CN105474498B - 用于将电功率馈送到供电网中的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助于风电厂(112)将电功率(P)馈送到供电网(2)中的方法，其中所述风电厂(112)从连接电网(4)经由变压器(6)向所述供电网(2)馈送，并且第一连接电网(4)具有连接电网电压而所述供电网(2)具有供电网电压，其中所述馈送根据虚拟的测量电压(UVIRT)进行，以及计算虚拟的测量点(12)的电压作为虚拟的测量电压(UVIRT)。

Description

用于将电功率馈送到供电网中的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于风电厂将电功率馈送到供电网中的方法。此外，本发明涉及一种执行这种方法的或准备执行这种方法的风电厂。
背景技术
已知的是，借助于风电厂将电功率馈送到供电网中。在此基本上基于如示意性地在图2中示出的风电厂，所述风电厂包括多个根据示意性的图1的风能设备。
对于这种风电厂也已知的是，对供电网进行馈送的该风电厂用于支持供电网。也就是说，风电厂不仅运行为使得其将最大功率馈送到供电网中、即所谓的并网运行(Netzparallelbetrieb)，而且使得其必要时也根据类型和量将其馈送调整使得能够支持供电网。这种方法例如从美国申请10/490,896中公开。
现今，风电厂越来越多地也用于电网支持。虽然基本上可迎合这种趋势，但是存在如下危险：在供电网中许多进行馈送的和稳定化地工作的风电厂可能在不利的情况中相互妨碍地工作并且存在振动特性的可能性。在供电网中有想要辅助稳定化的其他分散式发生器的情况中基本上也存在这种危险。
德国专利和商标局在优先权申请中检索了下述现有技术：DE 10 2009 030 725A1、EP 1 802 866 B1和EP 2 551 984 A2。
发明内容
本发明由此基于下述目的：解决上述问题中的至少一个。尤其是，要实现一种解决方案，所述解决方案实现辅助电供电网的稳定性提高或者至少实现保持电供电网稳定性。至少要提出一种替选的解决方案。
根据本发明，提出一种根据本发明的实施例所述的方法。据此，风电厂将电功率馈送到供电网中。风电厂从一个连接电网经由变压器向供电网馈送。在此，连接电网具有连接电网电压并且供电网具有供电网电压。连接电网例如也可以是电厂电网(Parknetz)，所述电厂电网连接风电厂的风能设备。变压器可以形成馈送点或者设置在馈送点上，风电厂经由所述馈送点向电供电网馈送。
馈送根据虚拟的测量电压进行。在馈送时由此至少针对一些方面参考该虚拟的测量电压。虚拟的测量点的电压称为虚拟的测量电压。据此，确定虚拟的测量点，所述测量点优选位于供电网的线路中、位于连接电网的线路中或者位于变压器中，并且通过拓扑知识计算在该虚拟点处的电压。
也就是说，在一个部位处进行测量，例如在连接电网中在变压器处进行测量。此外，确定虚拟的测量点，所述虚拟的测量点尤其可以位于供电网中的所期望的点处或者也可以位于变压器中的所期望的点处。虚拟的测量点也可以位于变压器和供电网之间的连接线路中。因此从在实际的测量点处测量的值中计算虚拟的测量点处的电压，所述电压由此是虚拟电压。这种如此计算的虚拟的测量电压随后作为向供电网馈送电功率的基础。
由此实现：在所期望的点、即虚拟的测量点处检测电压。在这种方法中有利的是，实际的电压测量至少部分地去耦。虚拟的、即所计算的电压与其他馈送不怎么有关。由此可避免因部分仅最小的测量偏差(特别在与具有I部分的调节器的结合中)而可能出现的问题。
在所提到的实例中，在连接电网中、即例如在电厂电网中可以进行测量并且仍然可以将供电网中在所期望的部位处的电压值作为基础。此外，针对每个所描述的实施方式作为一种可能性提出：供电网是电厂电网。
根据一个实施方式提出：将虚拟的测量点设于变压器中。尤其，在该方法中在该处考虑稳定的电压值。馈送可以参照该稳定的电压值并由此也可以实现更高的馈送稳定性并进而最终实现更高的供电网稳定性。尤其，变压器中的这种虚拟的测量点不被另一个风电厂使用。由此可以避免：例如两个风电厂要在相同的点中或者至少在相同的部位处调节电压并且由此可能相互妨碍地工作。由此避免了这两个示例性提及的风电厂在调节同一电压时相互妨碍的工作。
优选地，风电厂从中压电网向高压电网馈送，即连接电网是中压电网，并且从而连接电网电压是中压，并且供电网是高压电网，即供电网电压是高压。在此，风电厂由此在向该高压电网馈送时作用于相对高的电网等级。作用到这种高的电网等级上的馈送的有效范围也是相应大的。
高压在此通常为110kV，其中这就具体国家而言例如也可以不同地定义。中压大致在1kV至50kV的范围中。在此，所述定义对具体国家而言也可以是略微不同的。
根据一个实施方式提出：变压器中的虚拟的测量点设于预定的额定值上。该额定值优选可以位于大约20kV的范围中。
当例如在20kV的电网中进行测量并且变压器升压到110kV时，相对于所测量的电压计算虚拟的电压。作为实例，可以从所测量的20.2kV的电压中计算虚拟电压，包括电压差在内，也就是说，例如作为0.7kV的虚拟的变压器分接头的计算。由此，虚拟电压在该实例中为20.9kV。在此所使用的电压调节器现在以20.9kV的虚拟电压和在所提及的实例中20kV的期望电压工作。
根据一个实施方式，从所测量的电压、瞬时馈送的功率和瞬时馈送的无功功率中计算虚拟的测量点处的虚拟的测量电压并且在此考虑相应的电阻和相应的电抗，所述电抗位于实际的测量点和虚拟的测量点之间。
根据虚拟的测量点的选择，这也可以是如下线路的电阻和电抗，所述线路位于实际的测量点和虚拟的测量点之间。必要时，加上变压器的电阻和电抗。必要时，仅考虑电阻或者仅考虑电抗就足够了，如果这两者中的一个可被忽略的话。
但是，作为测量值也可以附加地或者单独考虑其他值，例如变压器的电流，必要时从所述电流中也可推导出功率和/或无功功率。
此外，在测量和计算时分别将有效值作为基础。但是，优选地针对所测量的电压和/或所计算的虚拟电压分别使用复数值、即分别根据数值和相位的电压值。如果考虑电流，那么该电流也可以作为复数值、即根据数值和相位来考虑。由此必要时也可确定有功功率和无功功率。应当指出的是，如果提及的是所馈送的功率，那么这指所馈送的有功功率。
根据一个实施方式提出：根据虚拟的测量电压来改变所馈送的功率和/或所馈送的无功功率。由此提出一种与电压相关的功率调节和/或与电压相关的无功功率调节，所述与电压相关的功率调节和/或与电压相关的无功功率调节参照虚拟的测量电压。
此外，根据本发明提出一种风电厂，所述风电厂根据在上文中所描述的实施方式中的至少一个执行向供电网中馈送电功率或者准备于这种执行。这种准备在此尤其包括：风电厂具有相应的控制单元，所述控制单元控制功率在馈送点处的馈送、尤其在变压器处的馈送，和/或可以评估代表测量电压并且必要时代表所馈送的有功功率和无功功率的相应的测量值。此外或者替选地，设有该控制单元或者另一个控制单元或计算单元，所述计算单元可以进行虚拟的测量电压的计算。尤其，这种控制单元、尤其场控制单元具有相应的微处理器。
附图说明
接下来根据实施例示例性地参考附图详细阐述本发明。
图1示意性地示出风能设备的立体视图。
图2示意性地示出风电厂。
图3和4分别示意性地示出供电网的一部分连同共同的连接点以及关于其的等效电路图。
图5示意性地示出计算操作器用于图解说明虚拟电压的计算。
图6至8示出具有不同的虚拟的测量点的所连接的风电厂的三种可能的情况。
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和导流罩110的转子106。转子106在运行时通过风被置于旋转运动并且由此驱动吊舱104中的发电机。
图2示出具有示例性地为三个风能设备100的风电厂112，所述风能设备可以是相同的或者不同的。三个风能设备100由此代表风电厂112的基本上任意数量的风能设备。风能设备100经由电厂电网114提供其功率、即尤其所产生的电流。在此，各个风能设备100分别所产生的电流或功率相加，并且通常设有变压器116，所述变压器升压变换电厂中的电压，以便随后在馈送点118处馈送到供电网120中，所述馈送点也通常称为PCC。图2仅是风电厂112的简化视图，其例如未示出控制装置，虽然控制装置自然是存在的。电厂电网114例如也可以不同地设计，其中在每个风能设备100的输出端处例如也可以存在变压器，这里仅作为一个不同的实施例举例说明。
图3在其上部分中示出电网中的具有馈送点的一部分，即：电供电网2、所指示的连接电网4和用于将连接电网4中的电压即连接电网电压升压变换到供电网2中的电压即供电网电压上的变压器6。此外，指示三个测量部位或者测量点、即电厂测量点8、电网测量点10和虚拟的测量点12。也可称为电厂侧的测量点的电厂测量点8在连接电网4中直接设置在变压器6上游，所述连接电网在此也形成电厂电网4。电网测量点10在供电网2中直接设置在变压器6处，所述电网测量点也可称为电网侧的测量点。从电厂电网或者连接电网4来看，电网测量点10由此设置在变压器6下游。虚拟的测量点12基本上设置在供电网4中的任意的点处，尤其明显远离电网测量点10。虚拟的测量点是供电网中在如下位置处的点，所述位置处电压是令人感兴趣的，尤其对于以其为基础的调节而言是令人感兴趣的。图3(并且同样图4)示出供电网2中的虚拟的测量点12。但是针对虚拟的测量点也可以考虑变压器6中的位置。
电网测量点10或者变压器6本身可称为共同的馈送点(PCC)。
图3除了所示出的包括馈送点在内的电网部段外还示出等效电路图ESB。对于变压器6而言，电阻RT和电抗XT是等效构件。对于从电网测量点10直至虚拟的测量点12的部段而言，等效构件RT和XT代表供电网2的特性。在电网测量点10处产生瞬时的线电压U act，所述线电压在等效电路图ESB中作为相对于零线N的相电压U act/√3来说明。此外，电流I流动。就此而言，在此使用电流和电压的复数值。图3图解说明如下情况：虚拟的测量点对应于实际的测量点，在此即对应于电网测量点10。虚拟的测量电压在此表示为U * act。因为在此测量电压和虚拟电压是相同的，所以适用的是：
在数学上这也可以表达为：等效值R和X具有值0：
R＝X＝0。
图4图解说明如下情况：供电网2中的虚拟的测量点12与电网测量点10明显间隔地设置。对于这种情况而言，可以根据所测量的电压U act借助供电网2的电阻RL和电抗XL来计算虚拟电压U * act。在计算中，供电网2的等效电路图ESB的这些参数出于简明的原因不带脚标地使用。在接下来的等式中，R和X由此描述供电网2在电网测量点10和虚拟的测量点12之间的电阻或电抗。虚拟的测量电压U * act的数值由此根据下述等式来计算：
虚拟的测量电压U* act由此从电阻和电抗R和X以及线路电流I中来计算。线路电流I对此也可以划分为实部和虚部并且可从当前的有功功率Pact、所馈送的无功功率Qact和当前所测量的电网电压Uact中来计算：
在上文中所提及的用于计算虚拟的电压I * act的计算公式由此基于：电阻R和电抗X不为0，而是更小，因为其作用在计算虚拟的测量电压U* act时被抵消。
对于当前的计算而言，所述值、尤其表示电阻R和电抗X的参数可以归一化地使用。作为用于归一化的参考变量或者基本变量例如可以将阻抗ZBase作为基础，所述阻抗可以从额定电压Urat和待馈送的额定有功功率Prat中根据下述公式来计算：
由此对于虚拟的测量点12可确定虚拟的测量电压U * act。
根据另一个实施方式提出：虚拟的测量点12位于变压器6中。计算虚拟的测量电压U * act因此就此而言如在上文中针对供电网2中的虚拟的测量点12那样执行，其中必须使用表示变压器6的相应的部分即相应的绕组部分的电阻R’和电抗X’。
表示电阻R或R’和电抗X或X’的值可以通过测量来确定或者根据所基于的拓扑知识确定。也可以考虑根据测量值的计算，尤其针对变压器中的虚拟的测量点。
图5图解说明根据功能块50对虚拟的测量电压UVIRT的确定。该功能块50需要对应的电阻R和对应的电抗X作为输入参数并且需要当前所馈送的无功功率、当前所馈送的有功功率P和当前施加的电压U作为参考点或测量点的测量值。一般而言，因此虚拟的测量电压UVIRT是这两个参数和这三个测量值的函数：
UVIRT＝f(R，X，P，Q，U)
由此计算出的虚拟电压UVIRT可以作为实际值用于电压调节，所述电压调节获得参考电压Uref作为期望值并且由其计算调节量、即尤其待馈送的无功电流。
图6至8示出风电厂连接连同所提出的虚拟的电压测量的不同的情况。根据图6，从在变压器6之前的风电厂112来看，中央的电厂控制装置FCU在连接电网4中进行测量。虚拟的测量点12在此位于变压器6中。对于虚拟电压的计算而言，变压器基本上也可以通过电感部分X变压器和欧姆部分R变压器的串联电路的所指示的等效电路图来描述。
在所示出的情况中，供电网2的局部部段602是特别重要的，所述部段示意性地具有发电机G和用电器V，所述发电机和用电器以代表各种部件的方式示出。局部部段602最终经由线路604与供电网2的其余部段606连接。
根据图7的构造对应于图6的构造，其中虚拟的测量点12位于连接线路608的范围中，所述连接线路位于变压器6和供电网2的局部部段602之间。在此，连接线路608是主要的、至少是不可忽略的，使得在此虚拟的测量点12可以如所示出的那样选择。测量借助于电厂控制装置FCU相对于风电厂112在变压器6下游进行。
根据图8的情况，未设局部部段602，至少不作为重要的来示出。虚拟的测量点12在此置于变压器6中并且测量借助于电厂控制装置FCU从风电厂112来看在变压器6下游和在线路604上游进行，所述线路形成至供电网2的或至供电网2的其余的或其他远离的部段606的连接。
图6至8由此明确了：虚拟的测量点根据具体当前的拓扑可以置于变压器中或者可以设于线路的一个位置处。此外，可以关于风电厂在变压器上游或下游进行实际的测量。在任何情况下，虚拟电压都基于测量来计算，其中对于这种计算而言尤其考虑所馈送的电流、尤其无功电流。
由此提出，借助于对电网中的馈线和/或其他部件上的电压降的抵消来计算供电网中的虚拟电压。尤其，根据一个实施方案提出，以这种方式和方法计算变压器中的虚拟电压。优点在于，对实际电压测量进行相应地去耦。
为了计算，所述抵消需要要被抵消的电阻和电抗的数据。此外结合相应的测量部位的测量变量。结果是虚拟的测量点处的电压。在该部位处随后进行调节，也就是说，尤其对馈送的调节连同可能的支持电网的措施基于虚拟的点处的该电压或该虚拟电压。
由此提出一种解决方案，其中电压测量被去耦。风电厂的电网电压不仅刚好受该风电厂影响，而且可以受其他的发生器或者用电器影响，所述发生器或用电器在相同的或者位于附近的电网点中被连接。
当在这种情况中多个单元、即尤其多个风电厂在该电网点上执行电压调节，尤其借助于PI或者PID调节器执行电压调节，这会引起调节上的不稳定。这可能因如下原因造成：这些单元中的每一个测量到有小偏差的电网电压。该偏差可能因测量的公差引起，所述偏差又可能与相应的测量设备、不同的测量方法或者具有公差的转换器芯有关，这里仅作为一些实例来举例说明。
如果此时每个调节器、即单元的相应的调节器尝试调节该电压，那么会产生问题，所述问题尤其因积分部分(I部分)而引起。每个还如此小的偏差由于积分部分或早或晚积分为显著的值。
为了解决该问题，尤其提出将所测量的电网电压分别以任何合适的形式去耦并且为此根据本发明提出使用虚拟的测量点。虚拟的测量点的计算、即虚拟的测量点中的电压，通过线路或变压器的电学计算来进行。在此，基于这样的部构件即欧姆电感部件的线路或变压器。相应的公式已经在上文中作为针对虚拟的测量电压U* act的计算予以说明。
此时，通过使用虚拟的测量点、即据此所计算的电压，不再使用实际的电压测量作为用于调节的实际值，而是使用实际电压和欧姆电感部件即变压器或线路的电压降的相加。该电压降相应地从表示R和X的参数中计算出来，所述参数来自风电厂的所馈送的电流I、即流过相应的部件的电流。
如果此时通过电压调节馈送较大的无功电流，这里这作为一个实例来举例说明，那么对实际电压有影响并且同时对线路或变压器上的电压降有影响。真实的实际电压测量由此部分地去耦。
虚拟电压由此是如下函数，所述函数与值Uist、Pist和Qist有关。借助于这种换算过的(虚拟)电压现在尤其可以使用PI电压调节器。

Claims (8)

1.一种用于借助于风电厂(112)将电功率馈送到供电网(2)中的方法，其中
-所述风电厂(112)从连接电网(4)经由变压器(6)向所述供电网(2)馈送，并且第一连接电网(4)具有连接电网电压而所述供电网(2)具有供电网电压，
-所述馈送根据虚拟的测量电压(UVIRT)进行，以及
-计算虚拟的测量点(12)的电压作为虚拟的测量电压(UVIRT)，
其中所述虚拟的测量点(12)位于所述变压器(6)中和置于预定的额定值上，以及
所述虚拟的测量点(12)处的所述虚拟的测量电压(UVIRT)根据如下项中的至少一项来计算：
-所述连接电网电压，
-所述变压器的电流(I)，
-瞬时馈送的有功功率(P)，和
-瞬时馈送的无功功率(Q)
和所述计算根据如下项中的至少一项来进行：
-所述变压器(6)中的至少一个变压器或者其一部分的电阻(R)，和
-所述变压器(6)中的至少一个变压器或者其一部分的电抗(X)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
另一虚拟的测量点
-位于所述供电网(2)的线路中，
-位于所述连接电网(4)的线路中，或者
-位于所述变压器和所述供电网之间的馈线中。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述虚拟的测量点(12)置于20kV的预定的额定值上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
-所述供电网电压是110kV的高压，或
-所述连接电网电压是20kV的中压。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述计算根据实际的测量点(10)和所述虚拟的测量点(12)之间的线路的电阻(R)和电抗(X)中的至少一个进行。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
-在所述虚拟的测量点处，所述变压器(6)的绕组的一部分是起作用的，并且所述测量点的电学位置通过所述变压器(6)的起作用的绕组的数量与绕组的总数量的比值来限定，
-起作用的所述绕组的电阻(R)和电抗(X)作为参数以计算所述虚拟的测量点处的所述虚拟的测量电压(UVIRT)，以及
-根据整个所述变压器(6)的电阻和电抗以及所述变压器(6)的起作用的绕组的数量与绕组的总数量的比值来计算表示所述起作用的绕组的所述电阻(R)和所述电抗(X)的值。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
根据所述虚拟的测量电压(UVIRT)，
-提高或降低所馈送的有功功率，或
-提高或降低所馈送的无功功率。
8.一种用于将电功率馈送到供电网(2)中的风电厂(112)，其中所述风电厂(112)准备执行借助于根据权利要求1至3中任一项所述的方法的馈送。
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