DK1282774T4 - Fremgangsmåde til drift af et vindenergianlæg samt vindenergianlæg - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til drift af et vindenergianlæg med en elektrisk generator, der kan drives af en rotor, til afgivelse af elektrisk effekt til et elektrisk net, som vindenergianlægget er tilsluttet til.

Fra DE 197 56 777 kendes en fremgangsmåde til drift af et vindenergianlæg samt et vindenergianlæg, hvor den effekt, der afgives til nettet af generatoren, reguleres efter den elektriske spænding i det elektriske net. I svage elektriske (ø-)net stiger netfrekvensen meget hurtigt (brat), når en større forbruger kobles af det elektriske net. Drivmotorer såsom dieselmotorer, vandhjul etc. kræver i sådanne tilfælde en vis tid til at reducere deres (mekaniske og elektriske) ydelse. I løbet af denne tid genererer disse generatorer mere energi, end det elektriske net aftager. Denne energi anvendes da til acceleration af generatoren. Herved stiger omdrejningstallet og dermed også netfrekvensen.

Da mange elektriske apparater, fx computere, elektromotorer o.l., der er tilsluttet til det elektriske net, imidlertid ikke er konstrueret til svingende netfrekvenser hhv. bratte ændringer heraf, kan dette føre til skader på elektriske maskiner og i værste fald til ødelæggelse heraf.

Baggrunden for opfindelsen er ønsket om at løse de ovenfor beskrevne problemer i tilfælde, hvor vindenergianlæg er tilsluttet til det elektriske net.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes en sådan løsning ved en fremgangsmåde med de i krav 1.

Det foreslås, i tilfælde hvor der drives vindenergianlæg i sådanne svage net, at regulere deres (mekaniske og) elektriske ydelse afhængigt af den stigende netfrekvens. På denne måde søger man at forhindre en yderligere stigning i netfrekvensen hhv. en reduktion af netfrekvensen.

Opfindelsen forklares i det efterfølgende nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel:

Her viser: fig. 1 et frekvens/effekt-tidsdiagram for et vindenergianlæg fig. 2 et vindenergianlæg set fra siden fig. 3 et blokdiagram over en mikroprocessor-styret vekselretter til et vindenergianlæg fig. 4 en gengivelse af en reguleringsindretning til et vindkraftanlæg fig. 5 en gengivelse af et vindenergianlægs tilkobling til et elektrisk net fig. 6 en alternativ gengivelse af fig. 3.

Fig. 1 viser kravet til et vindenergianlæg om at reducere sin udgangseffekt P afhængigt af nettets elektriske frekvens f. Værdien 100 % er i denne forbindelse det elektriske nets ønskede målfrekvens (50 Hz, 60 Hz). Værdierne 100,6 % hhv. 102 % er tilsvarende højere værdier af netfrekvensen f.

Vindenergianlæggets elektriske effekt nedreguleres fx ikke ved en stigning i netfrekvensen på kun 0,6 % (dvs. til 100,6 %).Men stiger netfrekvensen yderligere, nedreguleres vindenergianlæggets elektriske effekt. I det anførte eksempel nedreguleres vindenergianlæggets elektriske effekt til en ydelse på nul ved en stigning i netfrekvensen til 102 %.

Fig. 3 viser et udførelseseksempel på et vindenergianlæg, som opfylder dette krav. Vindenergianlægget har indstillelige rotorblade (pitch-indstilling af rotorbladene), så vindenergianlæggets mekaniske ydelse kan nedreguleres. Hvis fx rotorbladenes indfaldsvinkel i forhold til vinden ændres, kan også den kraft, der påvirker rotorbladene, reduceres til en ønsket værdi. Den elektriske vekselstrøm fra generatoren (ikke vist), som er forbundet med rotoren, der bærer rotorbladene, ensrettes ved hjælp af en ensretter 2 og udjævnes ved hjælp af en kondensator 3. Veksel retteren 4 omformer derefter jævnspændingen til en vekselstrøm, som afgives til nettet Li, 1-2, L3. Denne udgangsstrøms frekvens er givet på forhånd af nettet. Reguleringsindretningen 5, der består af en mikroprocessor, måler netfrekensen og styrer effektafbryderne i veksel rette ren 4 på en sådan måde, at udgangsfrekvensen svarer til netspændingen (netfrekvensen). Hvis netfrekvensen stiger - som beskrevet ovenfor, nedreguleres den elektriske effekt - som vist i fig. 1.

Fig. 6 illustrerer reguleringsindretningen ifølge opfindelsen. Den skematisk gengivne rotor 4 i vindenergianlægget er koblet sammen med en generator G 12, som leverer en elektrisk effekt, der afhænger af vindhastigheden og dermed af vindydelsen. Den i generatoren G 12 genererede vekselspænding ensrettes i første omgang ved hjælp af veksel rette ren og konverteres efterfølgende til en vekselspænding med en frekvens svarende til netfrekvensen. Ved hjælp af netfrekvens-sensoren bestemmes netspændingen ved netindfødningspunktet til nettet. I det øjeblik, hvor netfrekvensen overstiger en forud fastlagt værdi - se fig. 1, nedsættes den afgivne elektriske effekt for at modvirke en yderligere stigning i netfrekvensen. Ved hjælp af reguleringsindretningen bliver nettets netfrekvens følgelig justeret til en ønsket netfrekvensværdi, eller der undgås i det mindste en yderligere stigning heraf.

Ved hjælp af en på denne måde styret indfødning af den af vindenergianlægget afgivne effekt kan udsving i netfrekvensen undgås hhv. reduceres betydeligt.

Fig. 5 viser tilkoblingen af et vindenergianlæg til et elektrisk net, hvor den af vindenergianlægget 2 genererede elektriske effekt afgives til nettet 6 ved netindfødningspunktet 21. Til det elektriske net 6 er tilsluttet flere forbrugere 8, der i det viste eksempel er gengivet som huse.

Fig. 4 viser væsentlige bestanddele ved styre-reguleringsindretningen i en noget anderledes gengivelse end den i fig. 3 viste. Styre- og reguleringsindretningen omfatter en ensretter 16, hvori den i generatoren 12 genererede vekselspænding ensrettes. En med ensretteren forbunden frekvensomformer 18 konverterer den i første omgang i mellemkredsen ensrettede jævnspænding til en vekselspænding, der via ledningerne LI, L2 og L3 ledes ud i nettet som trefaset vekselspænding. Frekvensomformeren styres ved hjælp af en mikrocomputer 20, som er en del af den samlede reguleringsindretning.Til dette formål er mikroprocessoren koblet sammen med frekvensomformeren 18. Som indgangsstørrelser til regulering af den spænding, med hvilken den af vindenergianlægget 2 leverede elektriske effekt ledes ud i nettet, anvendes den aktuelle netspænding, netfrekvensen f, generatorens elektriske effekt P, reaktiveffektfaktoren cos φ samt effektgradienten dP/dt.I mikroprocessoren udføres reguleringen ifølge opfindelsen af den spænding, der skal indfødes, med den ønskede netfrekvens.

Claims (1)

1. Fremgangsmåde til drift af et vindenergianlæg med en generator til afgivelse af en elektrisk effekt til et elektrisk net, hvor vindenergianlægget har en til generatoren koblet rotor med rotorblade med pitch-regulering, kendetegnet ved, at den af generatoren til nettet afgivne effekt reguleres hhv. indstilles afhængigt af det elektriske nets netfrekvens, og ved at den i nettet indfø-dede effekt reduceres, når netfrekvensen ligger mere end 3 %o over den ønskede målværdi, for at modvirke en yderligere stigning i netfrekvensen, hvor en reguleringsindretning måler netfrekvensen og styrer effektafbrydere i en vekselretter på en sådan måde, at udgangsfrekvensen svarer til netfrekvensen, og hvor vindenergianlæggets mekaniske effekt reduceres, idet de indstillelige rotorvinger drejes ind i vinden.