-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Windenergieanlage
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
-
Die
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Erzeugung und des Transports
von elektrischem Strom. Zur Erzeugung elektrischen Stroms können mehrere
Windenergieanlagen zu einem so genannten "Windpark" zusammengefasst und an einem gemeinsamen
Netzanschlusspunkt mit einem Netz verbunden sein. Das Netz wird
auf einer vorgegebenen Spannungsebene, z. B. 110 kV, 220 kV oder
380 kV, betrieben. Es kann über
Transformatoren mit weiteren Netzen verbunden sein, welche auf einer
anderen Spannungsebene betrieben werden.
-
Das
Netz wird im störungsfreien
Zustand in einem vorgegebenen, durch eine untere und eine obere
Spannung begrenzten Netzspannungsband betrieben. Sofern die Netzspannung
störungsbedingt auf
einen Wert abfällt,
welcher unterhalb der unteren Spannung liegt, wird die Windenergieanlage
automatisch vom Netz getrennt. Es wird damit versucht, der Störung entgegenzuwirken
sowie deren Ursache einzugrenzen. Je nach territorialer Ausdehnung
der Störung
werden u. U. eine Vielzahl von Windenergieanlagen vom Netz getrennt.
Für den
Wiederanschluss der Windenergieanlagen an das Netz gibt es nach dem
Stand der Technik keine verbindlichen Regeln. Üblicherweise werden Windenergieanlagen
erst dann wieder mit dem Netz verbunden, wenn der Netzbetreiber
das genehmigt hat. Die Genehmigung wird vom Netzbetreiber bekannt
gegeben oder muss von ihm eingeholt werden. Nach der Behebung der Störung vergeht
in der Regel eine relativ lange Zeit bis sämtliche Wind energieanlagen
wieder mit dem Netz verbunden sind und elektrische Leistung einspeisen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu
beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden,
mit dem störungsbedingte
Ausfallzeiten eines Netzes verringert werden können. Ferner soll eine zur
Durchführung
des Verfahrens geeignete Windenergieanlage bereitgestellt werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis
8 und 10 bis 16.
-
Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist vorgesehen, dass der Generator nach einer störungsbedingten Trennung vom
Netz automatisch wieder mit dem Netzanschlusspunkt verbunden wird, wenn
die am Netzanschlusspunkt anliegende Spannung sich innerhalb des
Netzspannungsbands befindet und einen vorgegebenen, oberhalb der
unteren Spannung liegenden Spannungsgrenzwert übersteigt. – Mit der vorgeschlagenen Automatisierung der
Wiederherstellung der Verbindung des Generators mit dem Netzanschlusspunkt
kann eine störungsbedingte
Ausfallzeit des Netzes erheblich vermindert werden. Indem erfindungsgemäß der Generator
erst dann wieder mit dem Netz verbunden wird, wenn ein innerhalb
des Netzspannungsbands liegender, vorgegebener Spannungsgrenzwert überschritten
ist, kann sicher und zuverlässig
einer Destabilisierung des Netzes bei einem gleichzeitigen Wiederverbinden
einer Vielzahl von Windenergieanlagen vermieden werden.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die anliegende
Spannung die kleinste der drei verketteten Netzspannungen. D. h.
der Generator wird erst dann wieder mit dem Netzanschlusspunkt verbunden,
wenn die drei verketteten Netz spannungen im Netzanschlusspunkt den
Spannungsgrenzwert überstiegen
haben. Damit wird die Stabilität
des Netzes bei der Wiederherstellung desselben erhöht.
-
Nach
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, dass nach der Herstellung der Verbindung die vom
Generator an das Netz abgegebene Wirkleistung mit einem vorgegebenen
Gradienten gesteigert wird. Damit wird einer relativ langsamen Reaktionszeit
von im Netz vorgesehenen Einrichtungen zur Leistungsregelung Rechnung
getragen und ein ordnungsgemäßer Betrieb
derselben gewährleistet.
Auch die mit einem Gradienten vorgesehene Steigerung der Abgabe
der Wirkleistung an das Netz trägt
somit zu dessen Stabilisierung bei der Wiederherstellung bei.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Wirkleistung mit einem
Gradienten von 8 bis 12%, vorzugsweise 10%, einer maximalen Wirkleistung pro
Minute erhöht.
D. h. der Generator kann nach der Wiederherstellung der Verbindung
mit dem Netz erst nach einer Zeit von 8 bis 12 Minuten, vorzugsweise 10
Minuten, seine maximale Wirkleistung an das Netz abgeben. Sofern
die Windenergie zur Erreichung der maximalen Wirkleistung nicht
ausreicht, kann gemäß dem vorgegebenen
Gradienten eine, beispielsweise vor dem Abschaltzeitpunkt abgegebene
Wirkleistung an das Netz angegeben werden.
-
Die
Wirkleistung kann durch eine Änderung des
Anstellwinkels von Rotorblättern
des Rotors zum Wind geändert
werden. Zur Steigerung der Wirkleistung gemäß dem vorgegebenen Gradienten
kann auf eine herkömmliche
Pitchregelung der Rotorblätter zurückgegriffen
werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Steigerung der Einspeisung der Wirkleistung gemäß dem vorgegebenen Gradienten
lässt sich
in der Praxis ohne großen
Aufwand umsetzen.
-
Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Mehrzahl an
Windenergieanlagen zu einem Windpark zusammengefasst und gemeinsam
im Netzanschlusspunkt mit dem Netz verbunden. In diesem Fall gilt
für sämtliche
Windenergieanlagen des Windparks die am Netzanschlusspunkt anliegende Spannung
als maßgebliche
Spannung für
die Wiederherstellung der Verbindung.
-
Bei
der störungsbedingten
Trennung kann es sich um eine Abweichung der Netzspannung vom Netzspannungsband,
eine Abweichung einer Netzfrequenz von dem vorgegebenen Netzfrequenzband oder
die Beendigung des Betriebs einer Netzinsel handeln. Bei dem Netz
handelt es sich zweckmäßigerweise
um ein Netz, welches auf einer ersten Netzspannungsebene betrieben
wird und über
zumindest einen Transformator mit zumindest einem weiteren, auf
einer von der ersten Netzspannungsebene verschiedenen zweiten Netzspannungsebene
betriebenen Netz verbunden ist. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht insbesondere
eine Stabilisierung von Netzen, welche in Verbund mit anderen Netzen
betrieben und der Anteil von Windenergieanlagen in der gesamten
Einspeiseleistung relativ hoch ist.
-
Nach
weiterer Maßgabe
der Erfindung ist bei einer Windenergieanlage, insbesondere zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
eine Einrichtung zum automatischen Verbinden des Generators mit
dem Netzanschlusspunkt vorgesehen, wenn nach einer störungsbedingten
Trennung des Generators vom Netz die am Netzanschlusspunkt anliegende
Spannung sich innerhalb des Netzspannungsbands befindet und einen
vorgegebenen, oberhalb der unteren Spannung liegenden Spannungsgrenzwert übersteigt. – Damit
ist es möglich,
störungsbedingte
Ausfallzeiten eines Netzes erheblich zu verkürzen. Einrichtungen zum Verbinden
eines Generators mit einem Netzanschluss in Abhängigkeit eines voreingestellten
Spannungsgrenzwerts sind nach dem Stand der Technik allgemein bekannt.
Es kann sich dabei beispielsweise um Leistungsschalter handeln,
welche mit einer herkömmlichen
Synchronisationseinrichtung geschlossen werden. Eine solche Synchronisationseinrichtung
kann beim Überschreiten
des kritischen Spannungsgrenzwertes am Netzanschlusspunkt mittels
eines Spannungswächters angeworfen
werden.
-
Bei
der den Grenzwert bestimmenden anliegenden Spannung handelt es sich
zweckmäßigerweise
um die kleinste der drei verketteten Netzspannungen. Sofern also
eine der drei verketteten Netzspannungen den Spannungsgrenzwert
noch nicht erreicht hat, wird das Netz noch als instabil angesehen und
der Generator nicht mit dem Netz verbunden.
-
Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einrichtung
zur Steigerung der vom Generator an das Netz abgegebenen Wirkleistung
mit einem vorgegebenen Gradienten vorgesehen. Der Gradient ist zweckmäßigerweise
8 bis 12%, vorzugsweise 10%, einer maximalen Wirkleistung pro Minute.
Zur Änderung
der Wirkleistung ist zweckmäßigerweise
eine Einrichtung zur Änderung
des Anstellwinkels von Rotorblättern
des Rotors zum Wind vorgesehen. Eine solche Einrichtung zur Leistungsregelung einer
von einer Windenergie abgegebenen Wirkleistung ist nach dem Stand
der Technik allgemein bekannt und als so genannte "Pitchregelung" Bestandteil herkömmlicher
Windenergieanlagen. Mit einer solchen herkömmlichen Pitchregelung ist
es nach der Wiederherstellung der Verbindung der Windenergieanlage
mit dem Netz möglich,
die von der Windenergie abgegebene Wirkleistung, z. B. kontinuierlich, zu
steigern, so dass eine maximale Wirkleistung erst in einer Zeit
von 8 bis 12 Minuten, vorzugsweise 10 Minuten, an das Netz abgegeben
wird. Das ermöglicht
einen ordnungsgemäßen Betrieb
von im Netz vorgesehenen Einrichtungen zur Leistungsregelung.
-
Weitere
Ausgestaltungsmerkmale der Windenergieanlage ergeben sich aus den
zum Verfahren beschriebenen Merkmale, welche sinngemäß auch auf
die Windenergieanlage anwendbar sind.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 schematisch
ein Anschlussschema eines Windparks an das Netz und
-
2 die
Netzspannung über
einer Leitungsdistanz beim Auftreten einer Störung.
-
1 zeigt
schematisch ein Anschlussschema für einen Anschluss mehrerer
zu einem Windpark WP zusammengefasster Windenergieanlagen W1, W2
an ein Netz N. Das Netz N ist an einem Netzanschlusspunkt NP über einen
ersten Leistungsschalter 1 mit einem Netzanschlusstransformator 2 des
Windparks WP verbunden.
-
Jede
der Windenergieanlagen W1, W2 weist einen Rotor 3 auf,
welcher mit einem (hier nicht gezeigten) Generator verbunden ist.
Ein Anstellwinkel der Rotorblätter
des Rotors 3 gegenüber
dem Wind ist zur Regelung der an das Netz N abgegebenen Wirkleistung
einstellbar. Dazu ist eine (hier nicht im Einzelnen dargestellte)
Pitchregelung vorgesehen.
-
Der
Generator ist über
einen zweiten Leistungsschalter 4 mit einem nachgeschalteten
Transformator 5 verbunden. Der Transformator 5 ist
wiederum mit dem Netzanschlusstransformator 2 unter Zwischenschaltung
eines oder mehrerer dritter Leistungsschalter 6 verbunden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend in Zusammensicht mit 2 näher erläutert.
-
Das
Netz N wird beispielsweise auf einer Netzspannungsebene mit einer
Nennspannung von 110 kV betrieben. Beim Betrieb kann die Netzspannung
innerhalb eines vorgegebenen Netzspannungsbands schwanken. Das Netzspannungsband
kann beispielsweise beim vorliegenden Beispiel von einer unteren
Spannung von 96 bis zu einer oberen Spannung von 123 kV reichen.
-
Bei
einer Störung
im Netz N, welche beispielsweise durch eine Abweichung der Netzspannung
vom Netzspannungsband, eine Abweichung einer Netzfrequenz von einem
vorgegebenen Netzfrequenzband oder durch die Beendigung des Betriebs einer
Netzinsel hervorgerufen sein kann, werden die Windenergieanlagen
W1, W2 durch Öffnen
sämtlicher
Leistungsschalter 1, 4 und 6 automatisch
vom Netz N getrennt.
-
Zum
erneuten Verbinden der Windenergieanlagen W1, W2 des Windparks WP
wird mittels eines (hier nicht gezeigten) ersten Spannungswächters die
am Netzanschlusspunkt NP anliegende Spannung bzw. Netzspannung gemessen.
Sofern die kleinste der drei verketteten Netzspannungen einen vorgegebenen
Spannungsgrenzwert übersteigt,
wird der erste Leistungsschalter 1 automatisch geschlossen
und damit der Netzanschlusstransformator 2 des Windparks
WP wieder mit dem Netz N verbunden. Der Spannungsgrenzwert kann
beim Betrieb des Netzes N bei einer Netznennspannung von 110 kV beispielsweise
100 bis 110 kV, vorzugsweise 105 kV, betragen. Ferner werden die
zweiten 4 und dritten Leistungsschalter 6 geschlossen und
mittels einer Anwurfeinrichtung die Synchronisationseinrichtungen
der Windenergieanlagen W1, W2 angeworfen.
-
Die
Windenergieanlagen W1, W2 schalten sich an das Netz an und die abgegebene
Wirkleistung wird sodann mit einem vorgegebenen Gradienten gesteigert.
Die Steigerung kann 10% der maximalen Wirkleistung pro Minute betragen,
d. h. eine maxi male Wirkleistung kann erst mit einer Zeitverzögerung von
10 Minuten an das Netz N abgegeben werden. Wenn die momentane Wirkleistung
vor der Abschaltung nicht der maximalen Wirkleistung entsprochen
hat, kann diese gemäß dem vorgegebenen Gradienten
auch früher
erreicht werden. Zur entsprechenden Steigerung der Wirkleistung
kann der Anstellwinkel der Rotorblätter des Rotors 3 mit
einer geeigneten Pitchregelung entsprechend geregelt werden.
-
In 2 ist
eine Leitungsdistanz des Netzes N über der Netzspannung in Prozent
aufgetragen. Über
der gezeigten Distanz befinden sich drei Netzanschlusspunkte NP1,
NP2 und NP3. Die Kurve lit. a) gibt die Netzspannung im ungestörten Betrieb über der
Leitungsdistanz, insbesondere die an den Netzanschlusspunkten NP1,
NP2 und NP3 anliegende Netzspannung wieder. Im Falle des Spannungsverlaufs
gemäß der Kurve
lit. a) befindet sich die Netzspannung noch im zulässigen Netzspannungsband.
-
Die
Kurve lit. b) zeigt den Verlauf der Netzspannung bei Beendigung
einer Netzstörung
in der Nähe
des Netzanschlusspunkts NP2. Es bildet sich ein Netznennspannungstrichter
aus, dessen Minimum sich in der Nähe des Netzanschlusspunkts
NP2 befindet. Die an den Netzanschlusspunkten NP1, NP2 und NP3 angeschlossenen
Windparks WP1, WP2, WP3 sind während
der Störung
automatisch vom Netz N getrennt worden.
-
An
den Netzanschlusspunkten NP1 und NP3 wird eine anliegende Netzspannung
von mehr als 95% der Netznennspannung gemessen. Infolgedessen werden
die den Netzanschlusspunkten NP1 und NP3 zugeordneten Windenergieanlagen
W1, W2 wieder mit dem Netz N verbunden. Es wird mit den Windenergieanlagen
W1, W2 gemäß den vorgegebenen
Gradienten zunehmend Wirkleistung in das Netz N eingespeist. Infolgedessen
wird der Netzspannungs trichter am Netzanschlusspunkt NP2 flacher,
was mit der Kurve lit. c) angedeutet ist.
-
Sobald
der Netzspannungstrichter am Netzanschlusspunkt NP2 so flach geworden
ist, dass auch dort der vorgegebene Spannungsgrenzwert überschritten
worden ist, werden auch die den zweiten Netzanschlusspunkt NP2 zugeordneten
Windenergieanlagen im Windpark WP2 wieder mit dem Netz N verbunden
und es wird gemäß dem vorgegebenen Gradienten
zunehmen weitere Wirkleistung in das Netz N eingespeist. Dieser
Zustand ist durch die Kurve lit. d) wiedergegeben.
-
Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich ist, kann mit
dem vorgeschlagenen Verfahren schnell, effizient und dynamisch auf
die Ausbildung eines störungsbedingten
Netznennspannungstrichters reagiert werden. Der Netzbetrieb kann
damit stabilisiert werden. Die störungsbedingten Netzausfallzeiten werden
minimiert.
-
- 1
- erster
Leistungsschalter
- 2
- Netzanschlusstransformator
- 3
- Rotor
- 4
- zweiter
Leistungsschalter
- 5
- Transformator
- 6
- dritter
Leistungsschalter
- N
- Netz
- NP,
NP1, NP2, NP3
- Netzanschlusspunkt
- WP,
WP1, WP2, WP3
- Windpark
- W1,
W2
- Windenergieanlage