CN105830328B - 发电站 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其涉及一种发电站(10)，具有：内部交流电网(20)；连接到内部交流电网(20)的多个电能产生单元(30,31)；以及至少一个高压直流传输装置(40)，其连接到内部交流电网(20)，能够经由直流链路连接到外部交流电网(50)，并且使得能够进行从内部交流电网(20)向外部交流电网(50)的方向的能量传输。根据本发明设置为，能量产生单元(30,31)将其功率经由电力电子变流器馈入内部交流电网(20)中，或者经由双馈式异步电机的定子馈入内部交流电网(20)中，双馈式异步电机的转子经由电力电子变流器供电，并且能量产生单元(30,31)分别具有同步装置(60)，同步装置(60)适合于调节相应的能量产生单元(30,31)的输出电压的产生或者通过相应的能量产生单元(30,31)的输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位，相对于在输入侧施加的同步信号(S)具有对相应的能量产生单元(30,31)预先给定的额定相位

Description

发电站
技术领域
本发明涉及一种发电站，具有内部交流电网、连接到内部交流电网的多个电能产生单元和至少一个高压直流传输装置，高压直流传输装置连接到内部交流电网，能够经由直流链路连接到外部交流电网，并且使得能够进行从内部交流电网向外部交流电网的方向的能量传输。
背景技术
所描述的类型的发电站作为能量产生单元由风力发电设备形成的风电场或者作为能量产生单元由光伏发电设备形成的光伏发电场而已知。在这些发电站中使用的高压直流传输装置在发电站的内部交流电网侧相应地具有自换向的整流器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够以比迄今为止的发电站更便宜的方式实现的发电站。
根据本发明，上述技术问题通过具有根据权利要求1的特征的发电站来解决。在从属权利要求中给出了根据本发明的发电站的有利构造。
据此，根据本发明设置为，能量产生单元将其功率经由电力电子变流器馈入内部交流电网中，或者经由双馈式异步电机的定子馈入内部交流电网中，双馈式异步电机的转子经由电力电子变流器供电，并且能量产生单元分别具有同步装置，同步装置适合于调节相应的能量产生单元的输出电压的产生或者通过相应的能量产生单元的输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位，相对于在输入侧施加的同步信号具有对相应的能量产生单元预先给定的额定相位。
在此可以看到，根据本发明的发电站的一个显著的优点是，其中高压直流传输装置内部交流电网侧不必是自换向的，而可以是线路换向的。换句话说，在根据本发明的发电站中，在内部交流电网侧可以使用线路换向的整流器来代替自换向的整流器，由此能够节省相当大的成本；因为与自换向的整流器相比，线路换向的整流器在技术上更简单，由此能够以更低的成本制造。根据本发明，因为通过能量产生装置的同步使内部交流电网充分地稳定化，因此可以在内部交流电网侧使用线路换向的高压直流传输装置，从而在内部交流电网不需要高压直流传输装置的自换向。
如已经提到的那样，考虑到成本最小，视为有利的是，高压直流传输装置在与内部交流电网的连接侧具有至少一个线路换向的整流器。换句话说，优选高压直流传输装置在与内部交流电网的连接侧是线路换向的高压直流传输装置。
总之，有利的是，高压直流传输装置在内部交流电网侧是线路换向的高压直流传输装置，并且在外部交流电网侧是自换向的高压直流传输装置。
为了确保紧急运行，或者在能量产生单元的能量产生不足的情况下也确保覆盖内部交流电网自己的需求，视为有利的是，高压直流传输装置在与内部交流电网的连接侧具有至少一个自换向的整流器，其适合于作为逆变器工作，并且将来自高压直流传输装置的直流侧的能量馈入内部交流电网中，以覆盖内部交流电网自己的需求。由于可以作为逆变器工作的自换向的整流器的存在，当内部交流电网处存在电网电压不足时，可以进行从外部交流电网向内部交流电网的方向的能量传送。
优选对发电站的所有能量产生单元施加相同的同步信号。
考虑到内部交流电网的特别高的稳定性，视为有利的是，在发电站工作期间，对能量产生单元中的至少一半预先给定相同的额定相位，下面称为中心额定相位，并且能量产生单元中的该一半产生具有相同的中心额定相位的输出电压或者输出电流。
为了对位于内部交流电网中的无功功率进行补偿，或者为了在交流电网中产生无功功率，可以设置为，对能量产生单元中的至少一个预先给定或者能够预先给定从中心额定相位偏移的单独的额定相位。
例如可以设置为，对至少一个能量产生单元预先给定从中心额定相位偏移90°或者至少如下偏移的单独的额定相位，使得能量产生单元向内部交流电网中馈入无功功率。
优选发电站具有中心装置，其连接到所有能量产生单元，并且被构造为对每个能量产生单元分别预先给定额定相位。
考虑到同步信号的简单传输，视为有利的是，能量产生单元分别具有无线电接收器，并且能量产生单元的无线电接收器分别通过无线电接收其同步信号。
同步信号例如可以是所谓的GPS信号(GPS：全球定位系统)；在这种情况下，无线电接收器优选是GPS接收器。
发电站例如可以是风电场或者光伏发电场，其中，能量产生单元由风力发电设备和/或光伏发电设备形成。
内部交流电网例如可以是多相电网、特别是三相交流电网。
本发明还涉及一种用于上面描述的发电站的能量产生单元。关于该能量产生单元，根据本发明设置为，其具有同步装置，其适合于处理在输入侧施加的同步信号以及由能量产生单元产生的输出电压的相位或者由能量产生单元馈入内部交流电网中的输出电流的相位，并且调节输出电压的产生或者输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位对应于对能量产生单元预先给定的额定相位。
关于根据本发明的能量产生单元的优点，参考上面结合根据本发明的发电站的描述，因为根据本发明的能量产生单元的优点基本上对应于根据本发明的发电站的优点。
本发明还涉及一种发电站的操作方法，发电站被构造为具有内部交流电网、连接到内部交流电网的多个能量产生单元以及连接到内部交流电网的至少一个高压直流传输装置。
关于该方法，根据本发明设置为，向能量产生单元中分别馈入同步信号，并且能量产生单元分别采集在输入侧施加的同步信号以及由相应的能量产生单元产生的输出电压的相位或者由相应的能量产生单元馈入内部交流电网中的输出电流的相位，并且调节输出电压的产生或者输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位相对于同步信号，对应于相应的对能量产生单元预先给定的额定相位。
关于根据本发明的方法的优点，参考上面结合根据本发明的发电站的描述。
附图说明
下面根据实施例详细说明本发明；在此，
图1示例性地示出了根据本发明的发电站的一个实施例，其中，高压直流传输装置在内部交流电网侧具有线路换向的整流器，
图2示例性地示出了根据本发明的发电站的一个实施例，其中，高压直流传输装置在内部交流电网侧不仅具有线路换向的整流器，还具有自换向的整流器，
图3示例性地示出了根据本发明的发电站的一个实施例，其中，存在中心装置，其连接到发电站的所有能量产生单元，并且分别对能量产生单元预先给定单独的额定相位，以及
图4示例性地示出了根据本发明的发电站的一个实施例，其中，存在中心装置，其分别对能量产生单元预先给定单独的额定相位，并且其中，高压直流传输装置在内部交流电压侧不仅具有线路换向的整流器，还具有自换向的整流器。
在附图中，为了清楚起见，始终对相同或类似的部件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了发电站10，其具有内部交流电网20以及连接到内部交流电网20的多个能量产生单元30和31。此外，高压直流传输装置40连接到内部交流电网20，高压直流传输装置40将内部交流电网20连接到外部交流电网50，并且使得能够进行从内部交流电网20向外部交流电网50的方向的能量传输。
高压直流传输装置40在内部交流电网20侧是线路换向的传输装置，为此具有线路换向的整流器41，线路换向的整流器41电气地布置在内部交流电网20和直流传输线42之间。
为了保证高压直流传输装置40的线路换向的整流器41的工作方式正确，需要内部交流电网20充分稳定。为了尽管存在多个能量产生单元30和31还保证内部交流电网20的稳定性，能量产生单元30和31分别配备有同步装置60，其适合于调节相应的能量产生单元的输出电压的产生或者通过相应的能量产生单元的输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位对应于对相应的能量产生单元预先给定的额定相位。在此，额定相位与馈入能量产生单元30或31的同步装置60中的在输入侧施加的同步信号S有关。
在根据图1的实施例中，假设同步信号S到同步装置60的传输经由无线电进行。替换地，可以以其它方式、例如以有线的方式传输同步信号S。
电力通过能量产生单元30或31到内部交流电网20中的馈入，经由电力电子变流器或者经由双馈式异步电机的定子进行，双馈式异步电机的转子经由电力电子变流器供电。为了清楚，最后提及的部件、即电力电子变流器或者双馈式异步电机的定子在图1中未明确示出。
关于高压直流传输装置40的构造，视为有利的是，其在外部交流电网50侧是自换向的传输装置，为此具有自换向的转换器45。
根据图1的发电站10例如可以如下工作：
能量产生单元30和31的同步装置60接收同步信号S，其例如可以是通常已知的GPS定位信号(GPS：全球定位系统)，因为GPS定位信号具有适合于同步的时间戳。
同步装置60对同步信号S进行分析并且调节其相应的能量产生单元的输出电压或输出电流，使得输出电压的相位或者输出电流的相位相对于在输入侧施加的同步信号S，与对能量产生单元单独地预先给定的额定相位一致。
通过借助同步信号S进行同步，由此使得能量产生单元能够在彼此不直接连接的情况下，在其能量到内部交流电网20中的馈入方面示出协调的行为。由于能量馈入的同步，使内部交流电网20关于电网频率和电压幅值稳定化，从而内部交流电网20或者其稳定性足以使线路换向的整流器41稳定地工作，并且使能量从内部交流电网20经由线路换向的整流器41和直流传输线42向外部交流电网50的方向传输。
图2示出了发电站的另一个实施例，其中，借助同步信号S对能量产生单元30和31进行同步，以保证内部交流电网20对于线路换向的整流器41的线路换向的操作足够稳定。
与根据图1的实施例的不同之处在于，根据图2的发电站10在面对内部交流电网20的高压直流传输装置40的连接侧，附加地具有自换向的整流器46，其适合于作为逆变器工作，并且将来自直流传输线42的能量馈入内部交流电网20中。由此，自换向的整流器46可以用于例如当能量产生单元30和31自己不向内部交流电网20中馈入足够的功率时，经由从外部交流电网50向内部交流电网20的方向的能量传送，覆盖内部交流电网20自身的需求。
图3示出了发电站10的一个实施例，其中，存在中心装置100，其以有线的方式或者经由无线电单独连接到能量产生单元30和31中的每一个。为了清楚，在图1中仅明确描绘了能量产生单元30和中心装置100之间的连接；在图1中仅暗示了其余的能量产生单元31和中心装置100之间的连接。
中心装置100的功能是对每一个能量产生单元30或31或者能量产生单元30和31的每一个同步装置60分别预先给定单独的相位由此，同步装置60除了接收同步信号S之外，还相应地接收其单独地预先给定的额定相位使得其能够调节输出电压或者输出电流，使得输出电压或者输出电流相对于在输入侧施加的同步信号S具有预先给定的额定相位
在根据图3的实施例中，作为GPS信号的同步信号S的传输经由无线电进行，并且单独地预先给定的额定相位的传输由中心装置100以有线的方式或者通过无线电进行。替换地，同步信号S可以与单独的额定相位一起例如以有线的方式或者通过无线电从中心装置100向能量产生单元30和31的同步装置60传输。在以有线的方式传输的情况下，例如可以省去用于接收GPS信号的无线电接收装置。
图4示出了发电站的一个实施例，其中，高压直流传输装置40在内部交流电网20侧除了具有线路换向的整流器41之外，还具有自换向的整流器46，其适合于作为逆变器工作，并且将来自整流器46的直流侧或者来自直流传输线42的能量馈入内部交流电网20中，以覆盖内部交流电网20自己的需求，如上面结合图2已经详细说明的那样。因此，关于此的说明对应地适用。
虽然通过优选实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不局限于所公开的示例，本领域技术人员可以由此得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。
附图标记列表
10 发电站
20 内部交流电网
30 能量产生单元
31 能量产生单元
40 高压直流传输装置
41 线路换向的整流器
42 直流传输线
45 自换向的转换器
46 自换向的整流器
50 外部交流电网
60 同步装置
100 中心装置
S 同步信号
Δ 额定相位

Claims (14)

1.一种发电站(10)，具有
-内部交流电网(20)，
-连接到内部交流电网(20)的多个电能产生单元(30,31)，以及
-至少一个高压直流传输装置(40)，其连接到内部交流电网(20)，能够经由直流链路连接到外部交流电网(50)，并且使得能够进行从内部交流电网(20)向外部交流电网(50)的方向的能量传输，
其特征在于，
-能量产生单元(30,31)将其功率经由电力电子变流器馈入内部交流电网(20)中，或者经由双馈式异步电机的定子馈入内部交流电网(20)中，双馈式异步电机的转子经由电力电子变流器供电，以及
-能量产生单元(30,31)分别具有同步装置(60)，同步装置(60)适合于调节相应的能量产生单元(30,31)的输出电压的产生或者通过相应的能量产生单元(30,31)的输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位，相对于在输入侧施加的同步信号(S)具有对相应的能量产生单元(30,31)预先给定的额定相位以及
-高压直流传输装置(40)在与内部交流电网(20)的连接侧具有至少一个线路换向的整流器(41)，并且在外部交流电网(50)侧具有自换向的转换器(45)，并且在与内部交流电网(20)的连接侧还具有至少一个自换向的整流器(46)，其适合于作为与线路换向的整流器(41)并联的逆变器工作，其中，自换向的整流器(46)将来自高压直流传输装置(40)的直流侧的能量馈入内部交流电网(20)中，以覆盖内部交流电网(20)自己的需求。
2.根据权利要求1所述的发电站(10)，
其特征在于，
对发电站(10)的所有能量产生单元(30,31)施加相同的同步信号(S)。
3.根据权利要求1所述的发电站(10)，
其特征在于，
-在发电站(10)工作期间，对能量产生单元(30,31)中的至少一半预先给定相同的额定相位下面称为中心额定相位，以及
-能量产生单元(30,31)中的该一半产生具有相同的中心额定相位的输出电压或者输出电流。
4.根据权利要求3所述的发电站(10)，
其特征在于，
对未预先给定中心额定相位的能量产生单元(30,31)中的至少一个，预先给定或者能够预先给定从中心额定相位偏移的单独的额定相位
5.根据权利要求4所述的发电站(10)，
其特征在于，
用于未给定中心额定相位的能量产生单元(30,31)的单独的额定相位是从中心额定相位偏移90°的单独的额定相位或者是使得能量产生单元(30,31)能够向内部交流电网(20)中馈入无功功率的单独的额定相位
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发电站(10)，
其特征在于，
所述发电站(10)具有中心装置(100)，其连接到所有能量产生单元(30,31)，并且被构造为对每个能量产生单元(30,31)分别预先给定额定相位
7.根据权利要求1至5中任一项所述的发电站(10)，
其特征在于，
-所述能量产生单元(30,31)分别具有无线电接收器，以及
-所述能量产生单元(30,31)的无线电接收器分别通过无线电接收其同步信号(S)。
8.根据权利要求7所述的发电站(10)，
其特征在于，
所述无线电接收器是GPS接收器。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的发电站(10)，
其特征在于，
-能量产生单元(30,31)是风力发电设备，并且发电站(10)形成风电场，或者
-能量产生单元(30,31)是光伏发电设备，并且发电站(10)形成光伏发电场。
10.一种能量产生单元(30,31)，用于根据权利要求1至9中任一项所述的发电站(10)，
其特征在于，
能量产生单元(30,31)具有同步装置(60)，其适合于处理在输入侧施加的同步信号(S)以及由能量产生单元(30,31)产生的输出电压的相位或者由能量产生单元(30,31)馈入内部交流电网(20)中的输出电流的相位，并且调节输出电压的产生或者输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位对应于对能量产生单元(30,31)预先给定的额定相位
11.一种发电站(10)的操作方法，发电站(10)被构造为具有内部交流电网(20)、连接到内部交流电网(20)的多个能量产生单元(30,31)以及连接到内部交流电网(20)的至少一个高压直流传输装置(40)，
其中，高压直流传输装置(40)在与内部交流电网(20)的连接侧具有至少一个线路换向的整流器(41)，并且在外部交流电网(50)侧具有自换向的转换器(45)，并且在与内部交流电网(20)的连接侧还具有至少一个自换向的整流器(46)，其适合于作为与线路换向的整流器(41)并联的逆变器工作，
其特征在于，
-向能量产生单元(30,31)中分别馈入同步信号(S)，以及
-能量产生单元(30,31)分别采集在输入侧施加的同步信号(S)以及由相应的能量产生单元(30,31)产生的输出电压的相位或者由相应的能量产生单元(30,31)馈入内部交流电网(20)中的输出电流的相位，并且调节输出电压的产生或者输出电流的馈入，使得输出电压的相位或者输出电流的相位相对于同步信号(S)，对应于对相应的能量产生单元(30,31)预先给定的额定相位
-自换向的整流器(46)将来自高压直流传输装置(40)的直流侧的能量馈入内部交流电网(20)中，以覆盖内部交流电网(20)自己的需求。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
-在发电站(10)工作期间，对能量产生单元(30,31)中的至少一半预先给定相同的额定相位下面称为中心额定相位，以及
-能量产生单元(30,31)中的该一半产生具有相同的中心额定相位的输出电压或者输出电流。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于，
对未预先给定中心额定相位的能量产生单元(30,31)中的至少一个，预先给定或者能够预先给定从中心额定相位偏移的单独的额定相位
14.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
用于未给定中心额定相位的能量产生单元(30,31)的单独的额定相位是从中心额定相位偏移90°的单独的额定相位或者是使得能量产生单元(30,31)能够向内部交流电网(20)中馈入无功功率的单独的额定相位
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