CN101689825A - 在电网过电压情况下风能设备的工作方法 - Google Patents

在电网过电压情况下风能设备的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于使得风能设备(15－19)工作的方法，风能设备具有被转子(25－29)驱动的电的发电机(30)，该发电机用于将电功率输出至规定了电网电压的电网(31)，其中在电网(31)中出现过电压时，将风能设备(15－19)的无功功率馈入到电网(31)中，以便使得电压下降。本发明还涉及一种风能设备(15－19)，其具有被转子驱动的电的发电机(30)，该发电机用于将电功率输出至电网(31)，其中在电网中出现过电压时，将风能设备(15－19)的无功功率馈入到电网(31)中，以便降低电压。本发明的方法的特征在于，监视是否在可预先给定的时间内电压下降到可预先给定的给定值，和/或是否输出了大于或等于可预先给定的无功电流给定值的无功电流。本发明的风能设备的特征在于，设有监视装置(50、51)，该监视装置被设计用于监视是否在可预先给定的时间内电压下降到了可预先给定的给定值，和/或是否输出了大于或等于可预先给定的无功电流给定值的无功电流。

Description

在电网过电压情况下风能设备的工作方法
本发明涉及一种风能设备的工作方法，该风能设备具有被转子驱动的发电机，发电机用于将电功率输出给预先规定了电网电压的电网，其中在电网中出现过电压时，将风能设备的无功功率馈入到电网中，以便降低电压。
本发明还涉及一种风能设备，其具有被转子驱动的发电机，发电机用于将电功率输出给电网，其中在电网中出现过电压时，可将风能设备的无功功率馈入到电网中，以便降低电压。
由DE 10 2004 048 339 A1已知一种风能设备，其具有转子和被转子驱动的发电机，发电机带有逆变器和控制装置，逆变器通过逻辑连接点将电能馈入到电网中，其中控制装置具有逆变器控制机构。在此规定，控制装置具有用于有待输出的电压的给定值的输入接头，其中设有附加控制器，在该附加控制器的输入端上施加给定电压，而在该附加控制器的输出端上输出无功功率给定值，并施加到逆变器控制机构上，其中附加控制器被设计用于：从给定电压的信号计算出无功功率给定值；借助传感器来检测风能设备的实际输出电压；并在与给定电压比较之后修正无功功率给定值。在这种情况下，对所希望的功率系数的调节因而与电压稳定情况(Spannungshal teverfahren)逻辑相关。这可以实现充分利用风能设备的无功功率分量，而不会由于电压上升过高而造成损坏。这种调节还有如下优点：能够使得风能设备在脉冲式的暂态电压情况下抗干扰。
由EP 1 386 078 B1已知一种风能设备及其工作方法，其中风能设备的无功功率被馈入到电网中，且该无功功率通过相角Φ预先给定，相角Φ描述了在馈入的电功率的电流和电压之间的角度，相角因而决定了由风能设备输出的功率的无功功率分量，其中相角Φ的变化取决于至少一个在电网中测得的电压的大小，其中在电网电压处于预定的下给定值和预定的上给定值之间期间相角Φ不变，其中下电压值小于给定电压值，而预定的上电压值大于预定的给定电压值，其中在超过预定的上电压值或者低于预定的下电压值情况下，相角大小随着继续上升或下降的电压而增大。
本发明的目的是，提出一种用于使得风能设备工作的可靠的方法，该方法规定，在电网中比通常情况较晚地出现过电压时，使得风能设备与电网分离，其中风能设备的电子技术的或电的部件得到了有效的保护。
该目的通过一种用于使得风能设备工作的方法得以实现，该风能设备具有被转子驱动的电的发电机，发电机用于将电功率输出至规定了电网电压的电网，其中当在电网中出现过电压时，将风能设备的无功功率馈入到电网中，以便使得电压下降，其中监视是否在可预定的时间内电压下降到可预定的给定值，和/或输出大于或等于可预定的无功电流给定值的无功电流。
电压是在风能设备或风能设备发电场和电网的逻辑连接点与风能设备例如吊厢(Gondel)中的风能设备发电机之间的电压。电压优选是风能设备或风能设备发电场的变压器的低压侧的电压。
优选在超过可预先给定的过电压范围时才将无功功率馈入到电网中。风能设备或风能设备发电场的电部件或机组通常如下设计：其即使在较长的时间内也能毫无损害地超过过电压一定的范围，例如超过过电压10％，即为电网电压的110％。因而可以根据是否超过了相应的过电压范围来监视：电压是否下降到可预先给定的给定值，或者是否输出了大于或等于可预先给定的无功电流给定值的相应的无功电流。例如可以当存在20％的过电压长达多于20ms时到达临界超过。原则上，例如可以当达到临界超过时，如达到额定电压的110％时开始监视。也可以根据时间来开始监视。
优选当尚未达到可预先给定的电压给定值和/或可预先给定的无功电流给定值时就触发用于使得风能设备与电网分离的信号，以便由此保护风能设备或风能设备发电场的电部件免于损坏。因而通过本发明将实现一种方法和一种风能设备，该风能设备利用用于渡越暂时的过电压的调节，该调节也称为“高压渡越”(Right Through)。由此减小风能设备或风能设备发电场的部件的电压负载。采用本发明的方法特别是可以使得风能设备或风能设备发电场长久的保持在电网上，并确保保护所有部件免遭过电压。此外只需对部件进行成本低廉的略微的适配调节。
优选设定可预先给定的电压给定值关于时间的第一极限函数和/或可预先给定的感应的无功电流给定值关于时间的第二极限函数。因而不仅可以设定一个电压给定值，而且可以设定多个能随时间改变的电压给定值或无功电流给定值。因此例如风能设备的电部件能够在一定的时间内承受住相对高的过电压，但然后必须大大地降低过电压，以避免损坏这些部件。出于这个原因，于是可以随着时间来改变电压给定值。
优选在电压保持在第一极限函数以下和/或无功电流保持在第二极限函数以上期间不触发用于使得风能设备与电网分离的信号。
还优选设有电压调节机构和/或无功电流调节机构，从而可以实现对给定值的相对快速的调节。为此例如可以采用PID调节或PD调节，以便实现快速的调节。替代地，也可以在PID调节中设定较小的感应分量。
特别优选的是，使得风能设备与电网分离的信号的触发时刻取决于分离开关的反应时间，以便在到达风能设备的或风能设备发电场的部件的临界状态之前足够及时地实现与电网的分离，从而在分离时，在部件上仍存在相应的过电压期间，所述部件不会受到损坏。
如果优选持续地监视何时达到可预先给定的电压给定值和/或可预先给定的无功电流给定值，特别是何时在电网中出现额定电压，则可以实现风能设备的进一步可靠的工作。优选地，超过可预先给定的时间继续将无功功率馈入到电网中，直至电压达到另一可预先给定的值。如果在达到所述另一可预先给定的电压值时减小无功功率输出，从而所述另一可预先给定的电压值不被超过，则要考虑如下问题：风能设备由于电压下降而本身无法再探测电网中的过电压是否已经结束。因此这导致，在馈入无功电流成功之后，电压处于电网的正常电压带中，且设备不再检测过电压。因此只需等待，直到电压继续下降，必要时还下降到允许的电压带以下或另一可预先给定的电压值以下，然后可以结束无功电流馈入或无功功率馈入。在此，无功电流馈入或无功功率馈入优选不应突然结束，而是要避免重新出现过电压，这通过优选的措施得以保证。
优选地，在电网的过电压的可预先给定的串扰电压情况下，风能设备和/或风力发电场的至少一个电部件不进行切换操作或调节切换操作。由此避免进一步损坏风能设备。本发明意义下的串扰电压特别系指由电网中的过电压引起的电压。特别优选的是，风能设备的至少一个电部件不许即使短暂地遭受电网过电压的可预先给定的串扰电压，和/或进行切换过程且并非针对过电压或串扰电压而设计的至少一个电部件由不间断电源供电。由于使用了本已公知的不间断电源，该不间断电源连接在敏感的电部件之前，且负责使得电网过电压或其串扰电压不到达敏感的电部件，所以可以实现对这些敏感部件的特别有效的保护，其中并非如此敏感的其它部件无需不间断电源。如果在不间断电源的输入端存在电网过电压的串扰电压，则该不间断电源切断电压的传输，并切换至蓄电池工作，以便给敏感的部件继续供应电压或功率。
优选本发明的方法被实施最长的可预先给定的时间。然后，结束该方法，且特别是在继续存在过电压时，使得风力发电场或风能设备与电网分离。
优选规定一种风能设备发电场的工作方法，该风能设备发电场具有至少两个风能设备，其中采用本发明的已在前面部分说明的方法。
优选电场控制机构控制电场无功电流源，由此除了风能设备的相应的无功功率之外，还能提供无功功率。所希望的电压下降由此通过对与风能设备相间隔的无功电流源的控制或调节而得到支持。其它无功电流源或电场无功电流源可以是移相器或电容器组。
所述目的还通过一种风能设备得以实现，该风能设备具有被转子驱动的电的发电机，发电机用于将电功率输出至电网，其中在电网中出现过电压时，可将风能设备的无功功率馈入到电网中，以便降低电压，其中设有监视装置，该监视装置被设计用于监视是否在可预先给定的时间内电压下降到了可预先给定的给定值，和/或是否输出了大于或等于可预先给定的无功电流给定值的无功电流。
优选所述监视装置如下设计：在超过可预先给定的过电压范围时才将无功电流馈入到电网中。根据本发明，可预先给定的过电压范围特别是应如下理解：设定过电压关于时间的函数，于是在该函数之上就将无功功率馈入到电网中。优选只要尚未达到可预先给定的电压给定值和/或可预先给定的无功电流给定值，监视装置就触发用于使得风能设备与电网分离的信号。优选还设有调节装置，利用该调节装置可以实现电压调节和/或无功电流调节。如前所述，该调节装置优选是PID调节装置或PD调节装置或具有较小积分部分的PID调节装置。
本发明的风能设备特别易于实现，如果设有为了实现电压下降而将无功电流馈入到电网中的逆变器和发电机系统。优选设有不间断电源(USV)，其保护风能设备的至少一个敏感的电设备或敏感的电部件免遭过电压。
此外优选转子回路和/或定子回路设有针对过电压而设计的功率开关或保护机构。特别优选的是，为转子回路和定子回路分别设置单独的开关，从而转子回路和定子回路也能分别单独通断。发电机优选是双馈异步发电机。也可以设置通过逆变器将全部功率馈入到电网中的异步发电机或同步发电机。还可以设置直接与电网耦联的异步发电机，其中在风能设备或风力发电场中设置有被设计用于改变风能设备的和/或风力发电场的无功功率的装置，例如分别设置有一个或多个逆变器或可通断的电感。另外，优选逆变器是中间回路逆变器，其中特别优选中间回路逆变器具有在中间回路上的至少一个可通断的电阻和/或具有接至发电机的电接头，且如果所施加的电压和/或流经逆变器的电流达到分别可预先给定的极限值，则电阻被激活。所述电阻在此优选是功率电阻，其被设计用于在出现干扰时吸收发电机的功率，以便保护逆变器。
优选设置有具有至少两个本发明的前面部分所述的风能设备的风能设备发电场。优选设置有与风能设备相间隔的发电场无功电流源，该发电场无功电流源特别是受发电场调节机构控制或调节。
根据本发明，术语“无功电流”除了包括本身馈入到电网中的无功电流外，还包括在正常工作中在出现过电压之前馈入的无功电流。根据本发明，代替馈入的无功功率，也可以馈入无功电流，所述无功电流的相角相应地改变，或者功率因数改变，即利用无功功率的电模拟量，该电模拟量描述或规定了输出的无功功率的分量或大小。
根据本发明，提出一种用于使得风能设备工作的方法以及一种风能设备，该风能设备本身监视和确定：在电网中产生过电压时是否及时地出现必需的电压下降；所述电压是否下降得足够多。
下面，在不限制通用的发明构思的前提下，借助实施例对照附图来说明本发明。对于文本中未详细阐述的发明细节，具体可参见附图。图中示出：
图1为连接至高压电网的风力发电场的示意图；
图2为相对电压关于时间的示意性的曲线图，其示出了电网经营商对风能设备的能力的要求；
图3为风能设备的示意图；
图4为电压静态(Spannungstatik)示意图，即相对无功电流关于相对电压的曲线图；
图5为电压关于时间的示意性的曲线图；
图6为风能设备的控制装置的示意图；和
图7为无功电流关于时间的示意图。
在下面的附图中，相同的或同类的部件或相应的部分分别标有相同的附图标记，从而省去相应的重复说明。
对于风能设备来说常见的是，在电网电压为额定电压的110％时，风能设备与高压电压分离，以便保护风能设备的部件。在风能设备中出现的过电压或其串扰电压(
Figure G200880011874XD00061
)在大多数情况下是高压电网中一些事件的结果。这种结果例如可以是感性负载的卸载(Abwurf)。
在图1中示意性地示出具有五个风能设备15-19的风力发电场10，其中风力发电场10连接至电网31或高压电网31。电压升高事件例如位于点或地点1或者点或地点2。
在发生电压升高事件所在的故障地点或地点1或2之间，在风能设备15-19或风力发电场10处，现在还存在一系列由于引线引起的电感，作为等效电路图，这些引线在图1中标有61。电感或线圈61即可以是高压电网和中压电网中的引线，又可以是高压变压器63，该高压变压器被构造成可调式变压器63。风能设备15-19本身与变压器65通过风力发电场的中压电网连接，所述变压器65例如可以是两绕组变压器或三绕组变压器。在图3中例如示出了一种三绕组变压器65。变压器上的通常的电压下降值例如对于高压变压器63为12％，对于中压变压器65为6％-10％。其它的电压降例如通过电源滤波扼流图、例如在图3中标有附图标记30的发电机而产生。在馈入高达50％或100％的无功电流时，由此可以实现在高压变压器上的6％或12％的电压降，或者在中压变压器上的约3％-5％或6％-10％的电压降。
在地点1处的过电压现在导致在地点3-9处出现电压升高或出现串扰电压。
图1的风能设备15-19设有相应的转子25-29，例如在图3中示意性地示出的发电机30通过这些转子分别产生电流或功率。为了表示线路电阻和线路电感，在图1中还示意性地示出了电阻60和电容62。用64示出设定给定值，其中设定相角Φ的余弦、无功功率Q、相角Φ本身和用于发电场控制器50的电压。这些值通常由高压电网31的运营商预先设定。在可调式变压器63和风能设备15-19之间分接的实际电流(I_实际)以及实际产生的电压(U_实际)还用作发电场控制器50的输入参数。此外设有不间断电源52(USV)，以便保护发电场控制器50的敏感的部件免于遭受串扰电压或过电压。
另外设有外部的或者与风能设备15-19间隔开的无功电流源56或发电场无功电流源，该无功电流源可以是移相器，且被风力发电场控制器50控制。
图2示意性地示出电网运营商对风能设备渡越电网31中的暂时的过电压的能力的要求。
由于风能设备提供到高压电网中的能量份额越来越大，电网运营商的如下要求也越来越高，即要求能够实现通过风能设备或风能设备发电场来支持高压电网31，更确切地说，特别是在高压电网31中出现过电压时要求能够实现此点。电网运营商的在图2中示例性地示出的要求表明：例如在德国，要求能够承受住126％的过电压长达0.1秒的时间，而无需与电网分离。此点在图2中示意性地用实线示出。该图示出相比于额定电压Un的相对电压U，更确切地说，是关于单位为秒的时间的电压。在加拿大，这种要求更高。其中要能够承受住140％的过电压长达0.1秒，然后在出现125％的过电压事件之后再经过1.4秒的时间。此点用短横线示出。相应地，澳大利亚的规定则有所不同，这用虚线示出，而在美国则更为不同，这用点划线示出。
图3示意性地示出一种具有各种开关32-34的风能设备。发电机30在定子回路55中产生相应的例如为950伏特的电压，而在转子回路54中产生660伏特的电压。在转子回路54上设置有逆变器53。具有5.5MVA或5.5MW的输出功率的三绕组变压器65将所述电压变换为20kV或33kV。该高压于是通过塔底座(Turmfuβ)66被提供给电网31。设置有功率开关32，在达到紧急状态之前，该功率开关能及时地将风能设备15与电网分离，这种紧急状态会导致损坏风能设备的部件。相应地，塔底座中的保护机构33可以用于此。开关34是一种同步开关，其将风能设别15接至电网，如果在电网电压或电网电流和由风能设备所提供的电压或相应地提供的电流之间存在相位平衡。
于是如果在电压上升的情况下馈入感应的或欠激励的无功功率，则这会导致在风能设备的电感上或风能设备发电场的电感上的电压降。由此特别是在静态工作中，风能设备上的电压相对于故障地点处的电压会下降。特别地，在风能设备或风能设备发电场中的串扰电压会下降。用于借助电压静态来实现这种控制的实例在图4中示意性地示出。在此示出了在出现过电压情况下为了使得电压下降，也就是说，为了馈入感应的或欠激励的无功功率，对风能设备上的发电机逆变器系统或逆变器进行的控制。
图4为无功电流相比于额定无功电流关于相对电压即实际电压除以额定电压的曲线图。图4中示出两种变型方案，即用实线示出第一种变型方案，用短横线示出第二种变型方案。电压静态的变型方案1是一种控制替代方案，其中在正常的电压带(Spannungsband)中，也就是说，在相比于额定电压直至110％的过电压情况下，根据电压来输出无功功率，这对风能设备的电压上升起到抑制作用，在电压进一步上升超过电压带，即超过110％的U/Un时，馈入的无功功率明显增大，其中相对快速地达到最大无功电流值。这种变型方案优选用于如下情况：输出的无功功率对电压的作用比较小，即电网稳定；或者要确保在任何情况下都不应低于一定的或可预先给定的电压。
变型方案2替代地示出如下控制方案，即在直至110％U/Un的正常电压带中，对输出的无功功率的改变不会反映为电压的改变，在超过电压带时，跳跃到相应于相应的输出的无功功率值进行控制，其中当在这种情况下为直线静态函数的电压进一步上升时，增大输出的无功功率。这种变型方案是有利的，如果通过跳跃已经达到了相容的电压，且所述函数于是用于通过提高的输出的无功功率来补偿上升的电压。为此，使得输出的无功功率上升所使用的函数应大致相应于对电压的作用。这种电网是一种所谓的“柔性电网(weiches Netz)”。当然可以设计各种不同的变型方案，特别是也可以在示出直线函数的区域中设计非直线的函数。
如果在高压电网31中存在故障或过电压，所述过电压超过可预先给定的过电压值，在该过电压值时，风能设备的部件会发生损坏，则提出了如下问题：除了风能设备的工作外，即除了将功率馈入到电网中外，还必须确保有足够的保护。为了使得相应的电设备不会遭受过高的过电压，要确保图5中所示的在用于风能设备工作的第二电压函数42下面的区域不会向上离开。图5相应地示意性地示出关于时间的电压函数，其中在纵坐标上标出，其中Ui是测得的隔离电压的峰值，
Figure G200880011874XD00092
是叠加的非周期的电压峰值。
因此在第二电压曲线42下面的区域中，风能设备会以过电压工作，只要没有在负载情况下进行开关操作。为了在负载情况下进行开关操作，必须确保在第二电压函数42下面的所示区域中使得风能设备与电网分离。在第一电压函数的下面，也可以直截了当地在负载情况下进行开关操作。图5是一种用于开关设备的相应的标准(标准IEC60439-1)。
根据该标准，例如可行的是，在不进行开关操作的情况下使得风能设备渡过约为140％的允许的过电压，其中经过一秒钟之后过电压必须约降低至10％，以便使得电部件不会过载。
根据本发明，风能设备或其监视装置识别出过电压，并相应地为了降低电压而馈入无功功率。电压下降受到监视，且只要担心超过极限线或第一电压函数41或第二电压函数42，就使得设备与电网分离。在进行此点操作时，优选考虑所使用的分离开关例如图3的功率开关32或者图3的保护机构33的反应时间，且在此必要时也在负载情况下进行操作。因为例如当存在相应的电网故障时，过电压也可能更长久地存在，且视开关类型而定，风能设备例如延迟40ms-100ms的时间与电网分离，所以本来就有必要将风能设备的或风能设备发电场的电部件的耐压强度设计得比较高，因为出于保护的原因，在开始出现故障时就必须发出分离信号，由此也及时地将风能设备分离，只要故障或过电压长久地存在。
在此采用本发明的解决方案，从而在电网31中的电压过高时，例如带有控制装置51的逆变器或发电机逆变器系统按照图4的电压静态例如将感应的无功电流馈入到电网31中，以便降低风能设备中的或风能设备发电场中的电压，所述控制装置如在图6中被简化地示意性地示出。于是还优选地规定，利用工作信号来防止直接涉及到电压升高的、且并非被设计用于在高压下工作的部件实施可能会导致这些部件损坏的开关过程。
通过监视来检查控制装置是否足够快，例如在开始出现一事件或开始出现过电压之后在30ms内提供足够大的无功电流，该无功电流的值例如为最终值的90％，或者检查电压在所述时间内是否能够足够地下降到所希望的值。足够的下降例如可以是下降到允许的可预先给定的值或者下降到该值以下，或者下降到在允许的电压-时间面积内的值。
图7为关于时间的对足够大的无功电流IB的控制示意图，时间的单位(au)是随意选取的。81表示无功电流给定值。82表示第一无功电流值曲线，83表示第二无功电流值曲线。在本实施例中，按照曲线82对无功电流的控制足以足够快地馈入足够大的无功电流。曲线83表示控制太慢，此点例如会存在于如下情况中，即例如所使用的PID调节器的积分分量太大。
如果电压下降得不够，或者没有馈入足够的电流，则必定认为风能设备发生了故障，或者认为在高压电网31中发生了不希望的事件。在这种情况下，通过前置的开关或者具有足够的通断能力的开关例如功率开关32或保护机构33来触发用于使得风能设备与电网分离的信号，以确保在130％的额定电压情况下尚在到达临界时间例如100ms之前就使得电网与风能设备分离或者与风能发电场分离，进而使得相应部件上的电压重新处于允许的范围内。
如果电压足够地下降，则风能设备或风能设备发电场继续工作。尽管在高压侧有故障，风能设备上的、进而用于风能设备部件的电压下降到允许的值，由此可以实现，按照开关设备标准，即不允许电压下降，相比于较高的电压曲线，即使明显长久的故障或过电压例如长达1秒钟的120％的过电压也能被渡过。为了还能继续保护风能设备或风能设备发电场，规定对极限值进行继续监视，在超过已规定的电压或预先给定的电压曲线时，或者在偏离已规定的电压-时间面积时，所述极限值引起风能设备被切断。另外规定，将敏感的设备设置在USV52的后面，USV 52能够持久地在过电压情况下工作。只要USV接在电网31和相应的部件之间，它就可以有效地防止电压升高继续传导。由此可以给那些即使短期内也不准在过电压情况下工作的部件供电，或者可以给那些在过电压期间必须被切断但不应为此而被设计的部件供电。
如图3中所示，根据本发明，在转子回路或电网逆变器端子上给具有双馈异步发电机的风能设备设置功率开关32或保护机构33就足够了，只要定子回路和转子回路分别存在各自的开关，且只要转子回路上的功率开关和/或保护机构根据在高压时的通断能力被设计。
图6示意性地示出利用控制装置51对风能设备的电压控制，其中至少一些部件或至少一个部件通过USV 52被可靠地供电，其中还设置了相应的过压保护。可预先给定的有功功率最大值70、无功功率给定值71和电压给定值72用作控制装置51的输入参数。电压给定值72与输出电压U相比较。差值或比较值被输送给电压调节器73，并导致调节后的电压，该电压与在无功功率计算机构78中由电压和电流计算得到的无功功率和无功功率给定值的比较一起，导致用于无功功率调节装置74的调节参数，该调节参数是设定模块77的输入参数。另一方面，最大预先给定的功率70用作相比于在有功功率计算机构76中由输出的电流和输出的电压计算得到的有功功率的比较参数。其差值被输送给有功功率调节装置75。其结果也用作设定模块77的输入参数。在设定模块77中计算和控制相应的解耦参数、极限参数、开关过程等。控制装置51的输出端进入到逆变器或逆变器发电机系统79中。由此输出相应的电压和相应的电流U和I，更确切地说，沿着方向80输出至电网31或输出至电网31的配电站。
优选地，为了求得用于使得风能设备与电网分离的信号的触发时刻，设有过电压切断曲线，该曲线优选根据经验来确定。为此特别优选在控制装置的或计算机的存储器中存储数据库形式的模型，该模型用于使得风能设备及其部件工作。特别是设有用于风能设备在过电压范围内工作的特性数据组，在该特性数据组中特别是优选还考虑设有至少一个分离开关的至少一个反应时间。由此工作特性数据组具有工作风险特性数据，通过所属工作风险特性数据可以使得风能设备在高压电网中出现过电压时仍能可靠地工作。因而风能设备即使在较高的过电压情况下也能继续工作，其中风能设备的部件受到保护，免遭过电压，且其中特别是只有少数一些部件才必须针对较高的耐压性来设计。此外，风能设备还受到保护，以免在所谓的过电压情况下出现“急剧短路”(crowbar)点火时遭受大的机械负荷，其方式为，使得发电机上的电压下降。
附图标记列表
1-9   地点
10    风能设备发电场
15-19 风能设备
25-29 转子
30    发电机
31    电网
32    功率开关
33    保护机构
34    开关
41    第一电压函数
42    第二电压函数
50    发电场控制器
51    控制装置
52    不间断电源(USV)
53    逆变器
54    转子回路
55    定子回路
56    无功电流源
60    电阻
61    线圈
62    电容
63    可调式变压器
64    设定给定值
64′  设定给定值
65    三绕组变压器
66    塔底座
70    有功功率最大值
71    无功功率给定值
72    电压给定值
73    电压调节器
74    无功功率调节装置
75    有功功率调节装置
76    有功功率计算机构
77    设定模块
78    无功功率计算机构
79    逆变器/发电机
80    至电网
81    无功电流给定值
82    第一无功电流值曲线
83    第二无功电流值曲线
t     时间
P     有功功率
Q     无功功率
U     电压
I     电流
Ib    无功电流
Ipn   额定无功电流
phi   相角
Un    额定电压

Claims (28)

1.一种用于使得风能设备(15-19)工作的方法，所述风能设备具有被转子(25-29)驱动的电的发电机(30)，该发电机用于将电功率输出至规定了电网电压的电网(31)，其中当在所述电网(31)中出现过电压时，将所述风能设备(15-19)的无功功率馈入到所述电网(31)中，以便使得电压下降，其特征在于，监视是否在可预先给定的时间内所述电压下降到可预先给定的给定值，和/或是否输出了大于或等于可预先给定的无功电流给定值的无功电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在超过可预先给定的过电压范围时才将无功功率馈入到所述电网(31)中。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于尚未达到所述可预先给定的电压给定值和/或所述可预先给定的无功电流给定值这种情况，触发用于使得所述风能设备(15-19)与所述电网(31)分离的信号。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，设定可预先给定的电压给定值关于时间(t)的第一极限函数(42)和/或可预先给定的感应的无功电流给定值关于时间(t)的第二极限函数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述电压保持在所述第一极限函数(42)以下和/或所述无功电流保持在所述第二极限函数以上期间，不触发用于使得所述风能设备(15-19)与所述电网(31)分离的信号。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，设有电压调节机构和/或无功电流调节机构。
7.如权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，使得所述风能设备(15-19)与所述电网(31)分离的信号的触发时刻取决于分离开关(32、33)的反应时间。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，持续地监视何时达到所述可预先给定的电压给定值和/或所述可预先给定的无功电流给定值，特别是何时在所述电网(31)中出现额定电压。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，超过可预先给定的时间继续将无功功率馈入到所述电网(31)中，直至所述电压达到另一可预先给定的值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在达到所述另一可预先给定的电压值时，减小无功功率输出，从而所述另一可预先给定的电压值不被超过。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电网(31)的过电压的可预先给定的串扰电压情况下，所述风能设备(15-19)的和/或风力发电场(10)的至少一个电部件(34、50、51)不进行切换操作和/或调节切换操作。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述风能设备的至少一个电部件(34、50、51)不许即使短暂地遭受所述电网(31)的过电压的可预先给定的串扰电压，和/或进行切换过程的、且并非针对所述过电压或串扰电压而设计的至少一个电部件(34、50、51)由不间断电源(52)供电。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被实施最长的可预先给定的时间。
14.一种用于使得风能设备发电场工作的方法，该风能设备发电场具有至少两个风能设备(15-19)，其中实施根据权利要求1至13中任一项的方法。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，电场控制机构(50)控制电场无功电流源(56)。
16.一种风能设备(15-19)，具有被转子(25-29)驱动的电的发电机(30)，该发电机用于将电功率输出至电网(31)，其中在所述电网中出现过电压时，将所述风能设备(15-19)的无功功率馈入到所述电网(31)中，以便降低电压，其特征在于，设有监视装置(50、51)，该监视装置被设计用于监视是否在可预先给定的时间内电压下降到了可预先给定的给定值，和/或是否输出了大于或等于可预先给定的无功电流给定值的无功电流。
17.如权利要求16所述的风能设备(15-19)，其特征在于，所述监视装置(50、51)如下设计：在超过可预先给定的过电压范围时才将无功电流馈入到所述电网(31)中。
18.如权利要求16或17所述的风能设备(15-19)，其特征在于，只要尚未达到所述可预先给定的电压给定值和/或所述可预先给定的无功电流给定值，所述监视装置(50、51)就触发用于使得所述风能设备(15-19)与所述电网(31)分离的信号。
19.如权利要求16至18中任一项所述的风能设备(15-19)，其特征在于，设有调节装置(51)，利用该调节装置可以实现电压调节和/或无功电流调节。
20.如权利要求16至19中任一项所述的风能设备(15-19)，其特征在于，设有为了实现电压下降而将无功电流馈入到所述电网(31)中的逆变器(53)或逆变器和发电机系统(30、53)。
21.如权利要求16至20中任一项所述的风能设备(15-19)，其特征在于，设有不间断电源(52)，其保护至少一个敏感的电设备(50、51)或敏感的电部件(34)免遭过电压。
22.如权利要求16至21中任一项所述的风能设备(15-19)，其特征在于，转子回路(54)和/或定子回路(55)设有针对过电压而设计的功率开关(32)或保护机构(33)。
23.如权利要求22所述的风能设备(15-19)，其特征在于，为转子回路(54)和定子回路(55)分别设置单独的开关(32、33、34)。
24.如权利要求16至23中任一项所述的风能设备(15-19)，其特征在于，所述发电机(30)是双馈异步发电机。
25.如权利要求20至24中任一项所述的风能设备(15-19)，其特征在于，所述逆变器(53)是中间回路逆变器。
26.如权利要求25所述的风能设备(15-19)，其特征在于，所述中间回路逆变器(53)具有在中间回路上的至少一个可通断的电阻，和/或具有接至所述发电机(30)的电接头，且如果所施加的电压和/或流经所述逆变器(53)的电流达到分别可预先给定的极限值，则所述电阻被激活。
27.一种风能设备发电场(10)，具有至少两个根据权利要求1至24中任一项的风能设备(15-19)。
28.如权利要求27所述的风能设备发电场(10)，其特征在于，设置有与所述风能设备(15-19)相间隔的发电场无功电流源(56)。
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