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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Windenergieanlagen und genauer auf ein System oder ein Verfahren zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit in einer Windenergieanlage während eines Unterspannungsereignisses in einem Energieversorgungsnetz.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Allgemein enthält eine Windenergieanlage eine Turbine, die einen Rotor hat, der eine drehbare Nabenanordnung mit mehreren Schaufelblättern enthält. Die Schaufelblätter wandeln Windenergie in ein mechanisches Drehmoment um, das einen oder mehrere Generatoren mittels des Rotors antreibt. Die Generatoren sind manchmal, aber nicht immer, über ein Getriebe mit dem Rotor rotationsverbunden. Das Getriebe erhöht die an sich geringe Drehzahl des Rotors für den Generator, um die mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, die mittels zumindest einer elektrischen Verbindung in ein Versorgungsnetz gespeist wird. Es existieren auch getriebelose Direktantriebswindenergieanlagen. Der Rotor, der Generator, das Getriebe und andere Komponenten sind typischerweise innerhalb eines Gehäuses oder einer Gondel montiert, die auf der Spitze einer Basis angeordnet ist, die ein Gestell oder ein rohrförmiger Turm sein kann.
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Um Energie für das Energieversorgungsnetz bereitzustellen, müssen die Windenergieanlagen bestimmte Anforderungen erfüllen. Zum Beispiel kann es notwendig sein, dass Windenergieanlagen eine Fehlertoleranzfähigkeit (zum Beispiel Unterspannungstoleranzfähigkeit) bereitstellen, was von einer Windenergieanlage verlangt, mit dem Energieversorgungsnetz während eines oder mehrerer Netzfehler verbunden zu bleiben. Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „Netzfehler“, „Fehler“ oder dergleichen dazu bestimmt, eine Veränderung in dem Betrag der Netzspannung für eine bestimmte Zeitdauer zu umfassen. Zum Beispiel kann die Spannung in dem System um einen signifikanten Betrag für eine kurze Zeitdauer (zum Beispiel typischerweise weniger als 500 Millisekunden) sinken, wenn ein Netzfehler auftritt. Außerdem können Netzfehler aus verschiedenen Gründen austreten, enthaltend, aber nicht beschränkt auf eine Verbindung eines Phasenleiters mit Masse (das hießt ein Massefehler), einen Kurzschluss zwischen zwei oder mehr Phasenleitern, Blitzschlag und/oder Windstürme und/oder eine unbeabsichtigte Verbindung einer Übertragungsleitung mit der Masse.
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In der Vergangenheit war es für eine Windenergieanlage akzeptabel, während dieser unbeabsichtigten Fehler sofort getrennt zu werden, wann immer die Spannungsreduzierung auftritt. Jedoch, nachdem Windenergieanlagen weiter in ihrer Größe zunehmen und die Durchdringung von Windenergieanlagen am Netz zunimmt, ist es für die Windenergieanlagen wünschenswert, angeschlossen zu bleiben und durch Störungen hindurch zu fahren. Außerdem ist es für die Windenergieanlagen auch wichtig, Energie zu erzeugen, nachdem der Fehler beseitigt wurde. Während der Fehler noch vorhanden ist und vor der Behebung ist es für die Windenergieanlage vorteilhaft, einen Blindstrom an das Versorgungsnetz zu liefern. Da Netzfehler von kurzer Dauer sind, ist es vernünftig, dass die Antwort des Blindstromes derart ist, dass sie einen bestimmten Betrag innerhalb einer bestimmten Zeit erreicht. Daher verlangen Netzvorschriften für einige Länder eine minimale Blindstromantwortzeit während des Beginns eines Unterspannungstoleranzereignisses (LVRT).
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In vielen Fällen kann es sein, dass es für die Antwortzeit der schnellsten Stromregler des Leistungswandlers nicht optimal ist, schnell genug zu sein, um die Anforderungen der Netzvorschrift zu erfüllen. Daher kann es für die Steuereinrichtung, die für die Blindstromregelung verantwortlich ist, vorteilhaft sein, die erforderliche Antwortzeit zu erhalten, indem ein Blindstrombetrag, der einen größeren Betrag hat als es die Vorschrift erfordert, für eine Zeitdauer angefordert ist, die ausreicht, um die Antwortzeit zu beschleunigen, um den erforderlichen Strombetrag zu erreichen. Ein solcher Blindstromreferenzbefehl kann dazu führen, dass der erforderliche Strom schneller erreicht wird, als es ohne den zusätzlichen Befehl gewesen wäre.
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Genauer stellt die vorliegende Offenbarung einen transienten Puls bereit, der mit dem Bezugsblindstrom, der für das LVRT-Ereignis erforderlich ist, kombiniert werden kann, um eine vorübergehenden höheren Gesamtblindstrombefehl zu erhalten. Der vorübergehende höhere Strombefehl verbessert die Stromantwortzeit der Windenergieanlage und verhindert auch einen übergrößeren Strombefehl, der die Systemfähigkeiten überschreiten kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt oder ergeben sich aus der Beschreibung oder können durch das Ausführen der Erfindung offenbar werden.
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Ein beispielhafter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit eines Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems gerichtet, das mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist. Das Verfahren enthält das Bereitstellen einer Bedienungslogik in Bezug auf das Energieversorgungsnetz mittels einer Steuereinrichtung des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems. Als Antwort darauf, dass die Bedingungslogik erfüllt ist, weist das Verfahren auch das Ermitteln eines Blindstromreferenzbefehls mittels der Steuereinrichtung und das Erzeugen eines Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem auf. Die Steuereinrichtung kann dann einen Gesamtblindstrombefehl durch das Kombinieren des Blindstromreferenzbefehls und des Blindstrompulsbefehls ermitteln. Außerdem weist das Verfahren das Betreiben des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems basierend auf dem Gesamtblindstrombefehl auf, um die Stromantwortzeit des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems zu verbessern.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Bedingungslogik irgendetwas oder eine Kombination des folgenden aufweisen: ein Auftreten eines Problem-Netzspannungsereignisses, eine Zeitbedingung, um den Blindstrompulsbefehl zu verzögern, eine Zeitbedingung, die den Blindstrompulsbefehl auf eine bestimmte Wiederholungsrate beschränkt, ein Betrag einer Gegenspannung eines Netzfehlers oder dergleichen. Außerdem kann das Problem-Netzspannungsereignis irgendeine substanzielle Veränderung in der Netzspannung des Energieversorgungsnetzes enthalten, aufweisend aber nicht beschränkt auf einer Unterspannungstoleranz(LVRT)-Ereignis (zum Beispiel ein Netzfehler), ein Überspannungstoleranz(HVRT)-Ereignis oder dergleichen.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Schritt des Erzeugens des Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem außerdem das Ermitteln einer Differenz zwischen einer Netzspannung und einem Aktivierungsspannungsschwellenwert enthalten. Daher kann ein anderer Schritt des Verfahrens das Bestimmen eines Betrages und einer Dauer für den Blindstrompulsbefehl basierend auf der Differenz enthalten, wobei der Betrag und die Dauer des Blindstrompulsbefehls ausreichend sind, um die Blindstromantwortzeit des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems zu erhöhen. Bei einer bestimmten Ausführung kann die Bedingungslogik als erfüllt angesehen werden, wenn die Netzspannung unter den Aktivierungsspannungsschwellenwert fällt, so dass die Differenz positiv ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann der Aktivierungsspannungsschwellenwert kleiner oder gleich 90% einer Nennnetzspannung sein. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen kann der Aktivierungsspannungsschwellenwert irgendein prozentualer Anteil der Nennnetzspannung sein.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfahren auch einen Schritt der Bestimmung einer Obergrenze für den Blindstrompulsbefehl für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem aufweisen, um den Strom innerhalb der Systemfähigkeiten zu halten. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Schritt des Ermittelns des Gesamtblindstrombefehls durch Kombinieren des Blindstromreferenzbefehls und des Blindstrompulsbefehls außerdem das Addieren oder Summieren des Blindstromreferenzbefehls und des Blindstrompulsbefehls aufweisen.
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Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem, wie es hierin beschrieben ist, irgendein geeignetes Energieerzeugungssystem aufweisen, enthaltend, aber nicht beschränkt auf ein Windkraftenergieerzeugungssystem (zum Beispiel eine Windkraftanlage) oder ein Solarenergieerzeugungssystem.
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Bei einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einer Verfahren zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit eines Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems gerichtet, das mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist, nachdem ein Problemspannungszustand in dem Netz aufgetreten ist. Das Verfahren enthält das Erzeugen eines Blindstrompulsbefehls mittels einer Steuereinrichtung des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem. Ein weiterer Schritt enthält das Ermitteln eines Gesamtblindstrombefehls basierend zumindest teilweise auf dem Blindstrompulsbefehl. Das Verfahren enthält auch das Betreiben des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems basierend auf dem Gesamtblindstrombefehl, um die Stromantwortzeit des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems zu verbessern. Es sollte auch verstanden werden, dass das Verfahren außerdem irgendeinen der zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale aufweisen kann, wie sie hierin beschrieben sind.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren außerdem das Bereitstellen einer sich auf das Energieversorgungsnetz beziehenden Bedingungslogik und als Antwort auf das Erfüllen der Bedingungslogik das Erzeugen des Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die Bedingungslogik ein Auftreten eines Problemnetzspannungsereignisses und/oder eine Zeitbedingung zur Verzögerung des Blindstrompulsbefehls und/ oder eine Zeitbedingung, die den Blindstrompulsbefehl auf eine bestimmte Wiederholungsrate beschränkt und/oder ein Betrag einer Gegenspannung eines Netzfehlers und/oder eine oder mehrere Netzeigenschaften aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die Problemnetzspannung ein Unterspannungstoleranzereignis (LVRT) und/oder ein Überspannungstoleranzereignis (HVRT) und/oder einen Netzfehler aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Erzeugen des Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem außerdem aufweist: Ermitteln eines einer Differenz zwischen einer Netzspannung und einem Aktivierungsspannungsschwellenwert; und Bestimmen eines Betrages und einer Dauer für den Blindstrompulsbefehl basierend auf der Differenz, wobei der Betrag und die Dauer des Blindstrompulsbefehls ausreichend sind, um die Blindstromantwortzeit des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems zu erhöhen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die Differenz positiv ist und die Bedingungslogik erfüllt ist, wenn die Netzspannung unter den Aktivierungsspannungsschwellenwert fällt.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass der Aktivierungsspannungsschwellenwert weniger oder gleich 90% einer Nennnetzspannung ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren außerdem das Ermitteln eines oberen Stromgrenzwertes für den Blindstrompulsbefehl aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Ermitteln des Gesamtblindstrombefehls durch Kombinieren des Blindstromreferenzbefehls und des Blindstrompulsbefehls außerdem das Addieren des Blindstrompulsbefehls zu dem Blindstromreferenzbefehl aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel irgendeines Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem ein Windenergieerzeugungssystem und/oder ein Solarenergieerzeugungssystem aufweist.
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Bei noch einem anderen Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein System zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit eines Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems gerichtet, das mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist. Das System enthält eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Operationen auszuführen. Zum Beispiel enthalten die einen oder mehrere Operationen bei einem Ausführungsbeispiel zumindest das Bereitstellen einer Bedingungslogik, die sich auf das Energieversorgungsnetz bezieht, das Ermitteln eines Blindstromreferenzbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem als Antwort auf das Erfüllen der Bedingungslogik, das Erzeugen eines Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem, das Ermitteln eines Gesamtblindstrombefehls durch Kombinieren des Blindstromreferenzbefehls mit dem Blindstrompulsbefehl und das Betreiben des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems basierend auf dem Gesamtblindstrombefehl, um die Stromantwortzeit des Energieversorgungsnetzes zu verbessern.
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Patentansprüche verstanden werden. Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung darstellen, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, aufweisend das bevorzugte Ausführungsbeispiel davon, die sich an einen Durchschnittsfachmann richtet, wird in der Beschreibung erläutert, die Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines beispielhaften Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem s entsprechen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung veranschaulicht, die zur Verwendung in dem in 1 gezeigten Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem eingerichtet ist, entsprechend der vorliegenden Offenbarung;
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3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Steuerschemas veranschaulicht, das durch die Steuereinrichtung aus 2 implementiert werden kann, wobei insbesondere ein Blindstrompulsbefehl kombiniert mit dem Blindstromreferenzbefehl entsprechend der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht ist;
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4 eine Mehrzahl von Kurven veranschaulicht, insbesondere die gewünschte Ausgangsgröße eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit in einem Energieversorgungsnetz entsprechend der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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5 eine Mehrzahl von Kurven entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, insbesondere ein Problemspannungsereignis, einen Gesamtblindstrombefehl, einen Blindstrompuls und eine gewünschte Ausgangsgröße; und
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6 ein Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms eines beispielhaften Verfahrens zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit eines Energieversorgungsnetzes entsprechend der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun Bezug genommen im Detail auf Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele davon in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung und nicht zur Beschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich wird es für die Fachleute offenbar werden, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne vom Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht oder beschrieben sind, mit einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um noch ein weiteres Ausführungsbeispiel zu erhalten. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Abwandlungen umfasst, die in dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente liegen.
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Allgemein bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein System und ein Verfahren zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit in einem Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem, das mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist, nachdem ein Problemspannungsereignis (zum Beispiel ein LVRT-Ereignis oder ein HVRT-Ereignis) in dem Netz aufgetreten ist. Genauer erzeugt eine Steuereinrichtung des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems als Antwort auf das Problemspannungsereignis einen Blindstrompulsbefehl und kombiniert den Blindstrompulsbefehl mit einem Blindstromreferenzbefehl, der für das Ereignis erforderlich ist, um einen vorübergehend höheren Gesamtblindstrom zu erhalten. Die Steuereinrichtung betreibt das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem dann basierend auf dem vorübergehend höheren Gesamtblindstrombefehl, um die gewünschte Antwortzeit zu erreichen und übermäßige Ströme innerhalb des Energieerzeugungssystems zu vermeiden, die die Systemfähigkeiten überschreiten könnten.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 ein beispielhaftes windangetriebenes doppelt gespeistes Asynchrongenerator(DFIG)-System 100 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden mit Bezug auf die DFIG-Windkraftanlage 10 aus 1 zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung erklärt. Die Durchschnittsfachleute, die die hierin bereitgestellte Offenbarung verwenden, sollten verstehen, dass beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung auch in anderen Energieerzeugungssystemen, wie etwa Wind-, Solar-, Gasturbinen- oder anderen geeigneten Energieerzeugungssystem anwendbar sind.
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In dem beispielhaften System 100 weist ein Rotor 106 eine Mehrzahl von Rotorschaufelblättern 108 auf, die mit einer drehbaren Nabe 110 verbunden sind und gemeinsam einen Propeller bilden. Der Propeller ist optional mit einem Getriebe 118 verbunden, das wiederum mit einem Generator 120 verbunden ist. In Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der Generator 120 irgendein geeigneter Generator sein, aufweisend, aber nicht beschränkt auf einen doppelt gespeisten Asynchrongenerator (DFIG) oder einen vollgespeisten Asynchrongenerator. Der Generator 120 ist typischerweise mit einem Statorbus 154 und mittels eines Rotorbusses 156 mit einem Leistungswandler 162 verbunden. Der Statorbus 154 stellt eine mehrphasige Ausgangsleistung (zum Beispiel dreiphasige Leistung) von einem Stator des Generators 120 bereit und der Rotorbus 156 stellt eine mehrphasige Ausgangsleistung (zum Beispiel dreiphasige Leistung) eines Rotors des Generators 120 bereit.
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Bezug nehmend auf den Leistungswandler 162 ist der DFIG 120 mittels des Rotorbusses 156 mit einem rotorseitigen Wandler 166 verbunden. Der rotorseitige Wandler 166 ist mit einem leitungsseitigen Wandler 168 verbunden, der wiederum mit einem leitungsseitigen Bus 188 verbunden ist. Bei beispielhaften Ausführungen sind der rotorseitige Wandler 166 und der leitungsseitige Wandler 168 für den Normalbetriebsmodus in einer dreiphasigen pulsweitenmodulierten (PWM) Anordnung unter Verwendung von Insulated-Gate-Bipolar-Transistor(IGBT)-Schaltelementen eingerichtet. Der rotorseitige Wandler 166 und der leitungsseitige Wandler 168 können über einen Gleichspannungszwischenkreis 136 verbunden sein, über dem ein Gleichspannungszwischenkreiskondensator 138 vorhanden ist.
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Das Energieerzeugungssystem 100 kann auch eine Steuereinrichtung 174 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der verschiedenen Komponenten des Systems 100 zu steuern, sowie irgendwelche Verfahrensschritte, wie sie hierin beschrieben sind, zu implementieren. Daher kann die Steuereinrichtung 174 irgendeine Anzahl von Steuergeräten aufweisen. Bei einer Implementierung, wie sie in 2 gezeigt ist, kann die Steuereinrichtung 174 einen oder mehrere Prozessor(en) 176 und zugeordnete Speichereinrichtung(en) 178 aufweisen, der bzw. die dazu eingerichtet ist bzw. sind, eine Wertzahl von computerimplementierten Funktionen und/oder Befehlen auszuführen (zum Beispiel Ausführen der Verfahren, Schritte, Berechnungen und dergleichen und Steuern der relevanten Daten, wie es hierin offenbart ist). Die Befehle, wenn sie durch den Prozessor 176 ausgeführt werden, können den Prozessor 176 dazu veranlassen, Operationen auszuführen, enthaltend das Bereitstellen von Steuerbefehlen für die verschiedenen Systemkomponenten. Außerdem kann die Steuereinrichtung 174 ein Kommunikationsmodul 180 enthalten, um eine Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 174 und den verschiedenen Komponenten des Energieerzeugungssystems 100 zu ermöglichen, zum Beispiel irgendeiner der Komponenten aus 1. Außerdem kann das Kommunikationsmodul 180 eine Sensorschnittstelle 182 aufweisen (zum Beispiel einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler), um es den Signalen, die von einem oder mehreren Sensoren übermittelt werden, zu ermöglichen, in Signale umgewandelt zu werden, die durch die Prozessoren 176 verstanden und verarbeitet werden können. Es sollte verstanden werden, dass die Sensoren (zum Beispiel Sensoren 181, 183, 184) mit dem Kommunikationsmodul 180 unter Verwendung irgendwelcher geeigneter Mittel Kommunikationsverbunden sein können. Zum Beispiel sind die Sensoren 181, 183, 185, wie gezeigt, mit der Sensorschnittstelle 182 über eine drahtgebundene Verbindung verbunden. Jedoch können die Sensoren 181, 183, 185 mit der Sensorschnittstelle 182 bei anderen Ausführungsbeispielen über eine drahtlose Verbindung verbunden werden, wie etwa durch die Verwendung von irgendeinem geeigneten drahtlosen Kommunikationsprotokoll, wie es auf dem Gebiet bekannt ist. Als solcher kann der Prozessor 176 dazu eingerichtet sein, ein oder mehrere Signale von den Sensoren zu empfangen.
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Wie hierhin verwendet, bezieht sich der Begriff „Prozessor“ nicht nur auf integrierte Schaltkreise, auf die im Fachgebiet als in einem Computer enthalten Bezug genommen wird, sondern bezieht sich auch auf einen Controller, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine Programmierbare Logische Steuereinheit (PLC), einen anwendungsabhängigen integrierten Schaltkreis und andere programmierbare Schaltkreise. Der Prozessor 176 ist auch dazu eingerichtet, höher entwickelte Steueralgorithmen zu verarbeiten und mit einer Vielzahl von Ethernet- oder seriell-basierten Protokollen (Modbus, OPC, CAN, usw.) zu kommunizieren. Außerdem kann bzw. können die Speichereinrichtung(en) 178 allgemein ein Speicherelement bzw. Speicherelemente aufweisen, enthaltend, aber nicht beschränkt auf ein computerlesbares Medium (zum Beispiel Zugriffsspeicher (RAM)), ein computerlesbares nicht flüchtiges Medium (zum Beispiel einen Flashspeicher), ein Diskettenlaufwerk, einen Compakt-Disk-Lesespeicher (CD-ROM), eine magneto-optische Platte (MOD), eine Digital-Versatile-Disc (DVD) und/oder andere geeignete Speicherelemente. Ein solches Speicherelement bzw. solche Speicherelemente 178 können allgemein dazu eingerichtet sein, geeignete computerlesbare Befehle zu speichern, die wenn sie durch den Prozessor, bzw. die Prozessoren 176 implementiert sind, die Steuereinrichtung 174 dazu konfigurieren, die verschiedenen Funktionen auszuführen, wie sie hierin beschrieben sind.
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Während des Betriebs wird eine Wechselspannungsleistung (AC), die an dem DFIG 120 durch die Rotation des Rotors 106 erzeugt wird, mittels eines dualen Pfades an einem elektrischen Netz 160 bereitgestellt. Die dualen Pfade sind durch den Statorbus 154 und den Rotorbus 156 gebildet. Auf der Rotorbusseite 156, wird eine sinusförmige mehrphasige (zum Beispiel dreiphasige) Wechselspannungsleistung für den Leistungswandler 162 bereitgestellt. Der rotorseitige Leistungswandler 166 wandelt die Wechselspannungsleistung, wie von dem Rotorbus 156 bereitgestellt wird, in eine Gleichspannungsleistung (DC) und stellt die Gleichspannungsleistung dem Gleichspannungszwischenkreis 136 zur Verfügung. Schaltelemente (zum Beispiel IGBTs), die in Brückenkreisen des rotorseitigen Leistungswandlers 166 verwendet werden, können moduliert werden, um die von dem Rotorbus 156 bereitgestellte Wechselspannungsleistung in eine für den Gleichspannungszwischenkreis 136 geeignete Gleichspannungsleistung umzuwandeln.
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Der leitungsseitige Wandler 168 wandelt die Gleichspannungsleistung an dem Gleichspannungszwischenkreis 136 in eine Wechselspannungsausgangsleistung um, die für das elektrische Netz 160 geeignet ist. Insbesondere können die Schaltelemente (zum Beispiel IGBTs), die in Brückenkreisen des leitungsseitigen Leistungswandlers 168 verwendet werden, moduliert werden, um die Gleichspannungsleistung an dem Gleichspannungszwischenkreis 136 in Wechselspannungsleistung an dem leitungsseitigen Bus 188 umzuwandeln. Die Wechselspannungsleistung des Leistungswandlers 162 kann mit der Leistung von dem Stator des DFIG 120 kombiniert werden, um eine mehrphasige Leistung (zum Beispiel dreiphasige Leistung) bereitzustellen, die eine Frequenz hat, die im Wesentlichen auf der Frequenz des elektrischen Netzes 160 (zum Beispiel 50 Hz/60 Hz) gehalten wird.
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Verschiedene Leistungsschalter und Schalter, wie etwa ein Wandlerschalter 186, können in dem Energieerzeugungssystem 100 enthalten sein, um entsprechende Busse zu verbinden oder zu trennen, zum Beispiel wenn der Stromfluss übergroß ist und Komponenten des Systems 100 beschädigen kann oder aus anderen Betriebserwägungen. Zusätzliche Schutzkomponenten können auch in dem Energieerzeugungssystem 100 enthalten sein.
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Noch Bezug nehmend auf 1, kann das Energieerzeugungssystem 100 auch ein Batterieenergiespeichersystem (BESS) 200 enthalten, das mit dem Leistungswandler 162 verbunden ist. Genauer, wie es in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, kann das BESS 200 parallel zu dem Gleichspannungszwischenkreis 136 des Leistungswandlers 162 geschaltet sein. Das Batterieenergiespeichersystem 200 kann dazu verwendet werden, den Gleichspannungszwischenkreis 136 unter bestimmten Bedingungen Leistungen zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann das BESS 200 dazu verwendet werden, dem Gleichspannungszwischenkreis 136 Leistung zur Verfügung zu stellen, um die Ausgangsleistung des Energieerzeugungssystems 100 zu erhöhen, wenn die Windgeschwindigkeit abfällt. Leistung kann auch geliefert und in dem BESS 200 während des Betriebs des Energieerzeugungssystems 100 gespeichert werden.
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Bezug nehmend nunmehr auf 3, ist eine schematische Darstellung eines Steuerschemas veranschaulicht, das durch die Steuereinrichtung 174 implementiert werden kann, um die Blindstromantwortzeit des Energieerzeugungssystems 100, das mit dem Energieversorgungsnetz 160 verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Wie gezeigt, wird der gesamte Blindstrombefehl 222 durch Kombinieren oder Summieren des Hauptblindstromreferenzbefehls 216 und des Blindstrompulsbefehls 218 erhalten. Der Hauptblindstromreferenzbefehl 260 kann durch konventionelle Mittel ermittelt werden, die im Fachgebiet bekannt sind und kann während des normalen Betriebs oder während eines Problemspannungsereignisses verwendet werden. Außerdem kann der Blindstrompulsbefehl 218 durch Verwendung einer Mehrzahl von Verfahren ermittelt werden. Wie gezeigt, veranschaulicht das Steuerschema 220 zum Beispiel (wie durch den gestrichelten Kasten angegeben) ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung des Blindstrompulsbefehls 218 für das Energieerzeugungssystem 100. In den meisten Fällen ist der Blindstrompulsbefehl 218 null, weil die Netzspannung innerhalb vorbestimmter Toleranzen betrieben ist (das heißt kein Problemspannungszustand tritt auf). Daher ist die Steuereinrichtung 174 bei bestimmten Ausführungsbeispielen dazu eingerichtet, das Steuerschema 220 nur zu aktivieren, um den Blindstromsteuerbefehl 218 zu erzeugen, wenn eine bestimmte Bedingungslogik 224 erfüllt ist. Zum Beispiel kann die Bedingungslogik 224 in einigen Ausführungsbeispielen bestimmte Kriterien enthalten, wie etwa Eigenschaften bestimmter Arten von Netzereignissen, Zeitbedingungen zur Verzögerung des Pulses, Zeitbedingungen, die den Puls nur bei einer bestimmten Wiederholungsrate aktivieren lässt und/oder dergleichen. Die Bedingungslogik 224 kann auch basierend auf dem Betrag oder dem Prozentsatz einer Gegenspannung des Netzfehlers bzw. der Netzfehler aktiviert werden. Als solche, wie in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel aus 4 gezeigt, wird die Bedingungslogik aktiviert, wenn der Spannungsbetrag 201 unter einen Aktivierungsspannungsschwellenwert 202 fällt.
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Sobald die Bedingungslogik 224 erfüllt ist, ist das Steuerschema 220 dazu eingerichtet, einen Pulsbefehl 218 unter Verwendung von irgendwelchen geeigneten Mitteln zu erzeugen, wie sie in dem Fachgebiet bekannt sind. Zum Beispiel enthält das Steuerschema 220 bei einem Ausführungsbeispiel das Ermitteln einer Differenz 226 oder eines „Auslösefehlers“ zwischen dem Aktivierungsspannungsschwellenwert 202 und dem Netzspannungsbetrag 201. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Aktivierungsspannungsschwellenwert 202 ein Prozentsatz der Nennnetzspannung sein. Zum Beispiel kann der Aktivierungsspannungsschwellenwert 202 bei bestimmten Ausführungsbeispielen von etwa 20% bis etwa 90% der Nennnetzspannung weiter bevorzugt von etwa 30% bis etwa 80% und weiter bevorzugt von etwa 40% bis etwa 60% der Nennnetzspannung betragen. Daher wird der Auslösefehler 226 positiv werden, wenn die Netzspannung 201 unter den Aktivierungsspannungsschwellenwert 202 absinkt. Dementsprechend ist die Bedingungslogik 224 dazu eingerichtet, einen positiven Auslösefehler 226 zu überwachen und den positiven Auslösefehler 226 mit weiterer kombinatorischer Logik zu verwenden, um den Blindstrompulsbefehl 218 auszugeben und dem Integrator 228 zu erlauben, den Strom des Energieerzeugungssystems 100 in einer positiven Richtung zu treiben, bis er einen maximalen Pulsstromwert erreicht. Der maximale Pulsstromwert kann dann als der Blindstrompulsbefehl 218 gesetzt werden.
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Bei zusätzlichen Ausführungsbeispielen ist die Rate, mit der der Pulsbefehl 218 seinen maximalen Wert durch den Integrator 228 erreicht, eine Funktion der Auslöseverstärkung 232 und des Betrages des Auslösefehlers 226. Daher kann die Rate entsprechend erhöht oder verringert werden. Außerdem kann der Integrator 228 dazu eingerichtet sein, obere und untere Stromgrenzen bereitzustellen, um einen übermäßigen Strombefehl des Energieerzeugungssystems 100 zu verhindern, der die Systemfähigkeiten überschreitet.
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In weiteren Ausführungsbeispielen, sobald die Netzspannung 201 innerhalb vorbestimmter Grenzen arbeitet, kann der resultierende Puls 218 auf null abfallen, entweder durch das Entfernen der Bedingungslogik 224 oder durch Ermöglichen der Netzspannung 201 den Aktivierungsspannungsschwellenwert 202 zu überschreiten. Zum Beispiel kann die Auslöseabfallkonstante 230 des Kontrollschemas 220 dazu verwendet werden, den Puls durch den Ausgangswert des Integrators 228 abfallen zu lassen, bis der Integrator 228 null erreicht, wenn die Bedingungslogik 224 nicht länger aktiv ist. Bei zusätzlichen Ausführungsbeispielen kann das Steuerschema 220 auch einen Indikator (zum Beispiel ein Auslösegrenzflack 234) enthalten, der gesetzt werden kann, wenn der Integrator 228 null erreicht.
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Bezug nehmend auf 4 sind eine Mehrzahl von Kurven veranschaulicht, die insbesondere ein Problemspannungsereignis und den gewünschten Ausgangswert des Steuerschemas aus 3 veranschaulichen. Wie gezeigt, veranschaulicht die obere Kurve den Spannungsbetrag 201 um den Zeitpunkt eines Netzspannungsereignisses (zum Beispiel das LVRT-Ereignis). Genauer, wie zu dem Zeitpunkt T1 gezeigt, sinkt der Spannungsbetrag 201 auf ein Niveau, das eine Blindstromeingabe erforderlich macht. Zum Beispiel fällt, wie veranschaulicht, der Spannungsbetrag 201 unter den Aktivierungsspannungsschwellenwert, wie er durch die Linie 202 angegeben ist. Die Steuereinrichtung 174 ist dazu eingerichtet, zu diesem Zeitpunkt, zu dem eine bestimmte Bedingungslogik erfüllt wurde, das erforderliche Zielstromniveau 204 des Stromerzeugungssystems 100 anzufordern oder zu befehlen, wie es in der untersten Kurve gezeigt ist.
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Um das Zielstromniveau 204 zu erreichen, erzeugt die Steuereinrichtung 174 einen Strompuls 206 in dem Energieerzeugungssystem 100, wie es in der mittleren Kurve gezeigt ist, der typischerweise einen konstanten Betrag für eine vorgegebene Zeit 208 aufweist. Nach der vorgegebenen Zeit 208, kann das Kontrollschema 220 dem Strompuls 206 erlauben, mit einer vorgegebenen Rate abzufallen, wie es bei 210 gezeigt ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Strompuls 206 dazu bestimmt, von einer festen, aber einstellbaren Zeitdauer zu sein, die von dem Spannungsereignis abhängt. Zum Beispiel kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Zeitsteuerung verwendet werden, um die Dauer des Strompulses 206 für das Stromerzeugungssystem 100 zu ermitteln. Zusätzlich kann das Steuerschema 220 dazu eingerichtet sein, den Strompuls 206 zu beenden, wenn das Spannungsereignis endet, bevor eine vorgegebene Zeit abläuft, um das Eingeben des Strompulses 206 zu verhindern, wenn er nicht benötigt wird oder wenn es unerwünscht sein kann. Die Steuereinrichtung 174 kann dann den zusammengesetzten oder Gesamtblindstrombefehl 212 durch Summieren des erforderlichen Zielstromniveaus 204 (zum Beispiel des Blindstromreferenzbefehls) und des Pulsbefehls 206 ermitteln, wie es in der untersten Kurve gezeigt ist. Zusätzlich, wie zur Zeit T2 gezeigt, erlaubt das Kontrollschema 220 dem Strompuls 206 auf null abzufallen, sobald sich der Spannungsbetrag 201 erholt hat (zum Beispiel die Bedingung ist nicht länger aktiv oder die Spannung 201 überschreitet den Aktivierungsspannungsschwellenwert 202), und der Gesamtblindstrombefehl geht auf den Wert zurück, der durch das erforderliche Zielstromniveau 204 bestimmt ist. Außerdem geht der Blindstrombefehlspuls auf null zurück, wenn das Netzereignis während des Strompulses endet.
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Bezug nehmend auf 5 ist eine andere Mehrzahl von Kurven veranschaulicht, die insbesondere den Netzspannungsbetrag 201 während eines Problemspannungsereignisses (Kurve A), das während der gezeigten Zeit nicht endet, einen Gesamtblindstrombefehl 222 (Kurve B), einen Blindstrompulsbefehl (Kurve C) und einen Bedingungslogikausgangswert 234 (Kurve D) entsprechend des Steuerschemas 220 aus 3 veranschaulicht. Genauer veranschaulicht die Kurve (A) einen Spannungsabfall zu der Zeit T1, der ein Unterspannungs- oder Nullspannungsereignis (zum Beispiel Netzfehler) repräsentiert, der in dem Energieversorgungsnetz 160 auftritt. Die Kurve (B) veranschaulicht dem Gesamtblindstrombefehl 222 des Energieversorgungssystems 100, der den erforderlichen Blindstrom an das Energieversorgungsnetz 160 liefert, um dazu beizutragen, die erforderliche Antwortzeit zu erreichen und einen übermäßigen Strombefehl verhindert, der die Systemfähigkeiten überschreitet, durch Zurückfallen auf einen kontinuierlichen Nennstrom nach der Zeit T2. Die Kurve (C) veranschaulicht den Blindstrompuls 218, der durch die Steuereinrichtung 174 verwendet wird, um den Gesamtblindstrombefehl 222 zu erhalten. Die Kurve (D) veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Bedingungslogikausgangswertes 234 (zum Beispiel Boolsche Daten), der anzeigz, dass die Bedingungslogik zwischen T1 und T2 erfüllt ist. Genauer, wie zwischen T1 und T2 gezeigt, kann das Pulsbildungssteuerschema 220 aus 3 aktiviert sein, um einen Strompuls durch das Energieerzeugungssystem 100 zu erzeugen, der die Stromantwortzeit des Systems 100 verbessert, weil die Bedingungslogik erfüllt ist (das heißt die Spannung ist unterhalb des Aktivierungsspannungsschwellenwertes und die Dauer ist innerhalb von Anforderungen zur Blindstromeinspeisung).
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Nunmehr Bezug nehmend auf 6, ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit in einem Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem veranschaulicht, das mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist, entsprechend der vorliegenden Offenbarung. Wie veranschaulicht, enthält das Verfahren 300 einen Schritt 302 des Bereitstellens einer Bedingungslogik, die sich auf das Energieversorgungsnetz bezieht. Als Antwort darauf, dass die Bedingungslogik erfüllt ist, enthält das Verfahren 300 das Bestimmen eines Blindstromreferenzbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem und das Erzeugen eines Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem (Schritt 304). Das Verfahren 300 kann auch das Bestimmen eines Gesamtblindstrombefehls durch Kombinieren (zum Beispiel Addieren) des Blindstromreferenzbefehls und des Blindstrompulsbefehls enthalten (Schritt 306). Zusätzlich, wie gezeigt, enthält das Verfahren 300 das Betreiben des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems basierend auf dem Gesamtblindstrombefehl, um die Stromantwortzeit des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems zu verbessern (Schritt 308).
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Obwohl spezifische Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung in einigen Zeichnungen und nicht in anderen gezeigt sind, ist dies lediglich der Einfachheit halber. In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung, kann irgendein Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit irgendeinem Merkmal von irgendeiner anderen Zeichnung in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
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Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, enthaltend das bevorzugte Ausführungsbeispiel und auch um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und des Verwendens irgendeiner Einrichtung oder irgendeines Systems und des Ausführens irgendeines beinhalteten Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann andere Ausführungsbeispiele enthalten, die den Fachleuten offenbart werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die nicht von dem Wortlaut der Patentansprüche abweichen oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit nicht substanziellen Unterschieden vom Wortlaut der Ansprüche enthalten.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf ein System und ein Verfahren zur Verbesserung der Blindstromantwortzeit in einem Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem gerichtet, das mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist. Das Verfahren enthält das Bereitstellen einer Bedingungslogik, die sich auf das Energieversorgungsnetz bezieht, mittels einer Steuereinrichtung des Energieerzeugungssystems. Ein weiterer Schritt enthält das Bestimmen eines Blindstromreferenzbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem mittels einer Steuereinrichtung des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems, als Antwort darauf, dass die Bedingungslogik erfüllt ist. Das Verfahren enthält auch das Erzeugen eines Blindstrompulsbefehls für das Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystem mittels der Steuereinrichtung. Daher ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, ein Gesamtblindstrombefehl durch Kombinieren des Blindstromreferenzbefehls und des Blindstrompulsbefehls zu ermitteln. Außerdem enthält das Verfahren das Betreiben des Erneuerbare-Energie-Erzeugungssystems basierend auf dem Gesamtblindstrombefehl, um die Stromantwortzeit zu verbessern. BEZUGSZEICHENLISTE
| Bezugszeichen | Komponente |
| 100 | Erneuerbares Energieerzeugungssystem |
| 106 | Rotor |
| 108 | Rotorschaufelblätter |
| 110 | Drehbare Nabe |
| 118 | Optionales Getriebe |
| 120 | DFIG |
| 136 | Gleichspannungszwischenkreis |
| 138 | Gleichspannungszwischenkreiskondensator |
| 144 | Positiver Anschluss |
| 146 | Negativer Anschluss |
| 154 | Statorbus |
| 156 | Rotorbus |
| 160 | Elektrisches Netz |
| 162 | Leistungswandler |
| 166 | Rotorseitiger Wandler |
| 168 | Leitungsseitiger Wandler |
| 174 | Steuereinrichtung |
| 176 | Prozessor(en) |
| 178 | Speichereinrichtung(en) |
| 180 | Kommunikationsmodul |
| 181 | Sensor |
| 182 | Sensorschnittstelle |
| 183 | Sensor |
| 185 | Sensor |
| 186 | Wandlerschalter |
| 188 | Leitungsseitiger Bus |
| 200 | Batterieenergiespeichersystem |
| 202 | Aktivierungsspannungsschwellenwert |
| 204 | Zielstromniveau |
| 206 | Puls |
| 208 | Pulsdauer |
| 210 | Abfallrate |
| 212 | Gesamtblindstrombefehl |
| 214 | Blindstromreferenzbefehl |
| 216 | Blindstromreferenzbefehlsweg |
| 218 | Blindstrompulsbefehlsweg |
| 220 | Steuerschema |
| 222 | Gesamtblindstrombefehl |
| 224 | Bedingungslogik |
| 226 | Differenz |
| 228 | Integrator |
| 230 | Auslöseabfallkonstante |
| 232 | Auslöseverstärkung |
| 234 | Bedingungslogikausgangswert |
| 300 | Verfahren |
| 302 | Verfahrensschritt |
| 304 | Verfahrensschritt |
| 306 | Verfahrensschritt |
| 308 | Verfahrensschritt |
