DE102013226987A1

DE102013226987A1 - Kraftwerksanlage

Info

Publication number: DE102013226987A1
Application number: DE102013226987.0A
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter Eckel; Magdalena Gierschner; Hans-Joachim Knaak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Also published as: KR20160087888A; JP2017501672A; CN105830328B; EP3061179A1; KR101918145B1; JP6370386B2; CN105830328A; US20170005479A1; WO2015090936A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Kraftwerksanlage (10) mit einem internen Wechselspannungsnetz (20), einer Vielzahl an elektrischen Energieerzeugungseinheiten (30, 31), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen ist, über eine Gleichstromverbindung an ein externes Wechselspannungsnetz (50) anschließbar ist und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz (20) in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes (50) ermöglicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) ihre Leistung entweder über einen leistungselektronischen Umrichter in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird, in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen und die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils eine Synchronisiereinrichtung (60) aufweisen, die geeignet ist, die Erzeugung der Ausgangsspannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) oder das Einspeisen des Ausgangsstromes durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit (30, 31) derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebene Sollphasenlage (Δφ) gegenüber einem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal (S) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftwerksanlage mit einem internen Wechselspannungsnetz, einer Vielzahl an elektrischen Energieerzeugungseinheiten, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, über eine Gleichstromverbindung an ein externes Wechselspannungsnetz anschließbar ist und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes ermöglicht.
Kraftwerksanlagen der beschriebenen Art sind als Windparks, bei denen die Energieerzeugungseinheiten durch Windkraftanlagen gebildet sind, oder als Photovoltaikparks, bei denen die Energieerzeugungseinheiten durch Photovoltaikanlagen gebildet sind, bekannt. Die bei diesen Kraftwerksanlagen eingesetzten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtungen weisen aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes der Kraftwerksanlage jeweils selbstgeführte Gleichrichter auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerksanlage anzugeben, die sich kostengünstiger als bisherige Kraftwerksanlagen realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftwerksanlage mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Energieerzeugungseinheiten ihre Leistung entweder über einen leistungselektronischen Umrichter in das interne Wechselspannungsnetz einspeisen oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird, in das interne Wechselspannungsnetz einspeisen und die Energieerzeugungseinheiten jeweils eine Synchronisiereinrichtung aufweisen, die geeignet ist, die Erzeugung der Ausgangsspannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit oder das Einspeisen des Ausgangsstromes durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit vorgegebene Sollphasenlage gegenüber einem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal aufweist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage ist darin zu sehen, dass bei dieser die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes nicht selbstgeführt sein muss, sondern netzgeführt sein kann. Mit anderen Worten ist es bei der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage möglich, aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes netzgeführte Gleichrichter anstelle von selbstgeführten Gleichrichtern einzusetzen, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden können; denn netzgeführte Gleichrichter sind technisch einfacher und somit kostengünstiger herstellbar als selbstgeführte Gleichrichter. Der Einsatz einer aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes netzgeführten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung ist erfindungsgemäß möglich, weil eine ausreichende Stabilisierung des internen Wechselspannungsnetzes durch die Synchronisierung der Energieerzeugungseinheiten erfolgt, so dass es einer Selbstführung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes nicht bedarf.
Wie bereits erwähnt, wird es mit Blick auf minimale Kosten als vorteilhaft angesehen, wenn die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz mindestens einen netzgeführten Gleichrichter aufweist. Mit anderen Worten ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz vorzugsweise eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung.
Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung und aufseiten des äußeren Wechselspannungsnetzes eine selbstgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung ist.
Um einen Notbetrieb bzw. eine Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes auch im Falle nicht ausreichender Energieerzeugung der Energieerzeugungseinheiten sicherzustellen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz mindestens einen selbstgeführten Gleichrichter aufweist, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und zur Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes von der Gleichstromseite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung kommende Energie in das interne Wechselspannungsnetz einzuspeisen. Durch das Vorhandensein eines selbstgeführten Gleichrichters, der als Wechselrichter arbeiten kann, ist es möglich, einen Energietransfer vom externen Wechselspannungsnetz in Richtung des internen Wechselspannungsnetzes durchzuführen, wenn dort keine ausreichende Netzspannung vorhanden ist.
Vorzugsweise sind alle Energieerzeugungseinheiten der Kraftwerksanlage mit demselben Synchronisationssignal beaufschlagt.
Mit Blick auf eine besonders hohe Stabilität des internen Wechselspannungsnetzes wird es als vorteilhaft angesehen, wenn während des Betriebs der Kraftwerksanlage zumindest der Hälfte der Energieerzeugungseinheiten dieselbe Sollphasenlage, nachfolgend zentrale Sollphasenlage genannt, vorgegeben ist und diese Hälfte der Energieerzeugungseinheiten ihre Ausgangsspannung oder ihren Ausgangsstrom mit derselben zentralen Sollphasenlage erzeugen.
Zur Kompensation von im internen Wechselspannungsnetz befindlicher Blindleistung bzw. zum Hervorrufen von Blindleistung im Wechselspannungsnetz kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Energieerzeugungseinheiten eine individuelle Sollphasenlage vorgegeben ist oder vorgegeben werden kann, die von der zentralen Sollphasenlage abweicht.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der mindestens einen Energieerzeugungseinheit eine individuelle Sollphasenlage vorgegeben ist, die von der zentralen Sollphasenlage um 90° oder aber zumindest derart abweicht, dass die Energieerzeugungseinheit Blindleistung in das interne Wechselspannungsnetz einspeist.
Vorzugsweise weist die Kraftwerksanlage eine Zentraleinrichtung auf, die mit allen Energieerzeugungseinheiten verbunden ist und derart ausgestaltet ist, dass sie jeder Energieerzeugungseinheit jeweils eine Sollphasenlage vorgibt.
Mit Blick auf eine einfache Übertragung des Synchronisationssignals wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Energieerzeugungseinheiten jeweils einen Funkempfänger aufweisen und die Funkempfänger der Energieerzeugungseinheiten jeweils ihr Synchronisationssignal per Funk empfangen.
Bei dem Synchronisationssignal kann es sich beispielsweise um das sogenannte GPS-Signal (GPS: Globales Positionsbestimmungssystem) handeln; in diesem Fall handelt es sich bei den Funkempfängern vorzugsweise um GPS-Empfänger.
Bei der Kraftwerksanlage kann es sich beispielsweise um einen Windpark oder einen Photovoltaikpark handeln, bei dem die Energieerzeugungseinheiten durch Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen gebildet sind.
Das interne Wechselspannungsnetz kann beispielsweise ein mehrphasiges Netz, insbesondere ein dreiphasiges Drehstromnetz sein.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Energieerzeugungseinheit für eine Kraftwerksanlage, wie sie oben beschrieben worden ist. Bezüglich einer solchen Energieerzeugungseinheit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese eine Synchronisiereinrichtung aufweist, die geeignet ist, ein eingangsseitig anliegendes Synchronisationssignal sowie die Phasenlage einer von der Energieerzeugungseinheit erzeugten Ausgangsspannung oder die Phasenlage eines von der Energieerzeugungseinheit in das interne Wechselspannungsnetz eingespeisten Ausgangsstromes zu verarbeiten und die Erzeugung der Ausgangsspannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes einer der Energieerzeugungseinheit vorgegebenen Sollphasenlage entspricht.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit denen der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage im Wesentlichen entsprechen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage, die ausgestattet ist mit einem internen Wechselspannungsnetz, einer Vielzahl an Energieerzeugungseinheiten, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen ist.
Bezüglich eines solchen Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in die Energieerzeugungseinheiten jeweils ein Synchronisationssignal eingespeist wird und die Energieerzeugungseinheiten jeweils das eingangsseitig anliegende Synchronisationssignal sowie die Phasenlage einer von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit erzeugten Ausgangsspannung oder die Phasenlage eines von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit in das interne Wechselspannungsnetz eingespeisten Ausgangsstromes erfassen und die Erzeugung der Ausgangsspannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes einer der jeweiligen Energieerzeugungseinheit vorgegebenen Sollphasenlage gegenüber dem Synchronisationssignal entspricht.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage, bei der eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten eines internen Wechselspannungsnetzes einen netzgeführten Gleichrichter aufweist,
2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage, bei der eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten eines internen Wechselspannungsnetzes sowohl einen netzgeführten Gleichrichter als auch einen selbstgeführten Gleichrichter aufweist,
3 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage, bei der eine Zentraleinrichtung vorhanden ist, die mit allen Energieerzeugungseinheiten der Kraftwerksanlage verbunden ist und diesen jeweils eine individuelle Sollphasenlage vorgibt, und
4 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage, bei der eine Zentraleinrichtung vorhanden ist, die den Energieerzeugungseinheiten jeweils eine individuelle Sollphasenlage vorgibt und bei der eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes sowohl einen netzgeführten Gleichrichter als auch einen selbstgeführten Gleichrichter aufweist.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine Kraftwerksanlage 10, die ein internes Wechselspannungsnetz 20 sowie eine Vielzahl an an das interne Wechselspannungsnetz 20 angeschlossenen Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 aufweist. Mit dem internen Wechselspannungsnetz 20 steht außerdem eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 in Verbindung, die das interne Wechselspannungsnetz 20 mit einem externen Wechselspannungsnetz 50 verbindet und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz 20 in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes 50 ermöglicht.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 ist aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes 20 eine netzgeführte Übertragungseinrichtung und weist hierzu einen netzgeführten Gleichrichter 41 auf, der elektrisch zwischen dem internen Wechselspannungsnetz 20 und einer Gleichstromübertragungsleitung 42 angeordnet ist.
Um eine korrekte Arbeitsweise des netzgeführten Gleichrichters 41 der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 zu gewährleisten, ist es nötig, dass das interne Wechselspannungsnetz 20 hinreichend stabil ist. Um die Stabilität des internen Wechselspannungsnetzes 20 trotz der Vielzahl der vorhandenen Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 zu gewährleisten, sind die Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 jeweils mit einer Synchronisiereinrichtung 60 ausgestattet, die geeignet ist, die Erzeugung der Ausgangsspannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit oder das Einspeisen des Ausgangsstroms durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstroms eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit vorgegebenen Sollphasenlage entspricht. Die Sollphasenlage bezieht sich dabei auf ein eingangsseitig anliegendes Synchronisationssignal S, das in die Synchronisiereinrichtungen 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 eingespeist wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird davon ausgegangen, dass die Übertragung des Synchronisationssignals S zu den Synchronisiereinrichtungen 60 über Funk erfolgt. Alternativ ist es möglich, das Synchronisationssignal S auf andere Art zu übertragen, beispielsweise drahtgebunden.
Das Einspeisen der elektrischen Leistung durch die Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 in das interne Wechselspannungsnetz 20 erfolgt entweder über einen leistungselektronischen Umrichter oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird. Aus Gründen der Übersicht sind die letztgenannten Komponenten, also die leistungselektronischen Umrichter oder die Statoren doppelt gespeister Asynchronmaschinen, in der 1 nicht explizit dargestellt.
Bezüglich der Ausgestaltung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese aufseiten des äußeren Wechselspannungsnetzes 50 eine selbstgeführte Übertragungseinrichtung ist und hierzu einen selbstgeführten Umrichter 45 aufweist.
Die Kraftwerksanlage 10 gemäß 1 kann beispielsweise wie folgt betrieben werden:
Die Synchronisiereinrichtungen 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 empfangen das Synchronisationssignal S, bei dem es sich beispielsweise um das allgemein bekannte GPS-Ortungsignal (GPS: Globales Positionsbestimmungssystem) handeln kann, da das GPS-Ortungsignal einen zur Synchronisierung geeigneten Zeitstempel aufweist.
Die Synchronisiereinrichtungen 60 werten das Synchronisationssignal S aus und regeln die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom ihrer jeweiligen Energieerzeugungseinheit derart, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung bzw. die Phasenlage des Ausgangsstroms mit einer der Energieerzeugungseinheit individuell vorgegebenen Sollphasenlage gegenüber dem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal S übereinstimmt.
Durch die Synchronisation mittels des Synchronisationssignals S ist es somit möglich, dass die Energieerzeugungseinheiten, ohne unmittelbar miteinander verbunden zu sein, ein abgestimmtes Verhalten hinsichtlich der Einspeisung ihrer Energie in das interne Wechselspannungsnetz 20 zeigen. Durch die Synchronität der Energieeinspeisung wird das interne Wechselspannungsnetz 20 bezüglich Netzfrequenz und Spannungshöhe stabilisiert, so dass das interne Wechselspannungsnetz 20 bzw. dessen Stabilität ausreicht, den netzgeführten Gleichrichter 41 stabil zu betreiben und Energie vom internen Wechselspannungsnetz 20 über den netzgeführten Gleichrichter 41 und die Gleichstromübertragungsleitung 42 in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes 50 zu übertragen.
Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kraftwerksanlage, bei der die Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 mittels eines Synchronisationssignals S synchronisiert werden, um eine ausreichende Stabilisierung des internen Wechselspannungsnetzes 20 für einen netzgeführten Betrieb des netzgeführten Gleichrichters 41 zu gewährleisten.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist die Kraftwerksanlage 10 gemäß 2 auf der dem internen Wechselspannungsnetz 20 zugewandten Anschlussseite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 zusätzlich einen selbstgeführten Gleichrichter 46 auf, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und von der Gleichstromübertragungsleitung 42 kommende Energie in das Wechselspannungsnetz 20 einzuspeisen. Der selbstgeführte Gleichrichter 46 kann somit dazu dienen, den Eigenbedarf des internen Wechselspannungsnetzes 20 über einen Energietransfer vom externen Wechselspannungsnetz 50 in Richtung des internen Wechselspannungsnetzes 20 zu decken, wenn beispielsweise die Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 nicht selbst ausreichend Leistung in das interne Wechselspannungsnetz 20 einspeisen.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kraftwerksanlage 10, bei der eine Zentraleinrichtung 100 vorhanden ist, die mit jeder Energieerzeugungseinheit 30 bzw. 31 individuell, sei es drahtgebunden oder über Funk, verbunden ist. Aus Gründen der Übersicht ist lediglich die Verbindung zwischen der Energieerzeugungseinheit 30 und der Zentraleinrichtung 100 in der 1 explizit eingezeichnet; die übrigen Verbindungen zwischen den Energieerzeugungseinheiten 31 und der Zentraleinrichtung 100 sind in der 1 nur angedeutet.
Die Zentraleinrichtung 100 hat die Aufgabe, jeder Energieerzeugungseinheit 30 bzw. 31 bzw. jeder Synchronisiereinrichtung 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 jeweils eine individuelle Phasenlage ∆φ vorzugeben. Die Synchronisiereinrichtungen 60 empfangen somit neben dem Synchronisationssignal S auch jeweils ihre individuell vorgegebene Sollphasenlage ∆φ, so dass es ihnen möglich ist, die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom derart zu regeln, dass diese gegenüber dem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal S die vorgegebene Sollphasenlage ∆φ aufweisen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 erfolgt die Übertragung des Synchronisationssignals S als GPS-Signal über Funk und die Übertragung der individuell vorgegebenen Sollphasenlage ∆φ drahtgebunden oder per Funk durch die Zentraleinrichtung 100. Alternativ ist es möglich, das Synchronisationssignal S gemeinsam mit der individuellen Sollphasenlage ∆φ von der Zentraleinrichtung 100 zu den Synchronisiereinrichtungen 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 zu übertragen, beispielsweise drahtgebunden oder per Funk. Im Falle einer drahtgebundenen Übertragung kann auf Funkempfangseinrichtungen zum Empfang eines GPS-Signals beispielsweise verzichtet werden.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kraftwerksanlage, bei der die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 auf der Seite des internen Wechselspannungsnetzes 20 zusätzlich zu dem netzgeführten Gleichrichter 41 auch einen selbstgeführten Gleichrichter 46 aufweist, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und zur Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes 20 von der Gleichstromseite des Gleichrichters 46 bzw. von der Gleichstromübertragungsleitung 42 kommende Energie in das interne Wechselspannungsnetz 20 einzuspeisen, wie dies bereits im Zusammenhang mit der 2 oben eingehend erläutert worden ist. Die diesbezüglichen Erläuterungen gelten also entsprechend.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Kraftwerksanlage
20: internes Wechselspannungsnetz
30: Energieerzeugungseinheit
31: Energieerzeugungseinheit
40: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung
41: netzgeführter Gleichrichter
42: Gleichstromübertragungsleitung
45: selbstgeführter Umrichter
46: selbstgeführter Gleichrichter
50: externes Wechselspannungsnetz
60: Synchronisiereinrichtung
100: Zentraleinrichtung
S: Synchronisationssignal
∆φ: Sollphasenlage

Claims

Kraftwerksanlage (10) mit – einem internen Wechselspannungsnetz (20), – einer Vielzahl an elektrischen Energieerzeugungseinheiten (30, 31), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen sind, und – zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen ist, über eine Gleichstromverbindung an ein externes Wechselspannungsnetz (50) anschließbar ist und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz (20) in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes (50) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) ihre Leistung entweder über einen leistungselektronischen Umrichter in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird, in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen und – die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils eine Synchronisiereinrichtung (60) aufweisen, die geeignet ist, die Erzeugung der Ausgangsspannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) oder das Einspeisen des Ausgangsstromes durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit (30, 31) derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebene Sollphasenlage (Δφ) gegenüber einem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal (S) aufweist.
Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz (20) mindestens einen netzgeführten Gleichrichter (41) aufweist.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) ist.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes (20) eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) und aufseiten des äußeren Wechselspannungsnetzes (50) eine selbstgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) ist.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz (20) mindestens einen selbstgeführten Gleichrichter (46) aufweist, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und zur Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes (20) von der Gleichstromseite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) kommende Energie in das interne Wechselspannungsnetz (20) einzuspeisen.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Energieerzeugungseinheiten (30, 31) der Kraftwerksanlage (10) mit demselben Synchronisationssignal (S) beaufschlagt sind.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – während des Betriebs der Kraftwerksanlage (10) zumindest der Hälfte der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) dieselbe Sollphasenlage (Δφ), nachfolgend zentrale Sollphasenlage genannt, vorgegeben ist und – diese Hälfte der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) ihre Ausgangsspannung oder ihren Ausgangsstrom mit derselben zentralen Sollphasenlage erzeugen.
Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) eine individuelle Sollphasenlage (Δφ) vorgegeben ist oder vorgegeben werden kann, die von der zentralen Sollphasenlage abweicht.
Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Energieerzeugungseinheit (30, 31) eine individuelle Sollphasenlage (Δφ) vorgegeben ist, die von der zentralen Sollphasenlage um 90° oder zumindest derart abweicht, dass die Energieerzeugungseinheit (30, 31) Blindleistung in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeist.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwerksanlage (10) eine Zentraleinrichtung (100) aufweist, die mit allen Energieerzeugungseinheiten (30, 31) verbunden ist und derart ausgestaltet ist, dass sie jeder Energieerzeugungseinheit (30, 31) jeweils eine Sollphasenlage (Δφ) vorgibt.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils einen Funkempfänger aufweisen und – die Funkempfänger der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils ihr Synchronisationssignal (S) per Funk empfangen.
Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkempfänger GPS-Empfänger sind.
Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) Windkraftanlagen sind und die Kraftwerksanlage (10) einen Windpark bildet oder – die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) Photovoltaikanlagen sind und die Kraftwerksanlage (10) einen Photovoltaikpark bildet.
Energieerzeugungseinheit (30, 31) für eine Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (30, 31) eine Synchronisiereinrichtung (60) aufweist, die geeignet ist, ein eingangsseitig anliegendes Synchronisationssignal (S) sowie die Phasenlage einer von der Energieerzeugungseinheit (30, 31) erzeugten Ausgangsspannung oder die Phasenlage eines von der Energieerzeugungseinheit (30, 31) in das interne Wechselspannungsnetz (20) eingespeisten Ausgangsstromes zu verarbeiten und die Erzeugung der Ausgangsspannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes einer der Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebenen Sollphasenlage (Δφ) entspricht.
Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage (10), die ausgestattet ist mit einem internen Wechselspannungsnetz (20), einer Vielzahl an Energieerzeugungseinheiten (30, 31), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – in die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils ein Synchronisationssignal (S) eingespeist wird und – die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils das eingangsseitig anliegende Synchronisationssignal (S) sowie die Phasenlage einer von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) erzeugten Ausgangsspannung oder die Phasenlage eines von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) in das interne Wechselspannungsnetz (20) eingespeisten Ausgangsstromes erfassen und die Erzeugung der Ausgangsspannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes einer der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebenen Sollphasenlage (Δφ) gegenüber dem Synchronisationssignal (S) entspricht.