CN102388219A - 用于驱动风能设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动风能设备的方法，其中风能设备连接至电供给网络并且在工作中，即当存在初始速度以上并且在关断速度以下的风时，将电能馈入到供给网络中并且更确切而言以供给网络所希望或者所要求的电压和频率馈入到供给网络中，其中在风能设备的额定值以上或者关断速度以下的工作中，风能设备的具有至少一个转子叶片的转子转动，并且发电机与风能设备的转子连接，该发电机通过转子驱动，以便由此产生电能，其中风能设备具有装置，以便测量在电供给网络中存在的频率，并且为了测量网络频率而将该装置与用于控制风能设备的工作的控制装置连接。根据本发明提出，当电网的网络频率为网络的所希望的期望频率以下的预先确定的频率值时，由风能设备的发电机输出至网络的功率快速地并且对于短时间段在风能设备的当前功率以上升高。

Description

用于驱动风能设备的方法
本发明涉及一种用于驱动风能设备的方法以及一种用于执行该方法的风能设备。
作为现有技术尤其指出“Grid Integration of Wind EnergyConversion System(风能转换系统的电网集成)”，由Siegfried Heier于1998年发表，其中尤其参见第263页及其后文，以及US 7,345,373和WO01/86143。
最接近的现有技术是文献WO 01/86143。
该文献公开了如下教导：当网络频率(即风能设备将其将电功率馈入到其中的网络的频率)超过在期望频率以上的确定的值时，减小风能设备的功率。
期望频率在中欧网络的情况下通常为50Hz，而在美国网络的情况下是60Hz。
同时也始终存在小的网络频率波动，其取决于：通过连接在电网上的能量发电机所产生的功率与负载所消耗的功率之间的关系平衡得如何，负载连接在电网上并且取得电能，以便由此驱动任意的电设备。
如果例如发电机的功率供给在连接在网络上的负载所消耗的功率以上，则网络频率上升，并且反之当功率供给小于由连接在网络上的电负载所消耗的功率时，频率也可以下降至例如为50Hz的期望频率以下。
网络管理，即发电机和大负载的管理通常通过网络运营商进行。网络管理在此可以设计完全不同的调节机制，例如自动接通确定的发电机(例如燃气发电站)，自动关断确定的大负载或者使用抽水蓄能站等等。在正常工作中，这也时常对于大的供给网络的网络管理而进行，其将网络频率保持在期望频率的范围中，其中完全允许少量的偏差。然而这些少量偏差通常不应超过±1‰的范围。当然，为了网络管理也可以进行与网络连接的其他网络的接通，以便由此将附加的功率馈入到网络中或者从网络中取出并馈入到其他网络中。
如开头阐述那样，文献WO 01/086143已经教导了：当超过了确定的网络频率值时，将功率减小至当前可用的功率以下，该网络频率值例如为比网络频率的期望值(例如在50Hz以上)高3‰的值。
该文献进一步教导，当频率进一步升高时，功率以线性方式进一步减小，这与网络频率的进一步升高有关。
现在本发明的任务是，相对于现有技术改进风能设备的工作并且在总体上关于网络改进风能设备的网络支持。
根据本发明，该任务通过具有根据权利要求1所述特征的方法来解决。有利的改进方案通过从属权利要求来描述。
根据本发明，现在在低于在网络频率的期望值以下的确定的频率值时不再关断风能设备，而是进一步驱动风能设备，并且更确切而言以提高的功率驱动风能设备，这就是说功率快速地并且在短时段内在之前馈入的功率以上。为此，例如使用存储在转子/发电机系统的转动惯量中的转动能，这就是说从整个转子/发电机系统中暂时地取出更多能量，使得在低于预先确定的期望值以下的网络频率的情况下立即有提高的功率快速地可用。这也在如下情况下进行：风能设备之前以额定功率馈入，即提供其正常的最大限度，即风能设备能够从风取得的功率。
功率快速地提高的量在额定功率的10％到30％的范围中，优选地为额定功率的大约20％。
例如可以通过预先给定死区频率来确定预先确定的频率值。一旦网络频率在该死区频率以下，则实现风能设备的当前功率的升高，以及由风能设备输出、即馈入到网络中的功率的提高。死区频率在该情况下比网络的所希望的期望频率低预先确定的频率值。
该预先确定的频率值优选地大于网络期望频率的1‰、2‰或者3‰。在50Hz的网络期望频率的情况下，由此检测何时低于频率49.95Hz、49.90Hz或者49.85Hz。
可替选地或者补充性地，也可以考虑相对的频率改变，即也以df/dt或者频率梯度表示相对的频率下降。如果这种网络频率单次改变的量过大，即频率过快地降落，则当前要馈入的功率为了支持网络而暂时地提高。检测单次的这种频率改变，即检测df/dt在必要情况下能够实现较快地检测网络频率下降和由此实现较快地识别网络支持的必要性。检测绝对的频率值(即检测低于绝对的预先确定的频率值)以及检测单次的改变也可以组合。于是，当网络频率的绝对值在额定频率以上时，例如可以将快速的网络频率下降评价为较不临界。
如果附加地或者可替选地检测频率梯度，于是证明为有利的是：设计从0.1Hz/s的梯度起的功率提高。0.2Hz/s-7Hz/s、尤其0.5Hz/s-2Hz/s的改变量、即梯度证明为对于引入功率提高有利的范围。于是，例如0.2Hz/s、0.5Hz/s、1Hz/s、2Hz/s和5Hz/s是有利的值。要注意的是，检测例如为1Hz/s的频率梯度通常并不以在整一秒的时段上的测量为前提。更确切而言，20ms和更短、尤其10ms的测量时间是合适的测量时间。例如为5ms或者还更少的较少的测量时间也是优选的值。此外，测量时间以及所基于的改变量或所基于的频率梯度也会与网络期望频率有关。之前提及的频率梯度的值和为此设计的测量时间涉及50Hz的期望频率。在60Hz的期望频率的情况下，在必要时可以设计较大一些的梯度和/或较短一些的测量时间。
此外要提及的是：也可以使用暂时的功率提高，以便稳定或平滑网络频率或者衰减频率波动。尤其，对频率波动进行衰减可以有利地考虑频率梯度。
优选地，利用存储在转子-发电机系统的转动惯量中的转动能实现暂时的功率提高。这由此涉及取得动能，该动能不仅存储在具有一个或多个转子叶片的转动的转子中，而且存储在发电机的转动的电枢中。取得较高功率尤其可以通过提高激励电流并且由此通过提高电枢的发电机反力矩(Generatorgegenmomentes)来实现。具有大直径电枢和由此大质量和相应大的转动惯量的尤其无传动装置的发电机可以存储相当大量的动能。
优选地，所馈入的功率的频率始终对应于当前的网络频率。如果网络频率下降，则可以进行功率提高，然而其中馈入的频率以适配于当前频率的方式减小。
优选地，提出一种方法，其特征在于，实现在当前功率以上的功率提高，这就是说当之前以额定功率馈入时，也在额定功率以上。由此，当然在额定工作中驱动风能设备的情况下，在临界的频率下降时执行功率提高。在此已经认识到的是，可以为了短的网络支持在不损伤风能设备的情况下超过额定功率，额定功率通常总会也是对于持续工作的最大功率。
根据一个实施形式提出，该方法的特征在于，在低于网络频率以下的预先确定的频率值或者超过预先确定的改变量之后的10ms到1000ms、尤其20ms到500ms、优选地50ms到100ms的时段内实现功率提高和/或以提高的功率(即在之前设置的功率以上的功率)对于至少0.5s、优选地至少1s到最大30s、优选地最大大约3s到6s、8s、10s、12s或者15s的另一时段进行馈入。原则上，例如为10ms的尽可能短的响应时间被视为对于进行功率提高理想化的值。尤其，10ms的时间在50Hz的网络频率下对应于半波。直至1s的较大的响应时间对于阻止反应过度或者甚至不稳定的系统是所希望的。尤其，50ms到100ms的值证明为有利的折衷。
功率提高原则上对于短的时段是必需的。该时段通常持续至少0.5s、优选地1s并且直至3s、6s、8s、10s、12s、15s和最大30s。如果多于或者明显多于10s的提高的功率馈入是必需的，则不再基于瞬时的支持措施，而是更确切而言一般基于提高的功率需要。3s到6s、8s、10s、12s或者15s的情况证明为对于功率提高有效的范围。
优选地，设计了一种用于控制风力发电厂的方法，其中按照根据本发明的方法控制每个风能设备。尤其，每个风能设备适于在频率下降(Frequenzeinbruchs)的情况下将提高的功率输出给网络。风力发电厂在此包括至少两个风能设备，然而通常包括明显更多风能设备例如10个风能设备、50个风能设备或者还更多。然而，风力发电厂的所有风能设备仅仅理解为结合所述方法的风能设备。
优选地，在此一致地和/或以集中方式实现所有风能设备输出给网络的功率的提高。由此一方面阻止：风力发电厂的不同设备在不同时间响应并且可能彼此阻碍。此外，当风力发电厂将所有风能设备的功率在网络连接部位馈入时，风力发电厂会遭受针对网络耦合的一定的条件例如边界值。于是，例如会在连接线路方面预先给定所馈入的功率的上边界，然在必要时也会在使用用于风力发电厂的集中式变压器的情况下预先给定所馈入的功率的上边界。集中式控制可以考虑这种边界条件。有时，风能设备的一致的控制(只要这在风力发电厂的不同的风能设备的情况下是可能的)是有益的。于是，例如可以在响应时间和/或功率提高的持续时间方面至少进行部分一致的控制。如果例如在其中风力发电厂的所有或者大部分风能设备在额定工作中的情况下所有风能设备的功率提高由于风力发电厂的功率馈入上边界而受限制，则控制可以实现为使得首先风能设备的一部分贡献于功率提高并且然后风能设备的另一部分贡献于功率提高。此外可以通过集中式控制单元减小控制和调节开销，集中式控制单元例如对于功率提高仅仅将相应的功率期望值输出给风力发电厂中的每个风能设备。
此外提出了一种风能设备，其适用于使用根据本发明的方法。此外提出了一种风力发电厂，其包括多个根据本发明的风能设备并且优选地使用集中式控制方法和/或在风能设备输出给网络的功率提高情况下被至少部分一致地控制。所有风能设备输出给网络的功率的升高的集中式控制可以由单独的集中式控制单元提供，和/或风能设备可以用作主机，使得其余风能设备按照该风能设备行事。原则上以控制技术将风力发电厂划分为多个厂区段是可能的，以便例如将相同或者相似类型的设备分别以控制技术聚集。
为了提高功率输出不仅仅考虑利用转动惯量的转动能，而是也可以辅助性地或者必要时仅仅进行转子叶片的设置角的改变(桨距角的改变，所谓的调节(Pitchen))，以便提高风产出。这尤其在如下情况下实现：风能设备在额定负载下运行，即已经输出额定功率，并且尤其转子叶片已经部分地为了调节额定转速而被调节。
在功率提高之后可以减小转子的转速，因为已经取得动能。尤其在额定负载工作的情况下提高功率时，这种减小可以较小地实现或者根本不出现。要期待的是尤其在部分负载范围中的转速降低，其于是与功率提高的水平和持续时间有关，即与附加地输出的功率有关。
本发明下面借助实施例参考附图来进一步阐述：
图1以示意性地向发电机的轮毂和部件看去的方式示意性地示出了风能设备的部分打开的吊舱；
图2示意性地示出了带有频率测量的无传动装置的转子-发电机耦合的纵览图；
图3示出了风能设备的功率/频率特性的一个实施例；
图4示出了对于图3的可替选的实施形式；
图5借助示例示出了针对恒定的功率提高的功率曲线；
图6借助示例示出了在与转子转速有关的功率提高的情况下实现的功率曲线；
图7以示例示出了在与转子转速有关的功率提高的情况下的功率测量；
图8示出了带有恒定的功率提高的功率的测量，以及
图9示出了功率值的可能曲线，将根据频率并且对于功率提高的不同的可设置的最大值按照这些曲线执行功率提高。
下面，相同的附图标记可以表示相同以及相似而并不相同的元件。下面，出于完整性原因而阐述如下风能设备，其带有同步发电机和具有全转换器(Vollumrichter)的无传动装置的方案。
图1示意性地示出了无传动装置的风能设备的吊舱1。可以基于以部分打开的方式示出的整流罩(旋桨毂盖(Spinner))看到轮毂2。在轮毂上固定有三个转子叶片4，其中转子叶片4仅仅在其接近轮毂的区域中被示出。带有转子叶片4的轮毂2形成空气动力学转子7。轮毂2与发电机的转子6以机械方式牢固连接，转子6也可以称为电枢6并且下面称作电枢6。电枢6以相对于定子8可转动的方式放置。
电枢6在其相对于定子8的转动期间被供电，通常借助直流电流来供电，以便由此产生磁场并且构建发电机力矩或者发电机反力矩，其也可以通过该激励电流相应地来设置并且改变。如果电枢6由此以电学方式来激励，则其相对于定子8的转动在定子8中产生电场并且由此产生交变电流。
在基本上由电枢6和定子8构建的发电机10中产生的交变电流根据在图2中所示的构造通过整流器12来整流。整流过的电流或者整流过的电压于是借助逆变器14转换为具有所希望的频率的三相系统。如此产生的三相电流-电压系统借助变压器16在电压方面尤其升压，以便馈入到所连接的电网18中。理论上可以省去变压器或者通过电感线圈取代变压器。然而，电网18中的电压要求通常使得必须借助变压器升压。
为了控制而使用主控制装置20，其也可以称作主控制单元并且形成风能设备的最上级的调节和控制单元。主控制装置20尤其得到其关于从属的网络测量单元22的网络频率的信息。主控制装置控制逆变器14以及整流器12。原则上当然也可以使用未被控制的整流器。此外，主控制装置20控制直流-直流转换器24，用于将激励电流馈入到电枢6中，电枢6是发电机10的一部分。主控制装置20尤其在低于预先给定的网络频率边界值时修改馈入或者发电机的工作点。因为发电机以转速可变的方式工作，所以馈入到网络中如所描述那样借助全转换器实现，该全转换器基本上通过整流器12和逆变器14形成。
在工作中，网络电压和网络频率被网络测量单元22持久性地以三相方式测量。每隔3.3ms都从测量中得到(至少在50Hz的网络频率的情况下)三相电压之一的新的值。网络频率由此将每个电压半波检测、滤波和与预先设值的边界值比较。对于60Hz系统例如每隔2.7ms，即对于每个过零，都将有三相电压之一的值可用。
图3示出了通过时间截取的频率曲线以及频率范围的示意性示例，其中也绘出了相关的功率曲线。
从图3中可以看出，主控制装置在频率方面在三个工作范围(即死区范围30、控制带范围32和频率过低范围34)之间进行区分。死区范围是额定频率f额定或fN与位于其下方的死区频率f死区之间的频率范围。额定频率通常确定地预先给定，如例如50Hz用于欧洲连接网络或者在美国地区是60Hz。可以设置死区频率f死区，由此至少可以相对于该下边界设置死区范围。在死区区域中未设计功率提高。
控制带范围32在死区频率f死区和位于其下方的控制带频率f控制带之间伸展。控制带范围可以通过预先给定死区频率f死区和控制带频率f控制带来相应地设置。在控制带范围中，即当在控制带范围中采用实际频率值时，有功功率的提高可以根据频率偏差(即尤其是实际频率与死区频率的偏差)以功率提高P增加来进行。在此，设计有与频率偏差尤其成比例地相关的有功功率提高。由此，有功功率提高P增加也是控制带范围的可改变的量。由此，可以实现：有功功率根据频率偏差以附加功率P增加从0％提高直至预先设置的值P增加_设置。有功功率的最大提高可以借助P增加_设置来预先设置，在其中P增加_设置可以以1％的步长从0％提高至P增加_最大。
频率过低范围34从控制带频率f控制带向下伸展。如果实际频率位于控制带频率f控制带以下，则在频率过低范围中实现预先设置的最大功率提高。功率提高P增加由此采用最大值，其例如可以为额定功率的10％。
在图3中以加粗方式示出了实际频率的示例曲线。该频率首先具有额定频率F额定的值，直至其在时刻t0下降。实际频率的曲线以附图标记36表示。此外，以附图标记38表示要设置的功率的示例性的曲线。要注意的是，对于在此示例性地描述的控制，功率必须为额定功率的至少4％，以便可以执行所希望的功率提高、至少所希望的最大功率提高。
实际频率36在时刻t0下降，然而其首先位于死区范围30中，使得不进行功率提高。为额定功率的至少4％的实际功率由此首先保持恒定。在时刻t1，实际频率36达到死区频率f死区并且低于其。在所示的示例中，功率38随着频率36的进一步下降线性增加。这就是说，功率提高P增加、即相对于初始值PA的相应提高在此与实际频率36和死区频率f死区之间的差成比例。比例系数在此设置为使得当频率达到控制带频率f控制带时，功率提高P增加达到其最大值，为额定功率Pn的10％。这在时刻t2是该情况。如果遵守其他边界条件以及用于功率提高的最大时间，则功率提高P增加由此可以对于控制带范围原则上以
P增加＝P增加_设置×PN×(f死区-f)/(f死区-f控制带)来说明。
如果频率36进一步下降到控制带频率f控制带以下，则功率38不能进一步提高并且由此从时刻t2起首先保持在最大值上，即初始值加上P增加的最大值(即额定功率的+10％)。如果频率现在进一步升高并且在t3超过控制带频率f控制带的值，于是功率提高又下降，直至频率36在时刻t4上升到死区频率f死区以上。在该时刻t4，功率于是又达到初始值PA并且不再下降。
要强调的是，图3示出了理想化的曲线并且首先忽视可能的调节动态。此外，在所提及的示例中(与示意性示图不同)功率提高的最大时间将不超过8s。然而，恰好在较小的功率提高的情况下可以在必要时考虑该时间的延长。要注意的是，为了阐明调节方案而选择了线性的频率下降和线性的频率上升，而线性的频率下降和线性的频率上升不必与供给网络通常要期待的频率特性一致。
图3在线图中示出了网络频率的特性和作为对其反应的风能设备的功率馈入特性。
此外会看到的是，在确定的时刻t1，网络频率下降并且在例如50Hz的期望频率以下的确定的频率值以下。当低于例如比期望值低1‰的频率值时(并且还进一步下降)，则在实践上瞬时地、即极为快速和短时地，即在数毫秒内，例如50ms到100ms或者500ms到1000ms(仅作为另一示例)，风能设备的功率在其当前值以上提高，例如提高了当前功率的20％或者在额定功率以上提高直至30％。根据图3的示例基于提高了额定功率的10％。在极端情况下，当功率恰好为额定功率的4％并且提高了额定功率的10％时，则(至少理论上)可以实现功率提高当前功率的2.5倍。这尤其可以解释为：在小的功率输出时已经存储有比较高的转速和由此存储有相应地高的转动能。于是在额定功率的4％时已经可以实现为额定转速的大约50％的转速。
如果许多风能设备处于之前描述那样的情况，则非常快速地有大量附加功率可用，使得非常快速地均衡发电机/负载平衡，还使得网络频率非常快速地再次升高并且甚至快速地超过其期望值。
在所示的示例中，提高后的功率馈入仅仅进行大约2s到10s、优选地仅仅大约直至3s，其根据频率处于何种情况中。
如果例如频率非常快速地升高，则提高过的功率馈入甚至也可以又减小并且结束，而当频率过低功率馈入保持较长时段时，提高过的功率馈入较长地进行。
图4也对于功率波动(例如因为风缓慢波动)的情况示出了提高过的功率馈入。此外，图4也还涉及与实际上要期待的特性一致的曲线。
频率36首先具有额定频率，例如为50Hz。然后，频率36在时刻t0 *非常快速地下降并且也很快低于死区频率f死区。虽然在图4中也涉及低于死区频率，然而这在低于所选择的死区频率后在检测时间Δt检测之后才被检测，其中该检测时间最大为20ms。频率过低由此根据图4在时刻t1 *被检测并且功率38因此提高。直至在时刻t1 *还存在的功率以上的为额定功率的10％的最大功率提高P增加，过去了小于或者等于800ms的提高时间Δt增加。在低于所选择的死区频率f死区时，主控制装置通过内部的控制功能对于预先设置的时间t最大实现来自发电机的风能设备的额定功率的最多10％的功率提高P增加。对频率过低的识别时间小于20ms。附加功率P增加的水平与所设置的最大允许功率提高并且与频率偏差成比例地相关。功率(如果至少基于频率偏差来考虑)以五个大约为250kW/s的梯度来提高。由此，在当前所示的情况下在小于或者等于800ms中实现了至最大值的功率提高，该最大值为风能设备的额定功率的最多10％。功率提高P增加在最大8s的时间上可用。最迟在8s之后，在所示的示例中风能设备的有功功率又以大约250kW/s而被带到正常的、尤其先前的工作点上。
从时刻t1 *来看，由此在大约800ms之后在时刻t2 *实现最大的功率提高。现在设置的、最大的提高过的功率保持直至t3 *，以便然后渐渐地又下降，至时刻t4 *时降至大约初始值或者与风相关地降至新的值。也可以称为tmaxp-增加的时间t1 *到t4 *对于所示的示例最大为8s。要注意的是，图4也是示意图，并且不能读取包括精确时间值的精确值。
要注意的是，频率36在功率提高期间、尤其在时刻t2 *之后又升高并且这可以归因于功率提高，即归因于附加地馈入到网络中的功率。同时这主要与相应的网络和相应的风能设备有关，尤其与是否有其他风能设备进行这种功率馈入有关。此外，在所示的示例中，频率在功率提高范围内并不又上升至额定频率。然而，功率提高基于所实现的最大时间而减小并且结束。
对于提高过的功率馈入，根据本发明的风能设备在由转子/发电机构成的旋转系统中使用基于转动惯量而存储的转动能。这就是说，通过附加地截取在实际上通过风能设备的功率特性预先给定的功率以上的功率，整个转子/发电机系统虽然继续转动，然而也损失转动能并且由此在提高过的功率馈入之后比之前缓慢地转动，因为从整个系统取得了比通过风能所输送的功率多的功率。
然而，根据本发明的风能设备特性引起：成功地管理或通过存在的风能设备成功地调和临界的频率过低情况，使得在出现频率过低之后例如1s到8s、尤其1s到3s的关键时段内也可以引入其他网络管理介入，这些网络管理介入然后在风能设备(或者整个风力发电厂)馈入其附加功率之后影响其作用并且成功地支持网络。
功率提高P增加的技术可用性在网络频率过低的情况下原则上从为额定功率的4％的瞬时功率P实际开始被给出。于是，为10％(相对于额定功率)的功率提高P增加是可能的。下面在图5到8中原则上示出了对于示例性风能设备的200kW的功率提高。在此，200kW形成额定功率的10％。原则上，对于在频率支持期间的功率提高的特性可以在两个选项之间进行选择，即在频率相关的功率提高(如在图5中所示那样)和频率相关并且转速相关的功率提高(如其在图6中所示那样)之间进行选择。
也可以借助图4来阐述并且在图4中说明其值的实施形式可以如下文那样来阐述。
在直至死区以下的频率改变的情况下，出现所要求的功率提高以五个为大约250kW/s的梯度出现。在大约800ms之后实现直至风能设备(WEA)的额定功率的10％的功率提高P增加。在控制带内和在500kW以下的功率范围中的小的频率改变的情况下，功率梯度通过发电机决定的功率改变时的特性而轻微减小。功率提高P增加在最大为6.4s的时间上可用。最迟在7s之后，WEA的有功功率又以250kW/s复位到正常的工作点上。调整时间与风情况和在准备时间期间出现的设备转速有关。直至正常工作中的功率馈入的过渡在大约1s中结束。
在图5中通过时间对于将不进行功率提高的情况示出了期望功率P定 制。该曲线也为了比较目的而添加。在图5中，在时刻tB确定了频率过低并且预先给定的为200kW的功率提高。该基本上有角地示出的功率曲线以P增加表示。该功率P增加在时刻tB升高至该提高了200kW的值，并且恒定地保持该值，直至结束时间tE，并且然后下降至该正常的功率期望曲线P定制的值上。正常的功率曲线P定制在其间下降，而这并未影响曲线P增加。开始时间tB和结束时间tE之间的时间为大约8s。此外，还示出了功率曲线P实际，其对应于所馈入的功率的实际上实现的值。根据图5，由此功率提高P增加在预先设置的准备时间t最大上与网络频率成比例。这对应于与出现的风能设备转子的转速无关的功率输出。
对于图5，此外补充性地阐述：风能设备的功率在频率支持期间仅仅与网络频率有关。在预先设置的准备时间t最大上附加地得到了与频率偏差成比例地要求的功率提高P增加。总的有功功率输出由此是根据转速-功率特性曲线在激活惯性仿真(Inertia Emulation)的时刻的功率与所要求的功率提高P增加之和。总的有功功率输出受风能设备的最大视在功率限制。在图7到10中的功率图中示出了风能设备配置的这些边界。
在根据图6的频率相关和转速相关的功率提高的情况下，所实现的功率提高在预先设置的准备时间上与网络频率成比例并且此外根据所出现的转子转速变化。根据风速和出现的转子转速，功率提高以匹配于转速的方式来施加。图6的命名法对应于图5，并且在时刻tB检测到频率过低并且实现功率提高大约200kW。在另外的直至结束时间tE的曲线中，转速下降，并且由此在不考虑功率提高情况下的期望功率(即P定制)下降。功率提高P增加包含在相应的当前的期望功率P定制以上的大约200kW的值。在时刻tE，功率提高于是结束并且功率P实际下降到期望功率P定制的值。
此外，对于图6阐述性地指出以下内容：风能设备的功率也在频率支持期间保持以预先给定的转速-功率特性曲线根据风速受控制。由此，总的有功功率输出P实际在预先设置的准备时间t最大上形成，并且由此作为当前的转速相关的功率P和与频率偏差成比例地要求的功率提高P增加之和。
图7和8示出了与图6和5对应的、功率期望值P参考和实际设置的功率值P实际的测量或记录。功率期望值P参考在此涉及在考虑功率提高的情况下的期望功率。在图7中示出的功率曲线在此对应于频率相关并且转速相关的功率提高，类似于在图6中示出的。在图8中示出的功率曲线对应于仅仅频率相关的功率提高，类似于在图5中示出的。要注意的是，然而图5到8分别示出了自己的曲线。
图9对于一个实施形式根据所选择的P增加_设置的值示出了不同的可能的频率相关的提高P增加。这三个示例性的曲线以P增加’、P增加”和P增加’”表示。
在死区频率以下，附加的功率P增加与测量到的频率偏差成比例地相关。频率提高从死区频率f死区开始，从0％线性地升高直至预先设置的功率提高P增加_设置(在达到控制带频率f死区时)。当被网络要求时，预先设置的功率提高P增加_设置可以附加地从额定功率起以额定功率的1％的步长直至最大允许的功率提高P增加_最大地来预先给定。在较大的频率偏差的情况下也并不超过P增加_设置。在准备时间期间出现的频率改变直接影响在功率提高方面的匹配。
以％为单位的比例P增加/P额定可以根据实际频率或测量到的频率f测量并且根据以％为单位说明的值P增加_设置来以下面的式子示出，其中f死区(ftotband)与f死区(fdeadband)含义相同：
(P增加/P额定)[％]＝((f死区-f测量)/(f死区-f控制带))×P增加_设置[％]
在表1中对于示例设备说明了特征性的值或者设置范围。原则上可以将死区频率表示为f死区(ftotband)或者f死区(fdeadband)，并且可以将控制带频率表示为f控制带(fRegelband)或者f控制带(fcontrolband)。可以将功率提高表示为P增加(Pincrease)或者P额外(Pextra)，并且可以将额定功率表示为PN或者P额定(Pnenn)。在行“最大功率提高”中，可以在使用P额外＝恒定或者使用P额外＝可变之间进行选择，其与将使用频率相关的功率提高还是频率相关并且转速相关的功率提高有关。
表1
Figure BPA00001443614400131

Claims (9)

1.一种用于驱动风能设备的方法，其中风能设备连接至电供给网络并且在工作中，即当存在初始速度以上并且在关断速度以下的风时，将电能馈入到供给网络中，并且更确切而言以供给网络所希望或者所要求的电压和频率馈入到供给网络中，其中在风能设备的额定值以上或者关断速度以下的工作中，风能设备的具有至少一个转子叶片的转子转动，并且发电机与风能设备的转子连接，该发电机通过转子来驱动，以便由此产生电能，其中风能设备具有测量在电供给网络中存在的频率的装置，并且所述测量网络频率的装置与用于控制风能设备的工作的控制装置连接，
其特征在于，当电网的网络频率比网络的所希望的期望频率低预先确定的频率值和/或当网络频率以其量超过预先确定的改变量的频率梯度、即单次的的改变而下降时，由风能设备的发电机输出给网络的功率在短时段内快速地升高到风能设备的当前功率以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先确定的频率值大于网络期望频率的1‰、优选地大于网络期望频率的2‰、特别优选地大于网络期望频率的3‰，和/或所述预先确定的改变量大于0.1Hz/s、尤其在0.2Hz/s-7Hz/s的范围中、优选地在0.5Hz/s-2Hz/s的范围中。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用存储在转子/发电机系统的转动惯量中的转动能来实现快速的功率提高。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所馈入的功率的频率始终对应于当前的网络频率，这就是说，当网络频率小于网络频率的例如为50Hz或60Hz的期望值时，所馈入的功率采用该网络频率以下的频率。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，实现功率提高至当前功率以上，即当之前以额定功率馈入时，也在额定功率以上。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在低于网络频率以下的预先确定的频率值之后或者在超过预先确定的改变量之后的10ms到1000ms、尤其为20ms到500ms、优选地为50ms到100ms的时段内实现功率提高，和/或以提高过的功率，即以在之前设置的功率以上的功率，对于为至少0.5s、优选地至少1s到最大30s、优选地最大为大约3s到6s、8s、10s、12s或者15s的另一时段进行馈入。
7.一种用于控制带有至少两个风能设备的风力发电厂的方法，其中根据上述权利要求之一所述的方法控制每个风能设备，其特征在于，一致地和/或以集中方式控制所有风能设备的输出至网络的功率的升高。
8.一种风能设备，其适用于执行根据上述权利要求之一所述的方法。
9.一种风力发电厂，其中该风力发电厂包括多个根据权利要求8所述的风能设备，和/或适用于执行根据权利要求7所述的方法。
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