DE102018100296A1

DE102018100296A1 - DC power connection system

Info

Publication number: DE102018100296A1
Application number: DE102018100296.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Rathke
Original assignee: Tennet Tso GmbH
Current assignee: Tennet Tso GmbH
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-11

Abstract

Somit wird ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem mit mindestens einem ersten Transformator (110) und mindestens einem Diodengleichrichter (120) vorgesehen. Der Diodengleichrichter (120) ist über einen ersten Transformator (110) an ein erstes Wechselspannungsnetz (200) anschließbar. Das Netzanbindungssystem weist ferner mindestens eine Gleichspannungsübertragungsleitung (130) auf, welche an dem mindestens einen Diodengleichrichter (120) gekoppelt ist. Das Gleichspannungs-Netzanbindungssystem weist ferner eine STATCOM-Einheit (410) auf, welche über einen Transformator (110) an das erste Wechselspannungsnetz (200) anschließbar ist. Ferner ist eine STATCOM-Steuereinheit (420) vorgesehen, welche den Betrieb der STATCOM-Einheit (410) in Abhängigkeit einer Spannung an dem ersten Wechselspannungsnetz (200) und einer Gleichspannung an der STATCOM-Einheit (410) steuert.

Thus, a DC power supply system is provided with at least a first transformer (110) and at least one diode rectifier (120). The diode rectifier (120) can be connected to a first AC voltage network (200) via a first transformer (110). The grid connection system further comprises at least one DC transmission line (130) which is coupled to the at least one diode rectifier (120). The DC power supply system further comprises a STATCOM unit (410) which can be connected to the first AC voltage network (200) via a transformer (110). Also provided is a STATCOM control unit (420) which controls the operation of the STATCOM unit (410) in response to a voltage on the first AC mains (200) and a DC voltage on the STATCOM unit (410).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem.The present invention relates to a DC power supply system.

Insbesondere wenn ein Offshore-Windpark mit einem Energieversorgungsnetz an Land zu verbinden ist, dann wird typischerweise eine Gleichspannungsübertragungsleitung (HVDC oder HGÜ) verwendet. Die Windenergieanlagen des Windparks können an ein Wechselspannungsnetz im Windpark angeschlossen werden und können somit elektrische Energie über das Wechselspannungsnetz und die Gleichspannungsübertragungseinheit an ein Energieversorgungsnetz an Land übertragen.In particular, when an offshore wind farm is to be connected to a shore power network, a DC transmission line (HVDC or HVDC) is typically used. The wind turbines of the wind farm can be connected to an AC power grid in the wind farm and can thus transfer electrical energy via the AC mains and the DC transmission unit to a power grid on land.

WO 2014/131454 A1 beschreibt eine Windparkanbindung mit Diodengleichrichtern DRU. Eine Mehrzahl von Windenergieanlagen sind mit einer Wechselspannungssammelschiene gekoppelt. Über einen Transformator ist ein Diodengleichrichter mit der Sammelschiene gekoppelt. Der Ausgang des Diodengleichrichters ist mit mindestens einer Gleichspannungsleitung gekoppelt, welche wiederum mit einem Umrichter gekoppelt ist, der an Land angeordnet ist. Ein von einem Dieselmotor angetriebener Generator ist ebenfalls mit dem Transformator gekoppelt und dient der Sicherstellung der Schwarzstartfähigkeit. Der Einsatz von Diodengleichrichtern DRU ist nur möglich, wenn die Regelung der Windenergieanlagen in dem Windpark angepasst wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Wirkleistungsfluss über den Diodengleichrichtern DRU anders als in klassischen Netzen von der Spannungshöhe und nicht vom Spannungswinkel abhängig ist. WO 2014/131454 A1 describes a wind farm connection with diode rectifiers DRU. A plurality of wind turbines are coupled to an AC bus. A diode rectifier is coupled to the busbar via a transformer. The output of the diode rectifier is coupled to at least one DC voltage line, which in turn is coupled to an inverter located on shore. A generator driven by a diesel engine is also coupled to the transformer and serves to ensure black start capability. The use of diode rectifiers DRU is only possible if the regulation of the wind turbines in the wind farm is adjusted. The reason for this lies in the fact that the active power flow over the DRU diode rectifiers is dependent on the voltage level and not on the voltage angle, unlike in conventional networks.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem vorzusehen, welches einen vereinfachten Aufbau ermöglicht. Insbesondere soll ein Eingriff in die Regelung von Windenergieanlagen vermieden werden, welche über das Anbindungssystem an ein elektrisches Energieversorgungsnetz anzuschließen sind.It is an object of the present invention to provide a DC power supply system which enables a simplified structure. In particular, an intervention in the control of wind turbines is to be avoided, which are to be connected via the connection system to an electrical power grid.

Diese Aufgabe wird durch ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a DC voltage grid connection system according to claim 1.

Somit wird ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem mit mindestens einem ersten Transformator und mindestens einem Diodengleichrichter vorgesehen. Der Diodengleichrichter ist über einen ersten Transformator an ein erstes Wechselspannungsnetz anschließbar. Das Netzanbindungssystem weist ferner mindestens eine Gleichspannungsübertragungsleitung auf, welche an dem mindestens einen Diodengleichrichter gekoppelt ist. Das Gleichspannungs-Netzanbindungssystem weist ferner eine STATCOM-Einheit auf, welche über einen Transformator an das erste Wechselspannungsnetz anschließbar ist. Ferner ist eine STATCOM-Steuereinheit vorgesehen, welche den Betrieb der STATCOM-Einheit in Abhängigkeit einer Spannung an dem ersten Wechselspannungsnetz und einer Gleichspannung an der STATCOM-Einheit steuert.Thus, a DC power supply system is provided with at least a first transformer and at least one diode rectifier. The diode rectifier can be connected via a first transformer to a first AC voltage network. The grid connection system further comprises at least one DC transmission line, which is coupled to the at least one diode rectifier. The DC voltage grid connection system furthermore has a STATCOM unit, which can be connected to the first AC voltage network via a transformer. Further, a STATCOM controller is provided which controls the operation of the STATCOM unit in response to a voltage on the first AC mains and a DC voltage on the STATCOM unit.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die STATCOM-Steuereinheit dazu ausgestaltet einen aktiven Leistungsausgleich durchzuführen, indem die Gleichspannung der STATCOM-Einheit im Wesentlichen auf einen konstanten Wert gehalten wird.In accordance with one aspect of the present invention, the STATCOM controller is configured to perform active power balancing by maintaining the DC voltage of the STATCOM unit substantially at a constant value.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kondensator an der STATCOM-Einheit vorgesehen. Die Kapazität des Kondensators ist an eine Nennleistung eines Windparks angepasst, welche an das erste Wechselspannungsnetz angeschlossen ist.In accordance with another aspect of the present invention, a capacitor is provided on the STATCOM unit. The capacity of the capacitor is adapted to a rated power of a wind farm, which is connected to the first AC mains.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung überträgt der Diodengleichrichter Energie in Abhängigkeit der Spannungsamplitude des ersten Wechselspannungsnetzes.According to a further aspect of the present invention, the diode rectifier transmits energy as a function of the voltage amplitude of the first AC voltage network.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem vorgesehen, welches mindestens einen ersten Transformator und mindestens einen Gleichrichter aufweist. Der Diodengleichrichter ist über den ersten Transformator an ein erstes Wechselspannungsnetz anschließbar. Ferner ist eine Gleichspannungsübertragungsleitung vorgesehen, welche an dem mindestens einen Diodengleichrichter gekoppelt ist. Ferner ist ein selbstgeführter Umrichter vorgesehen, welcher über einen Transformator an das erste Wechselspannungsnetz anschließbar ist. Desweiteren ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche den Betrieb des selbstgeführten Umrichters in Abhängigkeit einer Spannung in dem ersten Wechselspannungsnetz und/oder einer Gleichspannung am Ausgang des Diodengleichrichters und/oder des selbstgeführten Umrichters steuert.According to a further aspect of the present invention, a direct current network connection system is provided which has at least one first transformer and at least one rectifier. The diode rectifier can be connected via the first transformer to a first AC voltage network. Furthermore, a DC transmission line is provided, which is coupled to the at least one diode rectifier. Furthermore, a self-commutated converter is provided which can be connected via a transformer to the first AC voltage network. Furthermore, a control unit is provided, which controls the operation of the self-commutated converter as a function of a voltage in the first AC voltage network and / or a DC voltage at the output of the diode rectifier and / or the self-commutated converter.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gleichspannungs-Netzanbindungssystem vorgesehen, welches beispielsweise einen Offshore-Windpark über eine Gleichspannungsleitung mit einem Energieversorgungsnetz an Land koppeln kann. Das Netzanbindungssystem weist mindestens einen Diodengleichrichter auf, welcher über einen Transformator mit einem ersten Wechselspannungsnetz koppelbar ist, an welchen die Windenergieanlagen des Windparks anschließbar sind. Der mindestens eine Diodengleichrichter ist über eine oder mehrere Gleichspannungsleitungen mit mindestens einem Wechselrichter gekoppelt. Der Wechselrichter ist über einen zweiten Transformator mit einem Energieversorgungsnetz (beispielsweise 380 kV) gekoppelt. Mindestens eine STATCOM-Einheit ist über einen Transformator mit dem ersten Wechselspannungsnetz koppelbar. Der Diodengleichrichter kann als ein passiver Gleichrichter ausgestaltet sein. Die STATCOM-Einheit ist parallel zu dem Diodengleichrichter angeordnet und dient dazu, eine Leistungsregelung (insbesondere die Kommentierungsblindleistungsregelung) vorzunehmen. Die STATCOM-Einheit ist nur über den dazugehörigen Transformator mit dem ersten Wechselspannungsnetz koppelbar und ist nicht an die Gleichspannungsleitung angeschlossen.According to one aspect of the present invention, a DC grid connection system is provided, which can couple, for example, an offshore wind farm via a DC power line to a power supply network on land. The grid connection system has at least one diode rectifier, which can be coupled via a transformer to a first alternating voltage network to which the wind energy plants of the wind farm can be connected. The at least one diode rectifier is coupled via one or more DC voltage lines with at least one inverter. The inverter is coupled via a second transformer to a power grid (for example 380 kV). At least one STATCOM unit is over a transformer with the first alternating voltage network coupled. The diode rectifier can be designed as a passive rectifier. The STATCOM unit is arranged in parallel to the diode rectifier and serves to perform a power control (in particular the comment blind power control). The STATCOM unit can only be coupled to the first AC voltage network via the associated transformer and is not connected to the DC voltage line.

Die Verwendung eines Diodengleichrichters wurde bislang als nachteilig angesehen, wenn Windenergieanlagen über eine Gleichspannungsübertragungsleitung Energie an ein Versorgungsnetz abgeben sollten. Wenn eine Mehrzahl von Windenergieanlagen in einem Windpark zusammengefasst sind und es zu unkoordinierten Spannungsänderungen an den Windenergieanlagen kommt, dann kann dies zu Blindleistungsflüssen zwischen den Windenergieanlagen kommen. In anderen Worten: Es kann zu unerwünschten Flüssen von Blindleistung zwischen den Windenergieanlagen kommen. Um dies zu verhindern, müsste in die Regelung der jeweiligen Windenergieanlagen eingegriffen werden.The use of a diode rectifier has heretofore been considered disadvantageous when wind turbines should deliver power to a utility grid via a DC transmission line. If a plurality of wind turbines are combined in a wind farm and there are uncoordinated voltage changes to the wind turbines, then this can lead to reactive power flows between the wind turbines. In other words, there may be undesirable flows of reactive power between the wind turbines. In order to prevent this, intervention in the regulation of the respective wind energy plants would have to be intervened.

Gemäß der Erfindung jedoch ist eine derartige Koordinierung der jeweiligen Windenergieanlagen in dem Windpark nicht notwendig. Erfindungsgemäß wird dies durch die STATCOM-Einheit sowie die STATCOM-Steuereinheit erreicht. Erfindungsgemäß können somit im Wesentlichen alle Windenergieanlagen an das Gleichspannungs-Netzanbindungssystem angeschlossen werden.According to the invention, however, such coordination of the respective wind turbines in the wind farm is not necessary. According to the invention, this is achieved by the STATCOM unit and the STATCOM control unit. Thus, according to the invention, essentially all wind turbines can be connected to the DC grid connection system.

Gemäß der Erfindung kann ein Leistungsfluss über die Steuerung der Spannungsamplitude erfolgen. Gemäß der Erfindung sind die Windenergieanlagen an ein Wechselspannungsnetz gekoppelt und liefern elektrische Energie ab.According to the invention, a power flow can take place via the control of the voltage amplitude. According to the invention, the wind turbines are coupled to an alternating voltage network and deliver electrical energy.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzanbindungssystems gemäß der Erfindung,
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung der Referenzgleichspannung bzw. den Sollwert der Wechselspannung,
3 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Spannung an dem Diodengleichrichter 120 und der Ausgangsleistung,
4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Leistung des Diodengleichrichters und der benötigten Blindleistung,
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzanbindungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzanbindungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Advantages and embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing.

1 shows a schematic representation of a network connection system according to the invention,
2 shows a schematic block diagram of a control of the reference DC voltage or the desired value of the AC voltage,
3 shows a graph illustrating the relationship between the voltage across the diode rectifier 120 and the output power,
4 shows a graph illustrating the relationship between the power of the diode rectifier and the required reactive power,
5 shows a schematic representation of a network connection system according to a second embodiment and
6 shows a schematic representation of a network connection system according to a third embodiment.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzanbindungssystems gemäß der Erfindung. Ein erstes Wechselspannungsnetz 200 ist beispielsweise offshore vorgesehen, und an diesem ersten Wechselspannungsnetz 200 können eine Mehrzahl von Windenergieanlagen eines Windparks angeschlossen werden. Mindestens ein Diodengleichrichter 120 ist über einen ersten Transformator 110 an das erste Wechselspannungsnetz 200 gekoppelt. Der Diodengleichrichter 120 ist über eine Gleichspannungsleitung 130 mit einem Umrichter 140 gekoppelt, der wiederum über einen zweiten Transformator 150 mit einem Energieversorgungsnetz 300 gekoppelt ist. Dieses Energieversorgungsnetz kann beispielsweise eine Spannung von 380 kV aufweisen. 1 shows a schematic representation of a grid connection system according to the invention. A first alternating voltage network 200 is for example provided offshore, and on this first alternating voltage network 200 a plurality of wind turbines of a wind farm can be connected. At least one diode rectifier 120 is about a first transformer 110 to the first alternating voltage network 200 coupled. The diode rectifier 120 is via a DC voltage line 130 with a converter 140 coupled, in turn, via a second transformer 150 with a power supply network 300 is coupled. This power supply network may for example have a voltage of 380 kV.

Parallel zu dem Diodengleichrichter 120 ist eine STATCOM-Einheit 410 über einen dritten Transformator 160 mit dem ersten Wechselspannungsnetz 200 gekoppelt.Parallel to the diode rectifier 120 is a STATCOM unit 410 via a third transformer 160 with the first alternating voltage network 200 coupled.

Optional kann ein mit einem Dieselmotor betriebener Generator 170 ebenfalls mit dem dritten Transformator 160 gekoppelt sein. Der Betrieb der STATCOM-Einheit 410 wird mittels einer STATCOM-Steuereinheit 420 gesteuert. Die STATCOM-Steuereinheit 420 weist einen ersten Eingang für die Spannung am Wechselspannungsnetz 200 und einen zweiten Eingang für eine Gleichspannung an der STATCOM-Einheit auf.Optionally, a powered by a diesel engine generator 170 also with the third transformer 160 be coupled. Operation of the STATCOM unit 410 is done by means of a STATCOM control unit 420 controlled. The STATCOM control unit 420 has a first input for the voltage on the AC voltage network 200 and a second input for a DC voltage on the STATCOM unit.

Mittels der STATCOM-Steuereinheit 420 wird die STATCOM-Einheit so gesteuert, dass ein aktiver Leistungsausgleich erfolgt, indem die Gleichspannung der STATCOM-Einheit auf einem konstanten Wert gehalten wird.Using the STATCOM control unit 420 The STATCOM unit is controlled to provide active power compensation by keeping the DC voltage of the STATCOM unit at a constant value.

Wenn die Windenergieanlagen, welche an das erste Wechselspannungsnetz 200 angeschlossen sind, ihre Leistung erhöhen, dann würde die Spannung Udc₁ steigen. Hierbei handelt es sich um die Spannung an dem Kondensator 411.When the wind turbines connected to the first AC mains 200 connected, increase their power, then the voltage would be Udc ₁ climb. This is the voltage across the capacitor 411 ,

Der Diodengleichrichter 120 überträgt die Energie nur in Abhängigkeit der Spannungsamplitude und bei steigender Abgabe von Leistung durch die Windenergieanlagen würde eine Leistungssteigerung sich zunächst in einer Spannungserhöhung an dem Kondensator 411 bemerkbar machen. Die eingespeiste Leistung muss zunächst einmal hier aufgenommen bzw. gespeichert werden. Dies hat dann zur Folge, dass durch die STATCOM-Einheit die Amplitude an den Drehstromklemmen erhöht wird. Eine Erhöhung der Spannung führt dann wiederum dazu, dass der Diodengleichrichter mehr Energie über die Gleichstromleitung 130 überträgt.The diode rectifier 120 If the energy is transmitted only as a function of the voltage amplitude and with increasing output of power by the wind energy plants, an increase in output would initially result in a voltage increase the capacitor 411 to make noticable. The fed-in power must first be recorded or stored here. This has the consequence that the amplitude of the three-phase terminals is increased by the STATCOM unit. An increase in the voltage then in turn causes the diode rectifier more energy through the DC line 130 transfers.

Für den Fall, dass die Windenergieanlagen ihre abgegebene Leistung reduzieren, dann würde die Spannung U_dc1 an dem Kondensator 411 sinken, was wiederum zur Folge hat, dass durch die STATCOM-Einheit die AC-Spannung am ersten Wechselspannungsnetz 200 sinkt und damit wird dann weniger Energie durch den Gleichrichter über die Gleichspannungsleitung 130 übertragen. Gemäß der Erfindung erfolgt eine Regelung der Änderung der über den DRU übertragenen Leistung durch einen Pl-Regler.In the event that the wind turbines reduce their output power, then the voltage would be U _dc1 on the capacitor 411 sink, which in turn means that the STATCOM unit AC voltage at the first AC mains 200 decreases, and then less energy through the rectifier via the DC voltage line 130 transfer. According to the invention, a control of the change in the power transmitted via the DRU is performed by a PI controller.

Die Kapazität des Kondensators 411 ist vorzugsweise an die Nennleistung des Windparks, welcher an das erste Wechselspannungsnetz 200 angeschlossen ist, angepasst. Damit kann die Kapazität 411 zumindest kurzzeitig einen Teil der in das zweite Wechselspannungsnetz 200 eingespeisten Energie aufnehmen. Insbesondere kann dies für eine kurzzeitige Änderung der eingespeisten Leistung gelten.The capacity of the capacitor 411 is preferably to the rated power of the wind farm, which to the first alternating voltage network 200 connected, adapted. This can be the capacity 411 at least for a short time a part of the second AC voltage network 200 absorb energy input. In particular, this may apply to a short-term change in the fed-in power.

Je größer die Kapazität der Kondensatoren 411 ist, desto mehr Zeit hat die STATCOM-Einheit zur Reaktion auf eine Änderung der in das zweite Wechselspannungsnetz 200 eingespeisten Leistung. Sind die Kondensatoren 411 kleiner, dann muss die STATCOM-Einheit bzw. die STATCOM-Steuereinheit schneller reagieren.The larger the capacity of the capacitors 411 is, the more time the STATCOM unit has to respond to a change in the second AC mains 200 fed power. Are the capacitors 411 smaller, then the STATCOM unit or the STATCOM control unit must respond faster.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung der Referenzgleichspannung bzw. den Sollwert der Wechselspannung. Der Istwert der Gleichspannung U_dc an den Kondensatoren 411 wird von einem Sollwert bzw. Referenzwert der Spannung U_dcref abgezogen und das Ergebnis wird an einen PI-Regler ausgegeben. Der Ausgang des PI-Reglers stellt dann den Sollwert der Wechselspannung dar. 2 shows a schematic block diagram of a control of the reference DC voltage or the desired value of the AC voltage. The actual value of the DC voltage U _dc on the capacitors 411 is from a setpoint or reference value of the voltage U _dcref subtracted and the result is output to a PI controller. The output of the PI controller then represents the setpoint of the AC voltage.

Die Sollwert bzw. Referenzwechselspannung ist dann eine Eingangsgröße in der STATCOM-Einheit 410.The reference or reference AC voltage is then an input in the STATCOM unit 410 ,

3 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Spannung an dem Diodengleichrichter 120 und der Ausgangsleistung. Ab einem Schwellwert steigt die Leistung linear mit zunehmender Spannung. Unterhalb dieser Spannung gibt der Diodengleichrichter keine Leistung ab. 3 shows a graph illustrating the relationship between the voltage across the diode rectifier 120 and the output power. From a threshold value, the power increases linearly with increasing voltage. Below this voltage, the diode rectifier does not output power.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Diodengleichrichter Blindleistung benötigt und zwar in Abhängigkeit des Wirkleistungsarbeitspunktes. Die Blindleistungsbilanz im Netz wird mit der vorgeschlagenen Regelung durch die STATCOM-Einheit automatisch sichergestellt.It should be noted that the diode rectifier requires reactive power, depending on the active power working point. The reactive power balance in the grid is automatically ensured with the proposed control by the STATCOM unit.

Vorteilhafterweise sollte ein Teil der Blindleistung, welche durch den Diodengleichrichter benötigt wird, von dem Windpark geliefert werden. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die Nennleistung der STATCOM-Einheit reduziert werden kann.Advantageously, a portion of the reactive power required by the diode rectifier should be supplied by the wind farm. This is advantageous because it can reduce the rated power of the STATCOM unit.

4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Leistung des Diodengleichrichters und der benötigten Blindleistung. 4 shows a graph illustrating the relationship between the power of the diode rectifier and the required reactive power.

Gemäß der Erfindung wird die STATCOM-Einheit 410 durch die STATCOM-Steuereinheit 420 so gesteuert, dass ein Ausgleich der Wirkleistung durch Steuerung der DC-Spannung der STATCOM-Einheit auf einen konstanten Wert durchgeführt wird.According to the invention, the STATCOM unit 410 through the STATCOM control unit 420 controlled so that a compensation of the active power by controlling the DC voltage of the STATCOM unit is performed to a constant value.

Die Leistungsübertragung durch den Diodengleichrichter kann durch die Wechselspannungsamplitude gesteuert werden. Mit dem in 2 beschriebenen Regler kann somit die Leistungsübertragung gesteuert werden.The power transfer through the diode rectifier can be controlled by the AC amplitude. With the in 2 Thus described controller can thus be controlled power transmission.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung benötigt der Diodengleichrichter ca. 40 % der Wirkleistung als Blindleistung. Die Blindleistung kann durch Filter, die STATCOM-Einheit oder durch den Windpark bereitgestellt werden.According to one aspect of the present invention, the diode rectifier requires approximately 40% of the active power as reactive power. The reactive power can be provided by filters, the STATCOM unit or by the wind farm.

Die Spannung U_DC der STATCOM-Einheit 410 wird durch die folgende Gleichung bestimmt: $U_{DC} (t) = \frac{Q (t)}{C} = \frac{1}{C} \int i (t) d t$

The voltage U _DC the STATCOM unit 410 is determined by the following equation:

U_{DC} (t) = \frac{Q (t)}{C} = \frac{1}{C} \int i (t) d t

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hängt die Größe der Kapazität von der Übertragungsleistung, der Geschwindigkeit des Reglers sowie der Spannungsänderung in dem DC-Kreis ab. Bei einem sehr schnellen Regler kann die Größe der Kapazität des Kondensators 411 reduziert werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Bremschopper in dem Gleichspannungskreis verwendet werden, um Überspannungen zu vermeiden und um ggf. überschüssige Wirkleistung abführen zu können.According to one aspect of the present invention, the magnitude of the capacitance depends on the transmission power, the speed of the regulator and the voltage change in the DC circuit. With a very fast regulator, the size of the capacitance of the capacitor 411 be reduced. Additionally or alternatively, a brake chopper can be used in the DC voltage circuit to avoid overvoltages and to be able to dissipate excess active power if necessary.

Der Generator 170 kann für einen Schwarzstart des Netzes verwendet werden.The generator 170 can be used for a black start of the network.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzanbindungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Ein erstes Wechselspannungsnetz 200 ist beispielsweise Off-shore vorgesehen und an diesem kann eine Mehrzahl von Windenergieanlagen eines Windparks angeschlossen sein. Mindestens ein Diodengleichrichter 120 ist über einen ersten Transformator 110 an das erste Wechselspannungsnetz 200 gekoppelt. Der erste Diodengleichrichter 120 ist über eine Gleichspannungsleitung 130 mit einem Umrichter 140 gekoppelt, der wiederum über einen weiteren Transformator 150 mit einem Energieversorgungsnetz 300 gekoppelt ist. Dieses Energieversorgungsnetz kann beispielsweise eine Spannung von 380 kV aufweisen. Parallel zu dem Diodengleichrichter 120 kann ein selbstgeführter Umrichter (Voltage source converter VSC)121 vorgesehen sein, welcher über einen Transformator 160 mit dem ersten Wechselspannungsnetz 200 gekoppelt ist. Über eine zweite Gleichspannungsleitung 131 ist der VSC-Umrichter 121 mit einem zweiten Umrichter 140 gekoppelt, welcher wiederum über einen Transformator 150 mit dem Energieversorgungsnetz 300 gekoppelt ist. 5 shows a schematic representation of a network connection system according to a second embodiment. A first AC network 200 For example, off-shore is provided and on this can be connected to a plurality of wind turbines of a wind farm. At least one diode rectifier 120 is about a first transformer 110 to the first alternating voltage network 200 coupled. The first diode rectifier 120 is via a DC voltage line 130 with a converter 140 coupled, in turn, via another transformer 150 with a power supply network 300 is coupled. This power supply network may for example have a voltage of 380 kV. Parallel to the diode rectifier 120 can a self-commutated converter (voltage source converter VSC) 121 be provided, which via a transformer 160 with the first alternating voltage network 200 is coupled. Via a second DC voltage line 131 is the VSC inverter 121 with a second inverter 140 coupled, which in turn via a transformer 150 with the power supply network 300 is coupled.

Ferner ist eine Leistungssteuereinheit 122 vorgesehen, welche als Eingangssignale die Spannung an dem ersten Wechselspannungsnetz 200 und die Spannung U_dc1 und die Leistung P_dc1 am Ausgang des VSC-Umrichters 121 als Eingangssignale aufweist und einen Sollwert U_acref1 an den VSC-Umrichter 121 ausgibt.Further, a power control unit 122 provided, which as input signals, the voltage at the first alternating voltage network 200 and the tension U _dc1 and the performance P _dc1 at the output of the VSC inverter 121 has as input signals and a setpoint U _acref1 to the VSC inverter 121 outputs.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Netzanbindungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei kann das Netzanbindungssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen auf dem Netzanbindungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel von 5 beruhen. Während in 5 ein erster und zweiter Umrichter 140 vorgesehen wird, wird in dem dritten Ausführungsbeispiel von 6 lediglich ein Umrichter 140 mit einem Transformator 150 vorgesehen. Der Diodengleichrichter 120 und der VSC-Umrichter bzw. der selbstgeführte Umrichter 122 sind dann mit einer gemeinsamen Gleichspannungsleitung 132 mit dem Umrichter 140 gekoppelt. Ferner ist eine Leistungssteuereinheit 123 vorgesehen, welche als Eingangssignale die Spannung an dem ersten Wechselspannungsnetz 200 und die Spannung U_dc1 und Leistung P_dc1 am Ausgang des selbstgeführten Umrichters 122 als Eingangssignale aufweist und einen Sollwert U_acref1 an den selbstgeführten Umrichter 122 ausgibt. 6 shows a schematic representation of a network connection system according to a third embodiment. In this case, the network connection system according to the third embodiment can essentially be found on the network connection system according to the second exemplary embodiment of FIG 5 based. While in 5 a first and second inverter 140 is provided is in the third embodiment of 6 only one inverter 140 with a transformer 150 intended. The diode rectifier 120 and the VSC inverter or self-commutated inverter 122 are then with a common DC voltage line 132 with the inverter 140 coupled. Further, a power control unit 123 provided, which as input signals, the voltage at the first alternating voltage network 200 and the tension U _dc1 and performance P _dc1 at the output of the self-commutated inverter 122 has as input signals and a setpoint U _acref1 to the self-commutated inverter 122 outputs.

Eine STATCOM-Einheit stellt einen Static synchronous compensator dar. Dies kann beispielsweise einen Stromrichterimpulsbetrieb darstellen, der ein dreiphasiges Spannungssystem mit variabler Spannungsamplitude darstellt, dessen Spannungen um 90° gegenüber den entsprechenden Leistungsströmen phasenverschoben sind. Mittels der STATCOM-Einheit kann induktive oder kapazitive Blindleistung erzeugt bzw. ausgetauscht werden.A STATCOM unit is a static synchronous compensator. This may be, for example, a power converter pulse mode which is a three-phase voltage variable voltage system with voltages 90 degrees out of phase with the corresponding power currents. Inductive or capacitive reactive power can be generated or exchanged by means of the STATCOM unit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2014/131454 A1 [0003]

Claims

DC mains connection system, with at least a first transformer (110) and at least one diode rectifier (120), wherein the diode rectifier (120) can be connected to a first AC voltage network (200) via the first transformer (110), at least one DC transmission line (130) coupled to the at least one diode rectifier (120), and a STATCOM unit (410), which is connectable via a transformer (160) to the first AC voltage network (200), and a STATCOM controller (420) that controls the operation of the STATCOM unit (410) in response to a voltage on the first AC voltage network (200) and a DC voltage on the STATCOM unit (410).

DC mains connection system according to Claim 1 wherein the STATCOM controller (420) is configured to perform active power balancing by maintaining the DC voltage of the STATCOM unit (410) substantially at a constant value.

DC voltage supply system according to Claim 1 or 2 wherein a capacitor (411) is provided on the STATCOM unit (410), wherein the capacitance of the capacitor (411) is matched to a rated power of a wind farm connected to the first AC power grid (200).

DC power supply system according to one of Claims 1 to 3 wherein the diode rectifier (120) transmits energy as a function of the voltage amplitude of the first AC voltage network (200).

DC mains connection system with at least one first transformer (110) and at least one first diode rectifier (120), which can be connected to a first AC voltage network (200) via the first transformer (110), at least one DC transmission line (130, 131, 132) coupled to the at least diode rectifier (120), and at least one self-commutated converter (121, 122), which is connectable via a transformer (160) to the first AC voltage network (200), and a control unit (122, 123) which controls the operation of the self-commutated converter (121, 122) as a function of a voltage in the first AC voltage network (200) and a DC voltage or the power at the output of the diode converter and / or self-commutated converter (120, 121, 122) controls.