CN103765717A - 用于驱动风能设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括用于将电功率馈送到电网（10）中的方法，其中借助于具有第一馈送装置（WP1，WP2）的至少一个风能设备（32）在馈送点处馈送到电网（10）中并且根据电网（10）中的电学变量进行馈送并且在测量时间点以预设的时间间隔检测电学变量的测量值或用于确定电学变量的测量值，并且其中将测量点同步到在第一馈送装置之外可用的外部的时间信号。

Description

用于驱动风能设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于尤其通过使用一个或多个风能设备将电功率馈送到电网中的方法。此外，本发明涉及一种风能设备以及一种风电场并且还涉及一种具有多个风电场的风电场系统。

背景技术

用于尤其借助于风能设备将电功率馈送到电网中的方法普遍知晓。除了纯粹馈送可用能量（或当考虑瞬时消耗时馈送功率）之外，馈送这些馈送方法通常还能够并且必须承担使电网稳定的任务。简化而言可以设计为，根据要馈送的电网（下面还简称为电网）中的电压而馈送更多或更少的功率和/或馈送更多或更少的无功功率，仅列出几个实例。电网电压、即电网中的电压的幅度、尤其该电压的有效值可以是重要的变量，以便根据此进行使电网稳定的措施。

例如，从国际申请WO02/086315A1中已知了与电网电压相关的相位角调节并进而已知了与电压相关的对无功功率的馈送。从根据公开文献DE19756777A1的德国专利申请中已知了与电网电压相关的功率调节，所述功率调节根据电网电压来改变所馈送的功率。

由于诸如风能设备或者具有多个风能设备的风电场的分散式馈送设备的广泛使用而出现下述问题：多个设备想要按照相同规定彼此无关地执行电网辅助。这会引起下述效果：一个设备试图抵消由于另一设备有目的地产生的辅助效果。该问题尤其当电网中的变量、尤其电网电压经受轻微波动时出现、即尤其在其幅度方面略微波动，并且示例提出的设备之一随机地倾向检测电压波动的较低的数值而另一设备倾向检测波动的较高的数值。在该情况下，检测趋向较低的数值的设备倾向于采取提高电压的措施，而趋向上检测较高数值的设备倾向于采取降低电压的措施。由此，设备会相反地工作。至少会出现下述情况：仅通过一个设备实施可能的电网辅助而另一设备无贡献或贡献较少。

在使用风电场时，该问题会通过下述方式解决：通过风能设备获得例如百分比形式的调节值来中央地控制风能设备，所述调节值由中央控制单元预给定，该控制单元相应地也操作电网中的电压测量。在任何情况下，这种风电场的设备由此不再会相反地工作。中央场调节例如在欧洲专利申请EP2113980A2中示出。

上面阐述的问题、即进行馈送的设备会相反地工作或者出现电网辅助的至少一种不期望的不均匀分布，对于多个彼此无关地馈送到电网中的风电场而言类似地出现。在多种不同的风电场中，通常出现下述问题：总是综合了不同制造商的风能设备。这至少使得目标值的共同的预给定和相协调变得困难，如在上面这已经针对一个场内的多个风能设备所阐述的那样。

作为普遍的现有技术参考文献US2004/0010350A1、WO2011/073670和WO2009/068034A1。

发明内容

因此，本发明基于下述目的：解决上述问题中的至少一个。特别地，要提出一种解决方案，其实现将多个基本上彼此无关运行的馈送到相同电网中的馈送单元分别均匀地馈送到电网中，尤其均匀地（至少关于其大小或馈送容量方面）而能够执行电网辅助的措施。至少要提出一种可替选的解决方案。

根据本发明，提出根据权利要求1所述的方法。因此，借助于具有馈送装置的至少一个风能设备在馈电点处将电功率馈送到电网中。可以设置一个风能设备、多个风能设备和/或风电场，其中馈送可以包含变压器的使用。

馈送根据电网中的电学变量来进行。当间接地进行测量时用于确定电学变量的测量值或电学变量的测量值以预设的时间间隔在测量时间点被检测。测量时间点同步到在所述第一馈送装置之外可用的外部时间信号。

预设的时间间隔例如可以以秒节奏或分钟节奏进行。这并不排除，由于有所给出的情况也略过时间点。

因此，电学变量规律地被确定并且经由外部时间信号进行同步，该同步实现预给定绝对时间点。

例如，总是能够在整分钟进行测量值记录。但是整分钟的时间指示通过外部同步是如下时间指示，其也在馈送装置之外限定并且进而也使用在根本不必与当前存在的馈送装置耦合的其他馈送装置中。因此，外部同步实现：彼此无关工作的馈送装置实际上规律地在相同测量时间点检测电网中的变量、尤其是电网电压。如果电网电压经受波动，那么可以通过该同步实现彼此无关工作的并进而彼此无关地进行测量的馈送装置测量相同的电网情况。因此如果由于所选择的测量时间点而在电压波动的情况下随机地测量所述波动的电压的高的值，那么全部所述馈送装置测量该高的值。相反地，如果检测到这种波动的电压的低的电压值，那么相同内容是适用的。为此，馈送装置不需要彼此通信。对于每个所述馈送装置而言，仅需要提供一个外部同步信号。

这种时间信号或同步信号例如可以是卫星辅助的定位系统、例如GPS或者例如Glonass或Galileo的其他卫星辅助定位系统的时间信号。

尽管尤其GPS普遍地仅为了位置确定而知名，而其也包含时间信号。公开的名称GPS是：“导航卫星测时和测距-全球定位系统”。因此，这种GPS提供全球可用的时间信号。因此，绝对而言，整分钟在世界范围统一地可用（以该实例为例），而与该整分钟是否例如应当与原子钟的整分钟相协调无关。重要的是，全部应当借助根据本发明的方法驱动的馈送装置限定相同的测量时间点。这通过使用这种外部的、在馈送装置之外可用的时间信号、如GPS的时间信号实现。

优选地，馈送装置构成为风能设备或构成为具有多个风能设备的风电场。这样，尤其对于彼此无关地馈送到电网中的风能设备或彼此无关地馈送的风电场而言，以简单的且高效的方式实现相应的协调。由此，实现均等地进行电网辅助的措施，而所述独立馈送的风能设备或独立馈送的风电场彼此间不需通信。

优选地，在预设的周期持续时间上记录测量值、求平均。这样，例如可以每分钟记录关于1秒或5秒的平均值（仅列出两个实例）并且进行分析。通过确定在此例如能够确定为周期持续时间开始的时间点的绝对测量时间点，进行测量记录并且尤其关于相同时间范围在彼此独立工作的馈送装置中求平均值，并且进而基本上得到相同的测量值或平均值。

优选地，驱动多个馈送装置，并且每个馈送装置为馈送而分别在自己的馈送点处被驱动。每个所述馈送装置为了同步相应的测量时间点使用相同的时间信号。因此，全部所述馈送装置的测量时间点被同步，并且相应地全部所述馈送装置分别在相同的时间点、即根据绝对尺度相同的时间点进行测量。在此尽管也没有识别可能的电压波动并且就此而言会存在小的测量误差，但是在任何情况下只要所述测量误差涉及电网中的时间上的波动或者由该波动所引起，这种测量误差在全部运行的馈送装置中会是相同的。

根据另一种实施形式提出，至少一个馈送装置、尤其全部所涉及的馈送装置分别具有一个时钟、尤其是高精度时钟。在此，借助于时钟计算测量时间点并且规律地借助于外部时间信号来同步时钟。由此应当实现该馈送装置相对于其他馈送装置的测量时间点的时间相同性或者应当实现全部应用所述方法的馈送装置的测量时间点的时间相同性。通过使用时钟、即内部时钟实现：用于馈送的方法不与外部的时间信号的连续的可获得性相关。更确切地说，该方法能够基于内部时钟来驱动并且仅需要偶尔执行借助外部的同步信号进行时间平衡。应当多频繁地执行这种同步尤其与内部时钟的同步质量相关。

优选地，将电网电压作为一个或多个电学变量检测。此外有利的是，根据所检测的电学变量、尤其根据所检测的电网电压进行用于辅助电网的措施，特别地，根据所检测的电网电压馈送无功功率和附加地或替选地馈送有功功率。由此，能够通过多个馈送装置、尤其多个风能设备和尤其多个风电场的所述无功功率和/或有功功率馈送以相同的方式和方法进行电网辅助。通过馈送装置中的一个的这种电网辅助产生的不均等的超载由此被避免。

优选地，能够借助于Scada系统执行用于同步的外部的时间信号的检测和/或同步的执行。基本已知的系统也可包含内部时钟，例如用于场调节的内部时钟。Scada系统也可以根据实施形式而设作为用于风电场的或用于风电场中的子功能的中央控制装置。

此外，提出一种风能设备，其具有用于从风中产生转动运动的气动的转子、用于从转动运动中产生电功率的发电机和馈送机构、尤其是换流器，以用于将电功率或其一部分馈送到电网中。因此提出，配置为馈送到电网中的风能设备配设有根据所描述的实施形式中的至少一种所述的方法。特别地，这种风能设备具有相应的在相应实施形式中为前提的或所提出的技术机构。特别地，这种风能设备具有带有过程控制装置的控制机构，过程控制装置执行所述方法中的一种。优选地，风能设备、尤其是其控制设备具有内部时钟，所述内部时钟能够借助于外部可用的信号同步。

此外，提出具有多个风能设备的风电场，所述风电场借助根据上述实施形式中的至少一种所述方法来控制、尤其是以执行这种方法的方式来控制。这种风电场能够具有配设有这种方法的相应的风能设备或者风电场可以包括用于执行根据本发明的方法的中央控制单元。在绝对时间点进行的同步和相应执行的测量可以对于风电场而言设置在中央。就此而言，可以通过使用经同步的测量的方式将多个风电场的测量彼此协调，而不需要风电场彼此间进行通信。

相应地，也提出具有多个风电场的风电场系统，其中每个风电场借助根据本发明的方法来控制。

附图说明

以下根据实施形式参照附图示例地阐述本发明。

图1示出使用根据本发明的方法的风能设备。

图2示意性地示出根据本发明的用于同步两个风电场的设计方案。

图3示意性地示出借助SCADA系统进行同步的连接到电网上的风电场。

图4阐明在电压波动情况下电压测量的基本问题。

图5示出用于阐明与电压有关的无功功率馈送的曲线图，作为电网辅助实例。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和一个整流罩110的转子106。转子106在运行时通过风被置于转动运动中并且由此驱动吊舱104中的发电机。

图2示意地示出电网10，所述电网的功率特性说明性地通过导线电感12、导线电阻14和导线电容16来表明。在实际观察中，由此在所述导线电感12、导线电阻14和导线电容16的两侧上得到电网中的不同的电压，所述电压示出为U1和U2。

在对应的位置处，说明性地，第一风电场WP1和第二风电场WP2进行馈送。两个风电场WP1和WP2中的每一个都能够将无功功率馈送到电网10中，这通过也可称作为Q调节器的无功功率调节器18来表明。

相应地，两个风电场WP1和WP2都具有电压传感器20，该电压传感器将所测量的电压值U相应地提供给无功功率调节器18，以便所述无功功率调节器能够与电压有关地将无功功率馈送到电网10中。

在图5中示出无功功率馈送的可行的方式和方法。在那里，根据电压U₁或U₂绘制无功功率Q。在那里，简化地以无功功率Q与电压U₁或U₂之间的线性关联为基础，所述电压从特定的电压值起具有极限值。在此，在一阶近似中在此所基于的是：可关联于图2的图示的电压U₁和U₂大致相同大。要注意的是，在此就电压的有效值而言取决于电压大小。也可以基于其他变量，但这也并不常见。

在图2中以说明的方式示出，通过全局时间信号22使这两个风电场WP1和WP2同步。该外部时间信号22在此通过GPS产生，所述GPS除在那里表示为Pos的位置之外也产生在那里表示为T的时间信号。这说明性地为定时器24，所述定时器例如实现同步到分钟起点。同步信息从定时器24传输到两个风能设备场WP1和WP2。

图3的风电场30包括三个风能设备32，以用于阐明。因此，风电场30并且进而还有各个风能设备32通过可称作为WP-Contr.的风电场调节器34来控制。在此，风电场或者每个单独的设备获得在电网中检测的电压U和无功功率Q的期望值。

为此，风电场34获得SCADA系统36的数据，所述SCADA系统此外从卫星辅助的系统38中获得用于同步的时间数据40。因此，风电场30可以同步到绝对的时间信号、相应地包含相对于其他风电场相同的绝对的测量时间并且相应地经由说明性示出的变压器42馈送到电网10中，所述电网可以不同于图2的电网10。由此也可以进行相应的电网辅助、例如无功功率馈送。

图3也阐明可与SCADA系统36连接的互联网44。原则上也可行的是，只要精度要求总是足够，就经由互联网实现时间同步。

图4阐明在电压曲线波动的情况下不同的测量时间的可能结果。在图4中根据时间t绘制电网电压U。要分别以数字1至3示出不同的风电场、即第一风电场、第二风电场或第三风电场的测量时间点。这也可以与彼此独立进行馈送的风能设备相关。在此，图4表明：在不同的测量时间点存在不同的电压大小。在此，也形成在求平均值时的问题。因此，例如以阴影示出两个与第二馈送装置相关联的测量点的范围。阴影的范围的持续时间例如可以为400ms。求平均值也可以与在何种范围上进行测量有关。通过所提出的同步也可以借助求平均值来改进测量。

例如，可以在分钟交替时进行时间同步或者总是参照分钟起点。测量区间可以为400ms，仅列举一个实例。求平均值可以作为算术方法使用。同样地，例如可以考虑也具有滤波特性的其他方法。

作为一种构思所基于的是：在局部彼此分开地进行的不同测量中得到几乎相同的测量值。如果不考虑硬件技术的差异/测量误差，则测量方法对于该结果而言是唯一起决定性作用的。存在三种时间相关性：测量时间点、测量持续时间、采样时间，对此提出同步其中的一个、多个或全部。

从技术来看，测量时间点基本上对于测量值检测是重要的。通过相对精确的定时器，在短的时间周期中，采样时间和测量持续时间中的误差（这也会与具体的状况有关）通常小到可忽略。

如果在不同的、局部彼此分开的测量中测量时间点不同步，那么会出现极大的偏差，这应当通过本发明来识别并且避免。

因此，根据本发明，可消除或者至少降低不同场的场调节相互影响的问题。对于场即风电场中的各个设备已经提出下述解决方案，所述解决方案使用风能设备彼此间的相应的通信或者与中央系统如SCADA的通信。

借此，均匀的馈送尤其实现彼此独立进行馈送的风电场的电网辅助。要注意的是，通常首先经由无功功率调节进行电网辅助。如果这不充分，那么可以附加地使用有功功率调节。

用于改进风电场之间统一的测量的措施是使用多个采样值或必要时更高地采样和/或使用更长的测量时间段。例如，可每50ms或每400ms求一平均值。所述的例如经由GPS进行的同步的解决方案同样实现一种解决方案。在这两种情况下，应当实现不同的馈送或馈送装置、尤其不同的风电场或风能设备之间尽可能相同的前提。

在此可以使用又包含分层式服务器的GPS，所述分层式服务器具有相应高的精度等级并且进而有利地形成同步。尤其使用所谓的Hopf设备。

为了实现尤其不同风电场的不同馈送装置的相同前提，有利的是存在统一的同步、统一的测量时间段和统一的测量方法。

必要时，能够将测量时间段从400ms提高至1.5s，以便由此实现改进。

因此，尤其提出时间同步。由此可以通过自给自足的、竞争的调节器来同步，以便确保这种调节器的、尤其两个这种调节器的稳定性。

如果例如在也可称作馈送节点的电网馈送耦合点处驱动多个分立的电压调节装置，那么所述电压调节装置不同步地运行。在极端的情况下，会引起调节器相互起振。该问题的原因是各个调节器的对测量值求平均。

通过将平均值用作在相同的边界条件（即尤其启动时间、测量持续时间和采样率）下形成的输入变量，所有调节器可以提供几乎相同的测量值。同步优选唯一地进行并且单独地进行一段时间，由此在没有所涉及的设备的直接通信的情况下实现同步。

因此，提出一种解决方案，该解决方案遵循下述目的，经由时间信号实现两个风电场的同步。这当然也可应用于多个风电场。否则，对电网连接点的电压求平均可以根据所使用的测量区间而在不同的测量时间点启动并且也持续不同的时长。

通过不同的求平均可以在所参与的风电场之间出现起振，这可能引起：一个风电场比另一风电场承受更强的负载并且进而会引起不均等的负载分布。在该上下文中，也指出BDEW-Richtlinie，中压电网上的发生设备的技术准则、用于中压法规上的发生设备的连接和并行运行的准则（2008年6月出版），上述内容在其29/138页公开：是否对电压关于1s或1min求平均。因此尽管如此在不同的测量时间段或测量区间考虑上述准则。提出了，相应地使用相同的测量区间。

该方法不仅能够应用在不同制造商的风电场中，而且也能够应用在空间上分离的测量位置中。

Claims (12)

1.一种用于将电功率馈送到电网（10）中的方法，其中

借助于具有第一馈送装置（WP1，WP2）的至少一个风能设备（32）在馈送点处馈送到所述电网（10）中，以及

根据所述电网（10）中的电学变量进行馈送，并且以预设的时间间隔在测量时间点检测所述电学变量的测量值或用于确定所述电学变量的测量值，并且其中，将所述测量时间点同步到在所述第一馈送装置之外能够使用的外部时间信号上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个风能设备（32）构成为具有多个风能设备（32）的风电场（WP1，WP2）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述测量值作为关于预设的周期持续时间的平均值来记录、尤其是求平均。

4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，驱动多个馈送装置（WP1，WP2），并且每个馈送装置（WP1，WP2）为了馈送而分别在自己的馈送点处被驱动，并且其中所述馈送装置的每个为了同步相应的测量时间点都使用相同的时间信号，使得所有所述馈送装置（WP1，WP2）的所述测量时间点是同步的，使得所有所述馈送装置（WP1，WP2）分别在相同的时间点检测所述测量值。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述馈送装置（WP1，WP2）分别使用相同的同步、相同的测量时间段和/或相同的测量方法。

6.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将卫星辅助的定位系统、例如GPS的时间信号用作外部时间信号。

7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，至少一个馈送装置（WP1，WP2）分别具有一个时钟、尤其是高精度时钟，借助于所述时钟计算所述测量时间点并且规律地借助于所述外部时间信号来同步所述时钟，以便实现所述馈送装置（WP1，WP2）的所述测量时间点的时间相同性。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述电网电压作为电学变量来检测。

9.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，根据所检测的所述电学变量、尤其根据所检测的所述电网电压进行用于辅助所述电网（10）的措施，特别地，根据所检测的所述电网电压馈送有功功率和/或无功功率。

10.一种风能设备（32），具有用于从风中产生转动运动的气动转子、用于从转动运动中产生电功率的发电机和馈送机构、尤其是换流器以用于将电功率或其一部分馈送到电网（10）中，其中借助根据权利要求1至9中的任一项所述的方法控制所述风电场（WP1，WP2）。

11.一种风电场（WP1，WP2），具有多个风能设备（32），尤其多个根据权利要求10所述的风能设备，其中所述风电场（WP1，WP2）借助根据权利要求1至9中的任一项所述方法来控制。

12.一种风电场系统，具有多个根据权利要求11所述的风电场（WP1，WP2）。

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