降基准值的2％的量时，所述风力发电场停止向所述供电网输送功率。
20.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中所述风力发电场由至少两个部分构成，其中每个部分包括至少一个风力发电装置和用于实施如权利要求1-8中任一项所述方法的设备(10)，其中所述设备(10)对于所述风力发电场的所述至少两个部分中的每一个包括相应的电压测量装置(22、27)，从而各部分是可独立调节的。
21.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，所述控制装置构造用于在所述供电网中电压值降低到所述所述标称电网电压值的70％到90％之间的情况下，在预定的超过1秒的时间内将所述风力发电场与所述供电网分开。
22.如权利要求10-13中任一项所述的风力发电场，其中，所述风力发电场的输出功率提高或者降低限制在每分钟内所述风力发电场至所述供电网的连接容量的5-15％之间。
23.一种风力发电装置，其特征在于，具有用于实施如权利要求1-9中任一项所述方法的设备(10)。
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