CN114825360A - 用于控制风能设备或风电场的方法、风能设备和风电场 - Google Patents

用于控制风能设备或风电场的方法、风能设备和风电场 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制风能设备或风电场的方法，包括以下步骤：在电网连接点处与具有传统发电厂的供电网交换电有功功率和/或无功功率；确定供电网的无功功率需求；根据供电网的无功功率需求改变在电网连接点处与供电网进行的无功功率交换，以便辅助传统发电厂。

Description

用于控制风能设备或风电场的方法、风能设备和风电场
技术领域
本发明涉及一种用于控制风能设备和/或风电场的方法以及这样的风能设备和/或这样的风电场。
背景技术
风能设备或风电场通常是已知的并且尤其用于产生电有功功率。
电有功功率然后通常按已知的方式借助于供电网分配给相应的消耗器。
供电网通常具有大量其他电发生器，例如传统发电厂，和/或耗电器，例如高炉。
传统发电厂，例如燃煤发电厂，在此通常具有同步发电机，其工作点与供电网的状态相关，尤其与电网电压和/或电网频率相关。
这种相关性以及同步发电机具有受限的工作范围的事实可能导致传统发电厂的同步发电机由于供电网的状态的变化而变得不稳定。
也就是说，可能出现同步发电机滑入次优或者甚至不稳定的工作点，例如当在供电网中实行大的负载切换时。
因此，负载切换例如会导致供电网中的无功功率供过于求，所述无功功率迫使同步发电机进入欠励，这又导致同步发电机具有次优的有功功率产生或者变得不稳定。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述问题之一。尤其地，要实现一种辅助传统发电厂的可行性。替选地，要改进一般的现有技术。
根据本发明，因此提出一种用于控制风能设备或风电场的方法，所述方法包括以下步骤：在电网连接点处与具有传统发电厂的供电网交换电有功功率和/或无功功率；确定供电网的无功功率需求；根据供电网的无功功率需求改变在电网连接点处与供电网进行的电无功功率交换，以便辅助传统发电厂。
也就是说，尤其提出通过风能设备实现的用于附近的传统发电厂的欠励保护。
尤其地，传统发电厂应借助于风能设备或借助于风电场来辅助，优选通过借助于风能设备或风电场从供电网中进行无功功率消耗来辅助，尤其使得传统发电厂或传统发电厂的同步发电机不陷入欠励中。
风能设备或风电场在此首先如常见的那样与供电网交换电有功功率和/或无功功率。为此，例如能够使用常规的调控装置，优选作为下级的调控装置。
在下一步骤中，此外例如通借助于尤其上级的功率调控确定供电网是否具有无功功率需求。
确定供电网的无功功率需求例如能够通过测量风电场在电网连接点处的端电压来进行。
然而，也能够通过传统发电厂的运营商的数据和/或通过供电网的运营商的数据来确定无功功率需求。
供电网的无功功率需求在此能够是电感性的(无功功率消耗)或电容性的(无功功率输出)。
也就是说，例如如果风电场在电网连接点处的端电压低，那么供电网需要电无功功率(电感性；无功功率消耗)。如果端电压高，那么供电网的电无功功率过多(电容性；无功功率输出)。
优选地，本方法应用于供电网的无功功率消耗的下部范围和/或在供电网的无功功率输出的情况下应用。例如，这在图5中示出。
如果已从供电网方确定无功功率要求，则根据所确定的无功功率要求改变风能设备或风电场的电无功功率，使得引起对传统发电厂的辅助，尤其使得传统发电厂的同步发电机处于过励状态中。
也就是说，也尤其提出，利用风能设备来满足供电网的由传统发电厂所无法提供的无功功率需求。
可选地，供电网在此处于正常或无故障情况的运行状态中。
也就是说，也尤其提出，在供电网的正常运行期间执行所述方法，尤其以便借助于风能设备补偿供电网内的负载切换的影响。在本文中将供电网的正常运行尤其理解为直至甩负荷的所有运行状态，即在电网额定频率为50Hz的供电网的情况下例如在47.5Hz和52.5Hz之间。也就是说，在这种情况下尤其是不受干扰的运行模式，即尤其不是停电运行和/或孤岛式电网运行。
优选地，传统发电厂此外构成为电网形成器和/或具有至少一个优选直接耦合的同步发电机。
尤其地，在此将电网形成器理解为发生器，所述发生器预设供电网或供电网的一个部段的频率。在这种情况下即传统发电厂。
例如，传统发电厂能够是(燃)煤发电厂或核电站。
优选地，风能设备或风电场设置在传统发电厂的电学上的附近，尤其使得风能设备或风电场的无功功率的交换对传统发电厂有影响。
在本文中尤其将电学上的附近理解为电线路距离。优选地，该电线路距离小于100km，更优选小于50km。
优选地，对电无功功率的交换进行改变仅直至预定的无功功率极限值。
也就是说，尤其也提出，仅在供电网的特定的工作范围中执行所述方法，尤其当供电网电容性工作时。也就是说，在产生如下危险的情况中：传统发电厂的同步发电机滑入欠励。
优选地，尤其在考虑电网负载的情况下将无功功率极限值选择为，使得传统发电厂的同步发电机具有过励状态。
也就是说，尤其也提出，使用风能设备和风电场的无功功率调节范围，以便保护传统发电厂免于欠励。
为此，尤其提出，考虑电网负载。
在此，尤其将电网负载理解为供电网的运行机构的运行机构负荷程度，即线路、变压器等的负荷程度。
优选地，该过励状态具有至欠励状态的最小距离。
也就是说，尤其也提出，将无功功率极限值选择为，使得在传统发电厂中产生距欠励状态的安全距离。
也就是说，有意地将无功功率极限值选择为，使得当传统发电厂仍处于过励状态中时已经执行所述方法。
优选地，无功功率需求根据供电网的电网负载来确定。
也就是说，尤其也提出，在考虑电网负载的情况下确定供电网的无功功率需求。
电网负载能够例如通过电网运营商的统计学分析和/或性能指标例如负载流研究、统计学电网分析或局部测量，例如在(大型)发电厂和/或风电场的电网连接点处的局部测量来确定。
根据本发明，此外提出一种风能设备和/或风电场，其具有：控制单元，所述控制单元包括下级的调控装置和上级的调控装置，所述下级的调控装置用于确定待与供电网交换的电有功功率和/或无功功率，所述上级的调控装置用于确定待与供电网交换的无功功率，其中根据供电网的无功功率需求将待交换的无功功率确定为，使得相邻的传统发电厂被辅助。
优选地，控制单元还设立用于执行上文和/或下文描述的方法。
附图说明
下面将示例性地并且根据实施例参照附图详细阐述本发明，其中对于相同的或相似的组件使用相同的附图标记。
图1示出根据一个实施方式的风能设备的示意图。
图2示出根据一个实施方式的供电网的示意图。
图3示出在一个实施方式中用于进行控制的方法的示意性流程图。
图4示意性地示出根据一个实施方式的传统发电厂和风能设备的工作范围。
图5示意性地示出根据一个实施方式的用于进行控制的方法的技术效果。
具体实施方式
图1示出根据一个实施方式的风能设备100的示意图。
风能设备100具有塔102和吊舱104。
具有三个转子叶片108和导流罩110的空气动力学的转子106设置在吊舱104上。
在运行中，空气动力学的转子106被风被置于旋转运动中，并由此驱动吊舱104中的发电机。
此外，上文和/或下文描述的控制单元设置用于运行风能设备，尤其以便执行上文和/或下文所描述的用于控制风能设备的方法和/或参与下文和/或下文所描述的用于控制风电场的方法。
图2示出根据一个实施方式的供电网的示意图。
供电网2000例如包括三个电网层2100、2200、2300。
电网层2100具有例如传统发电厂2110、多个消耗器2120、2130以及上文和/或下文描述的风电场1000。
风电场1000在电网连接点NPP处与供电网2000连接并且位于传统发电厂2110的电学上的附近，例如距离40km的线路长度，并且包括控制单元，所述控制单元设立用于执行上文和/或下文描述的用于控制风电场的方法。
图3示出用于控制尤其如在图1中示出的风能设备或尤其如在图2中示出的风电场的方法3000的示意性流程图。
在第一步骤3100中，在电网连接点NPP与供电网交换电有功功率Pw和/或电无功功率Qw。
电有功功率Pw和/或电无功功率Qw的交换例如借助于控制单元的下级的调控装置来调控，所述下级的调控装置借助于期望值S来工作。
在该交换期间，例如在电网连接点处监测供电网2000的无功功率需求Qgrid。
在下一步骤3200中，确定供电网2000具有无功功率需求Qgrid。该无功功率需求Qgrid能够是电容性无功功率需求Qgrid+或电感性无功功率需求Qgrid-。
在下一步骤3300中，电无功功率Qw的交换于是被改变，更确切地说，尤其根据无功功率需求Qgrid改变为，使得辅助如例如在图2中所示出的相邻的传统发电厂。
也就是说，尤其提出，风电场或风能设备从供电网中接收过剩的无功功率，以便辅助传统发电厂。
所述方法在此特别好适用于保护传统发电厂的同步发电机免受欠励。
图4示意性地示出传统发电厂和风能设备的工作范围。
工作范围绘制在有功和无功功率象限P/Q中。
风能设备具有全功率变流器，其具有宽的有功和无功功率调节范围。这通过基本四边形的工作范围4100表明。在此，风能设备尤其能够占据任意的工作点AP，例如在无功功率为零时全有功功率或在有功功率为零时全无功功率。
传统发电厂具有同步发电机，所述同步发电机具有受限的有功和无功功率调节范围。这通过基本上半圆形的工作范围4200表明。同步发电机在此尤其不能驶向任何任意工作点AP或稳定运行。
同步发电机还具有处于欠励中的子工作范围4210、4220。
同步发电机在严重欠励4220的子工作范围中会变得不稳定。
例如，如果在供电网中出现大的甩负荷，那么同步发电机会陷入该工作范围4220中。
为了防止这种情况，提出辅助性地使用风能设备或风电场。
也就是说，例如，如果供电网中的电压因甩负荷而跳变，那么风能设备或风电场能够主动降低电压几分钟，并从而防止传统发电厂的同步发电机陷入不稳定的工作范围中。
图5示意性地示出根据一个实施方式的用于进行控制的方法的技术效果5000。
当为了控制考虑电网负载时，尤其形成与供电网2000的无功功率有关的技术效果5000。
为此示例性地绘制供电网的关于电网负载的无功功率需求Qgrid。
如果电网负载LOAD下降，那么供电网的无功功率需求Qgrid也下降。
电网负载LOAD在此可能会下降至使供电网和因此传统发电厂的同步发电机陷入欠励中。
这例如能够借助于例如如上所述的风电场来防止。
在一个优选的实施方式中，还使用无功功率极限值Qg。该无功功率极限值Qg优选选择为距欠励有一定距离A。
如果供电网的无功功率需求Qgrid低于该无功功率极限值Qg，那么风能设备或风电场接收相应的无功功率，以便辅助传统发电厂。
换言之还提出，风能设备或风电场有意地并且及早地干预供电网的无功功率需求。
附图标记列表
100 风能设备
102 塔，尤其风能设备的塔
104 吊舱，尤其风能设备的吊舱
106 空气动力学的转子，尤其风能设备的空气动力学的转子
108 转子叶片，尤其风能设备的转子叶片
110 导流罩，尤其风能设备的导流罩
1000 风电场，尤其包括大量风能设备
2000 供电网
2100 电网层，尤其供电网的电网层
2110 传统发电厂
2120 消耗器
2130 消耗器
2200 电网层，尤其供电网的电网层
2300 电网层，尤其供电网的电网层
3000 用于控制风能设备或风电场的方法
3100 方法步骤：交换
3200 方法步骤：确定
3300 方法步骤：改变
4000 工作范围
4100 风能设备的工作范围
4200 传统发电厂的工作范围
4210 子工作范围
4220 子工作范围
5000 技术效果
A 距离，尤其距欠励的距离
AP 工作点
LOAD 电网负载
Pw 与供电网交换的有功功率
Qw 与供电网交换的无功功率
Qgrid 无功功率需求，尤其供电网的无功功率需求
Qg 无功功率极限值
S 期望值，尤其风能设备或风电场的期望值
PP 传统发电厂
NPP 电网连接点
WPP 风电场

Claims (11)

1.一种用于控制风能设备或风电场的方法，所述方法包括以下步骤：
-在电网连接点与具有传统发电厂的供电网交换电有功功率和/或无功功率；
-确定所述供电网的无功功率要求；
-根据所述供电网的无功功率需求，改变在所述电网连接点处与所述供电网进行的电无功功率交换，以便辅助所述传统发电厂。
2.根据权利要求1所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-所述供电网处于正常或无故障情况的运行状态中。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-所述传统发电厂构成为电网形成器和/或具有同步发电机。
4.根据上述权利要求中的至少一项所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-所述风能设备或所述风电场设置在所述传统发电厂的电学上的附近。
5.根据上述权利要求中的至少一项所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-仅改变所述电无功功率的交换直至预定的无功功率极限值。
6.根据上述权利要求中的至少一项所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-将所述无功功率极限值选择为，尤其在考虑电网负载的情况下选择为，使得所述传统发电厂的同步发电机具有过励状态。
7.根据权利要求6所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-所述过励状态距欠励状态具有最小距离。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-根据所述供电网的电网负载确定所述无功功率需求。
9.根据权利要求8所述的用于控制风能设备或风电场的方法，其中
-通过统计学分析确定所述电网负载。
10.一种风能设备或风电场，具有：
-控制单元，包括：
-用于确定待与供电网交换的电有功功率和/或无功功率的下级的调控装置；
-用于确定待与所述供电网交换的无功功率的上级的调控装置，其中根据所述供电网的无功功率需求将待交换的无功功率确定为，使得辅助相邻的传统发电厂。
11.根据权利要求10所述的风能设备或风电场，其中
-所述控制单元设立用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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