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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Ändern einer Referenzleistung einer Erzeugungsanlage in einem elektrischen Inselnetz, eine Erzeugungsanlage und ein elektrisches Inselnetz.
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HINTERGRUND
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Erzeugungsanlagen in elektrischen Nieder- und Mittelspannungsnetzen passen ihre Wirkleistungseinspeisung frequenzabhängig an. Die Vorgaben hierzu finden sich in den Normen VDE AR-N 4105 und VDE AR-N 4110. Die Anpassung der Wirkleistungseinspeisung dient zur Netzstabilisierung. Dabei stellt die Netzfrequenz ein Maß für die Ausgeglichenheit des Leistungshaushaltes im Netz dar. Die Sollfrequenz beträgt 50 Hz. Netzfrequenzen unter 50 Hz deuten auf eine zu geringe Erzeugung (Lastüberschuss) hin, und Netzfrequenzen über 50 Hz deuten auf eine zu hohe Erzeugung (Erzeugungsüberschuss) hin. Durch die Anpassung der Einspeiseleistung in Abhängigkeit von der Netzfrequenz erfolgt eine Annäherung von Erzeugung und Verbrauch, was zu einer Netzstabilisierung führt.
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Das Verhalten von Erzeugungsanlagen in verbundenen elektrischen Netzen ist auf Netzparallelbetrieb ausgelegt. Probleme können sich jedoch ergeben, wenn ein elektrisches Netz vom Netzparallelbetrieb in einen Inselnetzbetrieb übergeht. Elektrische Inselnetze sind lokal abgegrenzten Stromnetze, die nur aus einem oder wenigen Elektrizitätswerken bestehen, ein räumlich begrenztes Gebiet versorgen und keinen aktiven direkten elektrischen Anschluss zu anderen Stromnetzen aufweisen. In Inselnetzen folgen die Erzeugungsanlagen üblicherweise einem Führungskraftwerk, welches in einem Bereich zwischen einer Mindest- und Maximallast betrieben wird und die Netzfrequenz vorgibt.
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Beim Übergang von Netzparallelbetrieb zu Inselnetzbetrieb ist ein Betrieb von Erzeugungsanlagen im Inselnetz nur eingeschränkt möglich, da die von den Erzeugungsanlagen genutzten Frequenz-Leistungs-Kennlinien Abschaltpunkte mit großem Resteinspeiseleistungs-Sprung aufweisen. So kann beim Betrieb von Erzeugungsanlagen im Inselnetz mit den für den Netzparallelbetrieb geltenden Parametersätzen das Inselnetz nicht in allen Fällen stabil aufrechterhalten werden. Zur Lösung dieses Problems können die Erzeugungsanlagen für einen Inselnetzbetrieb angepasste Parametersätze umfassen. Diese Parametersätze können derart ausgebildet sein, dass große Sprünge der Einspeiseleistung vermieden werden. Ferner können übermäßig hohe Einspeiseleistungen vermieden werden, um ein Überangebot an erzeugter Leistung auszuschließen.
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Eine Verwendung solcher spezieller Parametersätze im Netzparallelbetrieb ist jedoch nach den Normen VDE AR-N 4105 und VDE AR-N 4110 nicht zulässig. Aus diesem Grund ist es erforderlich, für Erzeugungsanlagen, die sowohl im Netzparallelbetrieb, als auch im Inselnetzbetrieb genutzt werden, eine Parametersatzumschaltung vorzunehmen.
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Netzstabilitätsprobleme können sich jedoch ergeben, wenn die Erzeugungsanlagen im Inselnetzbetrieb längere Zeit mit Überfrequenz oder Unterfrequenz betrieben werden.
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KURZER ABRISS
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Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Ändern einer Referenzleistung einer Erzeugungsanlage in einem elektrischen Inselnetz, eine Erzeugungsanlage und ein elektrisches Inselnetz bereitzustellen, welche auch bei Betrieb über längere Zeit mit Überfrequenz oder Unterfrequenz zur Netzstabilität beitragen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Ändern einer Referenzleistung einer Erzeugungsanlage in einem elektrischen Inselnetz bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: wenn eine Frequenz im elektrischen Inselnetz länger als ein erstes Zeitintervall unter einem ersten Frequenzwert liegt, Erhöhen der Referenzleistung, und wenn die Frequenz im elektrischen Inselnetz länger als ein zweites Zeitintervall über einem zweiten Frequenzwert liegt, Verringern der Referenzleistung.
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Bei dem elektrischen Inselnetz kann es sich um ein elektrisches Netz handeln, in dem eine frequenzbildende Anlage und eine oder mehrere Erzeugungsanlagen betrieben werden. Es kann sich insbesondere um ein temporäres elektrisches Inselnetz handeln. Bei der Erzeugungsanlage kann es sich um eine elektrische Anlage, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage, eine Windenergieanlage, ein Wasserkraftwerk oder dergleichen, handeln, die elektrische Energie in das elektrische Inselnetz einspeist.
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Die Referenzleistung im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist eine letzte abgegebene Leistung der Erzeugungsanlage vor Verlassen eines Toleranzbereiches um die Nennfrequenz des elektrischen Inselnetzes.
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Liegt die Netzfrequenz länger als das erste Zeitintervall unter einer Grenzfrequenz (erster Frequenzwert), so erhöht die Erzeugungsanlage (oder eine Vielzahl von im Inselnetz befindlichen Erzeugungsanlagen) die Referenzleistung als Kennlinienstützpunkt. Dadurch erfolgt eine Verschiebung der Leistungs-Frequenzkennlinie, was zu einer erhöhten Einspeiseleistung führt. Dies führt zu einer veränderten Auslastung der frequenzbildenden Anlage, welche die Frequenz daraufhin erhöht. Der Betriebspunkt liegt dann näher an 50 Hz, die Regelreserve in beide Richtungen ist ähnlich ausgeprägt und eine stabile Regelung, auch bei weiterem Lastanstieg, wird ermöglicht.
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Liegt die Netzfrequenz länger als das zweite Zeitintervall über einer Grenzfrequenz (zweiter Frequenzwert), so reduziert die Erzeugungsanlage (oder eine Vielzahl von im Inselnetz befindlichen Erzeugungsanlagen) die Referenzleistung als Kennlinienstützpunkt. Dadurch erfolgt eine Verschiebung der Leistungs-Frequenzkennlinie, was zu einer verringerten Einspeiseleistung führt. Dies führt zu einer veränderten Auslastung des frequenzbildenden Anlage, welche die Frequenz daraufhin reduziert. Der Betriebspunkt liegt dann näher an 50 Hz, die Regelreserve in beide Richtungen ist ähnlich ausgeprägt und eine stabile Regelung, auch bei weiterem Lastrückgang, wird ermöglicht.
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Der erste Frequenzwert kann zwischen 48,0 Hz und 49,0 Hz liegen. Vorzugsweise beträgt der erste Frequenzwert 48,0 Hz, weiter vorzugsweise 48,5 Hz, und weiter vorzugsweise 49,0 Hz.
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Der zweite Frequenzwert kann zwischen 51,0 Hz und 52,0 Hz liegen. Vorzugsweise beträgt der zweite Frequenzwert 51,0 Hz, weiter vorzugsweise 51,5 Hz, und weiter vorzugsweise 52,0 Hz.
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Das erste und/oder das zweite Zeitintervall kann zwischen 30 Sekunden und 4 Minuten liegen. Vorzugsweise beträgt das erste und/oder das zweite Zeitintervall 30 Sekunden, weiter vorzugsweise 3 Minuten, und weiter vorzugsweise 4 Minuten.
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Die Erhöhung der Referenzleistung und/oder die Verringerung der Referenzleistung kann zwischen 8 % und 12 % pro Minute liegen. Vorzugsweise beträgt die Erhöhung der Referenzleistung und/oder die Verringerung der Referenzleistung 8 % pro Minute, weiter vorzugsweise 9 % pro Minute, weiter vorzugsweise 10 % pro Minute, weiter vorzugsweise 11 % pro Minute, und weiter vorzugsweise 12 % pro Minute.
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Das erste und/oder das zweite Zeitintervall kann auch zwischen 10 Minuten und 20 Minuten liegen. Vorzugsweise beträgt das erste und/oder das zweite Zeitintervall 10 Minuten, weiter vorzugsweise 15 Minuten, und weiter vorzugsweise 20 Minuten.
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Die Referenzleistung kann um 100 kW pro Minute erhöht werden. Die Referenzleistung kann um 100 kW pro Minute verringert werden.
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Das Verfahren kann ferner die Schritte Trennen der Erzeugungsanlage von dem elektrischen Inselnetz, wenn die Frequenz einen ersten Abschaltfrequenzwert untersteigt, und/oder Trennen der Erzeugungsanlage von dem elektrischen Inselnetz, wenn die Frequenz einen zweiten Abschaltfrequenzwert übersteigt, umfassen
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Vorzugsweise beträgt die erste Abschaltfrequenzwert 47 Hz und/oder die zweite Abschaltfrequenzwert 53 Hz.
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Ein Frequenzrückgangsschutz der Erzeugungsanlage kann eine Verzögerung von 5 Sekunden aufweisen und/oder ein Frequenzsteigerungsschutz der Erzeugungsanlage kann eine Verzögerung von 5 Sekunden aufweisen.
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Der erste Abschaltfrequenzwert kann auch 45 Hz und der zweite Abschaltfrequenzwert kann 55 Hz betragen wobei ein Frequenzrückgangsschutz der Erzeugungsanlage eine Verzögerung von 100 ms aufweist und ein Frequenzsteigerungsschutz der Erzeugungsanlage eine Verzögerung von 100 ms aufweist.
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Das Verfahren kann ferner die Schritte Erfassen, dass sich die Erzeugungsanlage in dem elektrischen Inselnetz befindet und in Reaktion auf das Erfassen, dass sich die Erzeugungsanlage in dem elektrischen Inselnetz befindet, Ändern eines Parametersatzes der Erzeugungsanlage auf einen für das elektrische Inselnetz abgestimmten Parametersatz umfassen. Bei dem für das elektrische Inselnetz abgestimmten Parametersatz kann es sich insbesondere um einen Parametersatz mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Parameter für die Steuerung der Erzeugungsanlage handeln. Insbesondere kann der Parametersatz von einem Basisparametersatz zu dem für das elektrische Inselnetz abgestimmten Parametersatz geändert werden.
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Ein weiterer Aspekt betrifft eine Erzeugungsanlage in einem elektrischen Inselnetz, umfassend eine Frequenzerfassungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Frequenz des elektrischen Inselnetz zu erfassen und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, eine Referenzleistung der Erzeugungsanlage zu erhöhen, wenn die erfasste Frequenz länger als ein erstes Zeitintervall unter einem ersten Frequenzwert liegt und eine Referenzleistung der Erzeugungsanlage zu verringern, wenn die erfasste Frequenz länger als ein zweites Zeitintervall über einem zweiten Frequenzwert liegt
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Die Steuerung kann dazu eingerichtet sein, die Erzeugungsanlage von dem elektrischen Inselnetz zu trennen, wenn die erfasste Frequenz einen ersten Abschaltfrequenzwert untersteigt und/oder wenn die erfasste Frequenz einen zweiten Abschaltfrequenzwert übersteigt.
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Die Steuerung kann ferner dazu eingerichtet sein, zu erfassen, dass sich die Erzeugungsanlage in dem elektrischen Inselnetz befindet und in Reaktion auf das Erfassen, dass sich die Erzeugungsanlage in dem elektrischen Inselnetz befindet, einen Parametersatz der Erzeugungsanlage auf einen für das elektrische Inselnetz abgestimmten Parametersatz zu ändern. Das Erfassen, dass sich die Erzeugungsanlage in dem elektrischen Inselnetz befindet kann über eine Signalisierung von einer frequenzbildenden Anlage erfolgen.
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Vorzugsweise ist die Steuerung in einem Parkregler ausgebildet. Der Parkregler überwacht und regelt des Weiteren die Einspeisung der Erzeugungsanlage am Netzanschlusspunkt in das Inselnetz.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein elektrisches Inselnetz, umfassend eine Erzeugungsanlage und eine frequenzbildende Anlage, die dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf die Erhöhung der Referenzleistung der Erzeugungsanlage die Frequenz zu erhöhen und/oder in Reaktion auf die Verringerung der Referenzleistung der Erzeugungsanlage die Frequenz zu verringern.
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Bei der frequenzbildenden Anlage kann es sich beispielsweise um ein verbrennungsmotorisch betriebenes Führungskraftwerk, eine verbrennungsmotorisch betriebene Netzersatzanlage, einen frequenzbildenden Umrichter oder eine Kombination aus einem Umrichter und einem Phasenschieber handeln. Die frequenzbildende Anlage kann insbesondere dazu eingerichtet sein, Leistung in das elektrische Netz einzuspeisen. Vorzugsweise kann die frequenzbildende Anlage auch Leistung aufnehmen.
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Das elektrische Inselnetz kann ferner eine Vielzahl von Erzeugungsanlagen umfassen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines an ein Verbundnetz angeschlossenen elektrischen Netzes mit einer frequenzbildenden Anlage und zwei Erzeugungsanlagen;
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Erzeugungsanlage;
- 3 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ändern der Referenzleistung einer Erzeugungsanlage in einem elektrischen Inselnetz ;
- 4 zeigt ein Diagramm, welches einen beispielhaften Verlauf der Leistung in Abhängigkeit der Frequenz bei verschiedenen Referenzleistungen illustriert;
- 5 zeigt einen beispielhaften Leistungs-Frequenzkennlinien-Verlauf;
- 6 zeigt eine beispielhafte Leistungs-Frequenzkennlinie zur Veranschaulichung einer Basisparameterkonfiguration einer Erzeugungsanlage im Inselnetzbetrieb;
- 7 zeigt mehrere beispielhafte Leistungs-Frequenzkennlinien bei verschiedenen Grundleistungen; und
- 8 zeigt einen beispielhaften Leistungs-Frequenzkennlinien-Verlauf.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines an ein Verbundnetz angeschlossenen elektrischen Netzes mit einer frequenzbildenden Anlage und zwei Erzeugungsanlagen.
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Das elektrische Netz 10 umfasst eine frequenzbildende Anlage 20, eine erste Erzeugungsanlage 30 und eine zweite Erzeugungsanlage 40.
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Das elektrische Netz 10 ist über einen von einer Kuppelschaltersteuerung 70 gesteuerten Kuppelschalter 50 mit einem Verbundnetz 60 verbunden. Der Kuppelschalter 50 kann das elektrische Netz 10 von dem Verbundnetz 60 entkoppeln, wodurch das elektrische Netz 10 zum Inselnetz wird. Die Kuppelschaltersteuerung 70 ist dazu eingerichtet, die Stellung des Kuppelschalters 50 der frequenzbildenden Anlage 20 mitzuteilen.
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Bei der frequenzbildenden Anlage 20 handelt es sich um ein verbrennungsmotorisch betriebenes Notstromaggregat mit einem Motorgenerator zum Bereitstellen einer Spannung mit einer Nennfrequenz in dem elektrischen Netz 10. Die frequenzbildende Anlage 20 ist dazu eingerichtet, der ersten Erzeugungsanlage 30 und der zweiten Erzeugungsanlage 40 zu signalisieren, wenn das elektrische Netz 10 von einem Netzparallelbetrieb mit dem Verbundnetz 60 in einen Inselnetzbetrieb übergeht bzw. wenn das elektrische Netz 10 wieder in den Netzparallelbetrieb zurückgeht. Die Signalisierung kann beispielsweise über veränderte Frequenzmuster, welche von der frequenzbildenden Anlage 20 erzeugten werden, erfolgen.
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Bei der ersten Erzeugungsanlage 30 und der zweiten Erzeugungsanlage 40 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um Windenergieanlagen.
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Die 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Erzeugungsanlage 30. Insbesondere handelt es sich dabei um die in der 1 gezeigte erste Erzeugungsanlage 30.
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Die erste Erzeugungsanlage 30 umfasst eine Frequenzerfassungsvorrichtung 32, die dazu eingerichtet ist, eine Frequenz des elektrischen Netzes 10 zu erfassen. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Frequenzmessvorrichtung die kontinuierlich die Frequenz misst. Die Erzeugungsanlage umfasst ferner eine Steuerung 34, die dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Erfassen, dass sich die erste Erzeugungsanlage 30 in dem elektrischen Netz 10 im Inselnetzbetrieb befindet (beispielsweise durch Signalisierung von der frequenzbildende Anlage 20), einen Parametersatz der ersten Erzeugungsanlage 30 auf einen für das elektrische Inselnetz 10 abgestimmten Parametersatz zu ändern, eine Referenzleistung der ersten Erzeugungsanlage 30 zu ändern, wenn die Referenzleistung für eine längere Zeit unter oder über vorbestimmten Grenzfrequenzwerten liegt, und die erste Erzeugungsanlage 30 von dem elektrischen Netz 10 zu trennen bzw. wieder mit diesem zu verbinden. Zu Letzterem kann die Steuerung 34 ein Spannungs- und Frequenzüberwachungsrelais umfassen. Ferner kann die Steuerung 34 in einem Parkregler integriert sein.
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Die zweite Erzeugungsanlage 40 ist baugleich zu der ersten Erzeugungsanlage 30 ausgebildet und es wird hier auf eine erneute Erläuterung verzichtet.
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Im Folgenden wird anhand des Flussdiagramms der 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ändern der Referenzleistung einer Erzeugungsanlage in einem elektrischen Inselnetz beschrieben. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Verfahren für die in den 1 und 2 gezeigte erste Erzeugungsanlage 30. Das Verfahren kann entsprechend auf die zweite Erzeugungsanlage 40 angewendet werden.
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Das in der 1 gezeigte elektrische Netz 10 und das Verbundnetz 60 befinden sich im Netzparallelbetrieb. Das elektrische Netz 10 speist Leistung in das Verbundnetz 60 ein. Die frequenzbildende Anlage 20 stellt eine Spannung mit einer Nennfrequenz in dem elektrischen Netz 10 bereit. Durch Öffnen des Kuppelschalters 50 (oder durch eine Beschädigung des Kuppelschalters 50 bzw. durch einen Fehler in der Kuppelschaltersteuerung 70) wird das elektrische Netz 10 zum Inselnetz. Die frequenzbildende Anlage 20 erkennt dies durch Signalisierung von der Kuppelschaltersteuerung 70 und leitet diese Information an die erste Erzeugungsanlage 30 weiter, welche die Information empfängt und weiterverarbeitet (Schritt S10). Die Signalisierung des Inselnetzbetriebs kann auch durch eine Bedienperson erfolgen.
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In Reaktion auf das Erfassen, dass sich die erste Erzeugungsanlage 30 in dem elektrischen Inselnetz 10 befindet (Schritt S10), ändert die erste Erzeugungsanlage 30 einen Parametersatz der ersten Erzeugungsanlage 30 (Basisparametersatz) auf einen für das elektrische Inselnetz abgestimmten Parametersatz (Schritt S20).
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Wenn die durch die Erzeugungsanlage 30 gemessene Frequenz des Inselnetzes 10 länger als ein erstes Zeitintervall unter einem ersten Frequenzwert liegt, wird die Referenzleistung der ersten Erzeugungsanlage 30 erhöht (Schritt S30). Wenn die durch die Erzeugungsanlage 30 gemessene Frequenz des Inselnetzes 10 länger als ein zweites Zeitintervall über einem zweiten Frequenzwert liegt, wird die Referenzleistung der ersten Erzeugungsanlage 30 verringert (Schritt S40).
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Das Verfahren kann ferner die Schritte Trennen (Schritt S50) der ersten Erzeugungsanlage 30 von dem elektrischen Inselnetz 10, wenn die Frequenz einen ersten Abschaltfrequenzwert untersteigt, und/oder Trennen (Schritt S60) der ersten Erzeugungsanlage 30 von dem elektrischen Inselnetz 10, wenn die Frequenz einen zweiten Abschaltfrequenzwert übersteigt, umfassen.
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Das vorstehend anhand der ersten Erzeugungsanlage 30 beschriebene Verfahren kann zusätzlich oder alternativ von der zweiten Erzeugungsanlage 40 ausgeführt werden.
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Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ändern der Referenzleistung der ersten Erzeugungsanlage 30 in dem elektrischen Inselnetz 10 beschrieben (siehe 1).
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In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Anpassung der Wirkleistungseinspeisung mit einer Steigung von 50 % pro Hz. Dadurch wird eine Leistung von 0 % bezogen auf die Referenzleistung bei 52,2 Hz und eine Leistung von 200 % bezogen auf die Referenzleistung bei 47,8 Hz erreicht. Um Auswirkungen eines schwankenden Primärenergieangebotes zu reduzieren soll die zunächst geltende maximale Einspeiseleistung bei 50,0 Hz bei ca. 30 % der Nennleistung der ersten Erzeugungsanlage 30 liegen.
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Es erfolgt nun eine dynamische Anpassung der Referenzleistung bei längerem Verbleiben der Frequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich, beispielsweise unterhalb von 48,5 Hz.
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Liegt die Netzfrequenz länger als 3 Minuten unter der Grenzfrequenz von 48,5 Hz, so erhöht die erste Erzeugungsanlage 30 die Referenzleistung. Dadurch erfolgt eine Verschiebung der Leistungs-Frequenzkennlinie, was zu einer erhöhten Einspeiseleistung führt. Dies führt zu einer veränderten Auslastung der frequenzbildenden Anlage 20, welche die Frequenz daraufhin erhöht. Der Betriebspunkt liegt dann näher an 50 Hz, die Regelreserve in beide Richtungen ist ähnlich ausgeprägt und eine stabile Regelung, auch bei weiterem Lastanstieg, wird ermöglicht.
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Liegt die Netzfrequenz länger als 3 Minuten über der Grenzfrequenz von 51,5 Hz, so reduziert die erste Erzeugungsanlage 30 die Referenzleistung. Dadurch erfolgt eine Verschiebung der Leistungs-Frequenzkennlinie, was zu einer verringerten Einspeiseleistung führt. Dies führt zu einer veränderten Auslastung der frequenzbildenden Anlage 20, welche die Frequenz daraufhin reduziert. Der Betriebspunkt liegt dann näher an 50 Hz, die Regelreserve in beide Richtungen ist ähnlich ausgeprägt und eine stabile Regelung, auch bei weiterem Lastrückgang, wird ermöglicht.
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Der vorstehend beschriebene Verlauf wird durch das Diagramm der 4, welches den Verlauf der Leistung in Abhängigkeit der Frequenz bei verschiedenen Referenzleistungen von 300 kW, 400 kW und 500 kW zeigt, weiter veranschaulicht.
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Die 5 zeigt einen weiteren Ablauf des vorstehend beschriebenen Verfahrens anhand eines beispielhaften Leistungs-Frequenzkennlinien-Verlaufs.
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Die Leistung der ersten Erzeugungsanlage 30 beträgt zunächst 300 kW bei 50 Hz. Durch Absenken der Frequenz auf 48 Hz erhöht sich die Leistung auf 190 % bzw. 570 kW. Da die Frequenz länger als 3 Minuten bei 48 Hz steht, wird ab der vierten Minute die Referenzleistung zur Kennlinie angepasst, wodurch sich auch die momentane Leistung erhöht. Dadurch wird die frequenzbildende Anlage 20 entlastet und reduziert die Frequenz, welche zurück auf 50 Hz fällt. Die erste Erzeugungsanlage 30 behält die neue Referenzleistung bei und speist 450 kW in das elektrische Netz 10 ein. Durch Wegfall von Verbrauchern wird die frequenzbildende Anlage 20 weiter entlastet, weshalb sie die Netzfrequenz erhöht. Dadurch sinkt die Einspeiseleistung auf 10 % bzw. 45 kW. Da die Frequenz weiterhin niedrig bleibt, verringert die erste Erzeugungsanlage 30 die Referenzleistung und dadurch auch die in das elektrische Inselnetz 10 eingespeiste Leistung.
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Folglich wird durch eine über einen längeren Zeitraum von der Nennfrequenz des elektrischen Netzes 10 abweichende Frequenz eine Veränderung der Referenzleistung der Leistungs-Frequenzkennlinie herbeigeführt, wodurch es zu einem Angleich von Erzeugung und Verbrauch mit anschließend bezogen auf die Frequenz und Regelreserven günstiger gelegenem Betriebspunkt kommt.
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Die 6 zeigt eine beispielhafte Leistungs-Frequenzkennlinie zur Veranschaulichung einer Basisparameterkonfiguration einer ersten Erzeugungsanlage 30 im Inselnetzbetrieb.
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Die Basisparameterkonfiguration der ersten Erzeugungsanlage 30 im Inselnetzbetrieb weist eine feste Leistungsobergrenze, z.B. eine Sollleistung von 400 kW (Referenzleistung) und eine Maximalleistung von 800 kW (Im Regelfall 200 % der Sollleistung), auf. Der Leistungsfaktor, d.h. das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung, am Netzanschlusspunkt beträgt cos φ = 1. Das Frequenzverhalten weist entsprechend eine Leistungsanpassung von 40 % pro Hz auf.
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Aus der 6 ist ersichtlich, dass Endwerte bei 47,3 Hz und 52,7 Hz erreicht werden und eine Trennung bei 47 Hz und 53 Hz erfolgt.
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Die Steigung im Inselnetzbetrieb ist hinsichtlich der Steigung im Parallelnetzbetrieb mit dem Verbundnetzbetrieb 60 unverändert (siehe 1). Es erfolgt jedoch eine Ausdehnung der Abschaltgrenzen.
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Sofern es ohne eine Gefährdung der Erzeugungsanlage 30 möglich ist, weist der Frequenzrückgangsschutz f< und der Frequenzsteigerungsschutz f> eine Verzögerung von 5s auf, bei Werten, wie oben angegeben, von 47 Hz und 53 Hz. Der Frequenzrückgangsschutz f< < und der Frequenzsteigerungsschutz f> > weist 100ms Verzögerung bei 45 Hz und 55 Hz auf. Falls ein Risiko für die Erzeugungsanlage 30 nicht ausgeschlossen werden kann, so werden Werte gewählt, die den vorstehend genannten Werten nahekommen.
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Alternativ ist ein Frequenzbereich zwischen 49 Hz und 51 Hz bei 100 % Leistungsanpassung pro Hz möglich.
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Die 7 zeigt mehrere beispielhafte Leistungs-Frequenzkennlinien bei verschiedenen Grundleistungen.
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In der Erzeugungsanlage 30 erfolgt eine automatische Anpassung der Soll- und Maximalleistung. Im Regelfall erfolgt die Leistungsanpassung bei Frequenzänderung auf Basis der aktuellen Leistung vor Verlassen des Toleranzbereiches, d.h., der „Referenzleistung“ im Sinne der vorliegenden Offenbarung. Jeder Frequenz wird dann ein bezogen auf die ursprüngliche Leistung neu anzufahrender Leistungswert zugeordnet. Die Referenzleistung soll jedoch variiert werden. Bleibt die Frequenz über einen längeren Zeitraum (beispielsweise länger als 15 Minuten) unter 48,5 Hz, erfolgt eine Erhöhung der Referenzleistung um 100 kW pro Minute. Die Erhöhung erfolgt nur, wenn ein entsprechendes Primärenergieangebot auch aktuell vorhanden ist. Bei einer Ausbildung der Erzeugungsanlage 30 als Windenergieanlage kann dies beispielsweise über eine aktuelle Windmessung abgefragt werden.
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Bleibt die Frequenz über einen längeren Zeitraum (beispielsweise länger als 15 Minuten) über 51,5 Hz, erfolgt eine Reduzierung der Referenzleistung um 100 kW pro Minute. Dadurch findet auch eine Änderung der Momentanleistung statt, weshalb die Frequenz wieder in Richtung 50 Hz geht. Die Frequenzkennlinie wird also „gekippt“. Somit wird Regelreserve zurückgewonnen und es erfolgt eine nachhaltige Anpassung an die neue Belastungssituation.
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Die 8 zeigt einen weiteren beispielhaften Leistungs-Frequenzkennlinien-Verlauf. Wie aus der 8 ersichtlich ist, erfolgt eine Erhöhung der Referenzleistung der Erzeugungsanlage 30 von 300 kW bis auf 800 kW nachdem die Frequenz für 15 Minuten auf 48 Hz verblieb. Nachdem die Frequenz auf 50 Hz zurückgegangen ist, erfolgt ein Weiterbetrieb der Erzeugungsanlage 30 mit 800 kW. Nachdem die Frequenz für 15 Minuten auf 52 Hz verblieb, erfolgt ein erneutes Absenken der Referenzleistung der Erzeugungsanlage 30.
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In den vorgestellten Beispielen sind unterschiedliche Merkmale und Funktionen der vorliegenden Offenbarung getrennt voneinander sowie in bestimmten Kombinationen beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass viele dieser Merkmale und Funktionen, wo dies nicht explizit ausgeschlossen ist, miteinander frei kombinierbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen VDE AR-N 4105 [0002, 0005]
- VDE AR-N 4110 [0002, 0005]
