DE102007035724A1 - Method for regulating and power guidance of wind energy unit - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Windenergieanlagen
werden regelmäßig beim Erreichen einer bestimmten
Grenzwindgeschwindigkeit abgeschaltet, meist bei zwischen 25 und
30 m/s, um die durch den Wind entstehenden Belastungen zu begrenzen.
Bei Anlagen des Herstellers Enercon werden sie unter Nutzung des
Patents
Die Abschaltung erfolgt in der Regel erst nach einer über einige Sekunden bis Minuten anhaltenden Überschreitung der Grenzwindgeschwindigkeit, um eine Abschaltung bei kurzen Überschreitungen in Folge von Böen zu vermeiden. Es kann in einer Anlagensteuerung auch mehrere Abbruchkriterien geben, die durch Paare von Grenzgeschwindigkeit und Überschreitungsdauer definiert sind.The Shutdown usually takes place after a few over Seconds to minutes of continuous exceeding of the limit wind speed, a shutdown in case of short overruns in a row to avoid gusts. It can be in a plant control also give several termination criteria by pairs of limit speed and exceedance duration are defined.
Bei der Grenzgeschwindigkeit, insbesondere bei der niedrigeren von ggf. mehreren Grenzgeschwindigkeiten, bestehen also noch gewisse Belastungsreserven der Anlage. Diese werden jedoch wegen der Materialermüdung und wegen der Gefahr einer plötzlichen Zunahme der Belastung durch Böenwirkung nicht weiter ausgereizt, weil dies nicht durch den geringen Stromertrag eines Betriebs in einer derartigen Grenzsituation gerechtfertigt wäre.at the speed limit, in particular at the lower of several limit speeds, so there are still some load reserves the plant. However, these are due to material fatigue and because of the danger of a sudden increase in the burden not exploited by gusting effect, because this is not due to the low current yield of an operation in such a Borderline situation would be justified.
Bei abgeschalteten Anlagen erfolgt eine Wiederinbetriebnahme erst, nachdem eine niedrigere Einschaltwindgeschwindigkeit für eine gewisse Zeit (meist mehrere Minuten) anhaltend unterschritten wurde, um Verschleiß durch häufiges An- und Abschalten der Anlagen zu vermeiden.at switched off systems, a restart takes place only after a lower turn-on wind speed for a certain time (mostly several minutes) sustained underrun to wear through avoid frequent switching on and off of the systems.
Auch hier liegt der Steuerung also eine Abwägung zwischen dem Wert des erzeugten Stroms und den Risiken für die Anlage bzw. dem Verschleiß zugrunde.Also Here is the control therefore a tradeoff between the Value of the electricity generated and the risks to the plant or wear.
Dass
die Steuerung einer Windenergieanlage grundsätzlich auf Änderungen
der Netzfrequenz reagieren kann, ist bekannt, bislang aber nicht
für den hier beschriebenen Einsatzzweck. Bei Inselnetzen
erfolgt regelmäßig eine Anpassung der Stromerzeugung
einer Windturbine an den Bedarf der Verbraucher. Aus der
In
der
Erfindungsgemäß soll die Windenergieanlage nun auch im Grenzbereich ihrer Leistungsfähigkeit flexibler auf Anforderungen des Netzes bzw. auf die in der Zukunft zu erwartende Windgeschwindgkeit reagieren.According to the invention the wind turbine now also at the limit of its capacity more flexible on the requirements of the network or in the future expected wind speed react.
Für den Fall von Störungen im Netzbetrieb, die zum Beispiel durch den Ausfall großer thermischer Kraftwerke zustande kommen können, liegt der Gedanke zu Grunde, dass dann alle Erzeugungseinheiten des Netzes an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit arbeiten, und dass dabei große volkswirtschaftliche Risiken (etwa durch einen mehrstündigen Blackout) drohen. In dieser Situation sollte daher auch in der Betriebsführung von Windenergieanlagen ein größeres Risiko eingegangen werden, um zu einer Mehrproduktion zu kommen. Das Risiko lieg hier vor allem darin, dass eine plötzlich einsetzende Böe zu einer Mehrbelastung und dadurch zu deutlich erhöhtem Verschleiß bzw. verstärker Materialermüdung führt, im ungünstigsten Fall sogar zu einer unmittelbaren Zerstörung der Anlage. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine kräfte Böe aber gerade während eines solchen Netzereignisses einsetzt, das ja nur wenige Sekunden bis Minuten andauern muß, ist aber grundsätzlich gering, so dass erfindungsgemäß ein sinnvoller Beitrag zur Netzstabilität geleistet werden kann.For the case of disturbances in network operation, for example due to the failure of large thermal power plants come, the thought is based on that then all Generating units of the network at the limit of their efficiency working, and doing so, huge economic risks threaten (for example, by a blackout several hours). In this Situation should therefore also in the management of Wind turbines took a greater risk to get more production. The risk lies here especially in that a sudden onset of gust to an additional burden and thus to a significantly increased Wear or increase material fatigue leads, in the worst case, even to an immediate one Destruction of the plant. The probability that one but gusts just during one such network event, that only a few seconds until Minutes, but is generally low, so that according to the invention a meaningful contribution for network stability can be provided.
Zunächst soll erfindungsgemäß in Situationen, in denen die Netzsituation einen erhöhten Strombedarf nahelegt, auf eine Abschaltung möglichst verzichtet werden, soll sie erst bei höheren Windstärken erfolgen oder soll sie erst dann erfolgen, wenn diese Windgeschwindigkeit für eine größere Zeitdauer überschritten worden ist, als nach normalen Abschaltkriterien. Entsprechend können für die Wiederaufschaltung nach einer Starkwindperiode mehrere Regeln vorprogrammiert werden, die je nach Netzsituation aktiviert werden. Bei hohem Bedarf des Netzes an der Energiegewinnung würde also schneller wieder aufgeschaltet werden, und würde auch das Risiko einer baldigen Wiederabschaltung für den Fall, dass der Wind bald wieder zunimmt, in Kauf genommen werden.First is intended according to the invention in situations in which the network situation suggests an increased demand for electricity, should be waived as possible shutdown, should they only take place at higher wind speeds or it should be done only when this wind speed for exceeded a greater period of time has been considered after normal shutdown criteria. Correspondingly for the restart after a strong wind period several Rules are programmed, which are activated depending on the network situation become. With high demand of the net at the energy production so would be switched back on faster, and that too Risk of early deactivation in the event that the wind soon increases again, to be accepted.
Besonders gute Regelmöglichkeiten zur Anwendung dieses Verfahren gibt es bei Anlagen mit Rotorblättern mit verstellbaren Anstellwinkel und wenn die Leistungsabgabe des Generators bei variabler Rotordrehzahl möglich ist. Aber gerade bei Anlagen mit Regelung durch Stömungsabriß (Stall-Regelung) könnte eine relativ vorsichtige Gestaltung der normalen Abbruchkriterien dazu führen, dass Reservenmobilisiert werden können.Particularly good control possibilities for the application of this method are in systems with rotor blades with adjustable angle and when the power output of the generator at variable rotor speed is possible. But just in systems with regulation by Stömungsabriß (stall control) could be a relatively cautious design of normal termination criteria can result in reserves being mobilized.
Bei Anlagen, die nicht abrupt abschalten, sondern bei höherer Windstärke ihre Leistung allmählich durch Abregelung reduzieren, könnte die Leistungskennline in diesem Bereich der Kennlinie erhöht werden, wenn die Netzsituation dies nahelegt.at Plants that do not shut down abruptly, but at higher levels Wind force their power gradually by down regulation could reduce the performance curve in this area the characteristic can be increased if the grid situation this suggests.
Auf diese Weise kann z. B: eine zusätzliche „Sekundenreserve" für den Netzbetrieb mobilisiert werden. Aus Sicht der einzelnen Windenergieanlage ergibt sich ein Unterschied nur dann, wenn sich diese gerade in einem Betriebspunkt zwischen den normalen und den modifizierten Unterbrechungskriterien befindet. In der Summe aller Windenergieanlagen einer Region werden sich aber bei Starkwindverhältnissen immer einige in diesen Grenz-Betriebsbereichen befinden. Wenn zahlreiche Windenergieanlagen mit einer solchen Regelung ausgesttatten sind, kann also in Zeiträumen mit hoher Bedarfsdeckung durch Wind auch eine Sekundenreserve aus Windenergie geliefert werden, ohne dass Anlagen unterhalb ihres optimalen Betriebspunktes künstlich gedrosselt betrieben werden müßten.On this way can z. B: an additional "second reserve" be mobilized for network operation. From the perspective of the individual Wind turbine results in a difference only when these just in an operating point between the normal and the modified interruption criteria is located. In the sum of all Wind turbines of a region will be in strong wind conditions always some are located in these boundary operating areas. If many Wind turbines are equipped with such a scheme can So in periods with high demand coverage by wind also a second reserve can be delivered from wind energy without that plants below their optimal operating point artificial should be operated throttled.
Als Kriterium für das unterschiedliche Abschaltverhalten kann die Netzfrequenz dienen, da ein Abfall der Netzfrequenz einen jedezeit vorhandenen Indikator für ein Leistungsdefizit im Netz darstellt.When Criterion for the different shutdown behavior can the mains frequency serve as a drop in the mains frequency one at a time existing indicator of a power shortfall in the network represents.
Das
Aus- und Abschaltverhalten könnte dadurch optimiert werden,
dass Anhaltspunkte über die in der nächsten Zeit
zu erwartende Entwicklung der Windstärke einbezogen werden.
Dazu können insbesondere Windmessungen, die in Windrichtung „vor" der
Anlage gemacht werden, genutzt werden. Wird dort eine wieder gesunkene
Windstärke registriert, kann auf eine Abschaltung des Rotors
verzichtet werden oder das Wiedereinschalten vorgezogen werden.
Bei Windparks können dazu die Windmessungen an anderen
Windturbinen genutzt werden. Bei einem Reihenabstand von z. B. 600
m in bestimmten offshore-Windparks und einer Windgeschwindigkeit von
z. B. 25 m/s wird dort grundsätzlich die Luftströmung
gemessen, die ca. 24 Sekunden später die nächste
Reihe erreicht. Noch zeitnähere Prognosewerte können
z. B. durch Windmessungen erreicht werden, die über eine
gewisse Distanz wirkend von der Windturbine aus in Windrichtung
vorgenommen werden, z. B. Windmessungen nach dem Lidar-Verfahren
(vgl.
Die
Die
Regelung kann dabei durch Beeinflussung des Rotorblattwinkels (vgl.
Bei der Windenergieanlage kann es sich um eine einzelne Windturbine oder um einen Windpark mit mehreren Windturbinen handeln. Bei mehreren Windturbinen kann die Reglung zentral, dezentral oder vorzugsweise aus einer Mischung von zentralen Teilen für den gesamten Windpark und und dezentralen Regelungen je Windturbine erfolgen.at The wind turbine can be a single wind turbine or act around a wind farm with multiple wind turbines. For several wind turbines the regulation can be centralized, decentralized or preferably one Mix of central parts for the entire wind farm and decentralized regulations per wind turbine.
Beschreibung der ZeichnungDescription of the drawing
Bei
dringendem netztechnischem Bedarf gilt ein anderes Regelverhalten:
Dann erfolgt eine Wiedereinschaltung bereits nach einer Unterschreitung der
(höheren) Einschaltwindgeschwindigkeit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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