EP3991264A1 - Verfahren zur optimierung der wirkleistungseinspeisung eines windparks - Google Patents

Verfahren zur optimierung der wirkleistungseinspeisung eines windparks

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EP3991264A1
EP3991264A1 EP20734931.7A EP20734931A EP3991264A1 EP 3991264 A1 EP3991264 A1 EP 3991264A1 EP 20734931 A EP20734931 A EP 20734931A EP 3991264 A1 EP3991264 A1 EP 3991264A1
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EP
European Patent Office
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power
wind
connection point
range
active
Prior art date
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Pending
Application number
EP20734931.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eckard Quitmann
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Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Definitions

  • the present invention relates to a method for feeding electrical power into an electrical supply network by means of a wind farm.
  • the invention also relates to a wind farm which can carry out such a method.
  • Wind energy plants are known; they generate electrical power from wind and feed this into an electrical supply network. Often, several wind turbines are combined in a wind farm that feed into the electrical supply network via a common network connection point.
  • a common network connection point can in particular have what is known as a network transformer, via which the electrical supply network is fed, even if this is not absolutely necessary.
  • the grid connection point can also be referred to as a feed-in point.
  • such network connection points are designed for a feed-in power that must not be exceeded. Exceeding this would often lead to the triggering of a safety device; in particular, the feed would be interrupted by a mains disconnector in such a case.
  • the maximum feed-in power is usually contractually agreed with the network operator.
  • the wind turbines are dimensioned or adjusted accordingly to this power limit at the grid connection point, or the power limit at the grid connection point is matched to the total power of the wind turbines in the park when it was planned.
  • this can mean that the wind turbines in the wind farm are designed in such a way that, when the wind speed is nominal, they all together generate exactly as much power as can and may be fed in at the grid connection point.
  • each wind energy installation often takes into account not only the real power that can be generated, but also that an exchange of reactive power that may be required by the network operator can also be guaranteed.
  • Every wind turbine is designed to feed in a predetermined active power under corresponding wind conditions while at the same time being able to feed in correct reactive power.
  • the reactive power can be fed in or taken up, which corresponds to the behavior of an overexcited or underexcited synchronous generator.
  • the term reactive power feed is used for the sake of simplicity, which includes feed and consumption.
  • a wind turbine could still increase its feed-in active power, which, however, could prevent compliance with the active power limit of the grid connection point.
  • the wind power plant in question would then not be optimally used, at least as long as the potentially available reactive power is not called up.
  • Such a measure can, however, be very costly and sometimes it can also be impossible, namely if the power limit of the network connection point is limited by the properties of the electrical supply network in the area of this network connection point.
  • the present invention is therefore based on the object of addressing at least one of the problems mentioned above.
  • a solution is to be proposed in which a network connection point is used as efficiently as possible when feeding electrical power.
  • At least an alternative solution to previously known solutions should be proposed.
  • a method according to claim 1 is proposed.
  • Such a method thus relates to the feeding of electrical power into an electrical supply network.
  • the feed-in is carried out at a grid connection point by means of a wind farm.
  • a wind farm has a number of wind energy installations and thus these, as intended, feed their power into the electrical supply network at one network connection point.
  • the wind turbines are connected to the grid connection point by transmission means.
  • Such means of transmission are especially transmission lines (overhead lines or underground cables). But there are also, especially in addition, transformers that can be used to change a voltage level.
  • a park controller for regulating active and reactive power specifications at the grid connection point, which transmits the active and reactive power specifications derived therefrom to the wind turbines.
  • a park controller is therefore seen to perform a control for the wind park.
  • the park regulator can be used to regulate power management.
  • the farm controller has in particular a measuring device at the grid connection point, algorithms for analysis and calculation, and the option of sending active and reactive power specifications to one, several or all wind turbines in the wind farm.
  • the active and reactive power specifications can, for example, be transmitted individually to each wind turbine as specific power values, or as percentage values, to name another example.
  • a first power range is specified at each of the wind energy installations, which spans a range of values for an active and reactive power to be fed in, and which can differ between the wind energy installations.
  • This first performance range is particularly predetermined by two limits. This is because it has an active power limit to be complied with by the wind energy installation, and a reactive power limit that can be achieved by the wind energy installation.
  • the real power limit to be complied with is therefore a limit which, in terms of its magnitude, specifies maximum values for the real power. These values should not be exceeded during operation.
  • the achievable reactive power limit is a limit that the wind turbine must be able to reach. The wind turbine must therefore be able to feed in reactive power up to the reactive power limit if this is called up.
  • the reactive power that can be achieved can depend on a set active power.
  • Both the active power and the reactive power basically refer to the power to be delivered by the wind energy installation.
  • the relationship between these limits can be shown particularly in an active power / reactive power diagram and in this the limits form an area or enclose an area.
  • a reactive power limit can specify a minimum reactive power value that is to be achieved, which, however, only has to be able to be achieved within likewise specified active power limits or ranges.
  • this predetermined reactive power value does not have to be achieved with small active powers, but that, for example, the reactive power in kV Ar does not need to be greater than the active power in kW.
  • the method is designed in such a way that a second power range is specified at the grid connection point, which spans a range of values for active and reactive power to be fed in, the second power range having an active power limit to be observed by the wind farm at the grid connection point and one for the wind farm at the grid connection point has attainable reactive power limit.
  • a second power range is therefore specified at the network connection point in the same way as is specified as the first power range at a wind energy installation.
  • the first performance range and the second performance range can differ in terms of the values and possibly also the type or shape.
  • the power values of the second power range, both the active power limit to be complied with and the achievable reactive power limit at the grid connection point will be greater, in particular many times greater, than the values at each wind energy installation.
  • each limit of the second power range could result from the sum of all corresponding limits of the first power range of the relevant wind power plants. In fact, this can only be assumed in an idealized way and influences of the means of transmission also play a role.
  • the grid operator usually specifies the specific reactive power value a wind farm must achieve at the grid connection point in a certain situation. This point lies within the second performance range, the maximum range that the wind farm must be able to implement in principle.
  • All of these wind energy installations in the wind farm then work in such a way that they generate active and reactive power in each case, taking into account the specifications of the farm regulator, and transmit them to the grid connection point. It is also possible that, for example, a wind energy installation or several wind energy installations fail temporarily and then only the remaining wind energy installations generate corresponding active and reactive power and transmit it to the network connection point. At least one of the wind turbines should do that. Furthermore, it is provided that the individual wind turbines each exceed their effective power limit of the first power range to be observed. It can apply to all wind turbines, several wind turbines or at least one of the wind turbines.
  • At least one or more wind turbines specifically generate more power and transmit it to the grid connection point than is actually permitted or provided on the basis of the active power limit of the relevant first power range to be observed.
  • the result is therefore that the wind energy installations, at least one wind energy installation, no longer comply with the first power range.
  • the active power limit to be observed for the respective wind energy installation is exceeded in each case in such a way that the wind farm adheres to the second working area at the network connection point.
  • the first performance range is therefore deliberately exceeded, but the second performance range must be strictly adhered to.
  • the influence of the transmission means can result in a distortion of the power ranges, so that leaving the first power range does not have to lead to leaving the second power range.
  • the wind turbines that each leave the first power range do so only taking into account the specifications of the park controller. In this way, these wind energy systems are at least guided by the park controller.
  • the farm controller can monitor compliance with the second power range at the network connection point and, depending on this, transmit appropriate specifications, namely, particularly for the active and reactive power to be fed in, to the respective wind energy installations.
  • the park controller records the active and reactive power currently fed in at the grid connection point and also determines a distance between this active / reactive power and the limits of the second power range and, depending on this, sets corresponding specifications for active and reactive power the respective wind turbines transmits. This can in particular also depend on what active and reactive power specifications were previously transmitted to the corresponding wind turbines. If, for example, it is recognized that the active power currently fed in at the network connection point could be increased by 10% due to the active power limit to be observed at the network connection point, this can be implemented, for example, in such a way that all active power specifications are increased by 10%. Each wind turbine then checks whether it can increase its active power by 10% or less and thereby exceed its first power range in a controlled manner.
  • the design of the wind power plant which includes such a specification, especially the active power limit to be complied with at the respective wind power plant, is always based on design limits, which, however, do not have to be present in the specific case.
  • an active power limit can be used to protect against overheating.
  • overheating is usually not achieved if an active power limit specified for protection is briefly exceeded.
  • Whether such an effective power limit must always be strictly adhered to at a wind energy installation can depend on many factors, of which others are also described below, and is basically accessible to an individual assessment.
  • the wind turbines are each controlled in such a way that a reactive power limit of the first power range cannot be reached, whereas the wind farm can reach the reactive power limit of the second power range.
  • the main consideration here is that the means of transmission have a particularly large influence on the transmission of reactive power. This can mean, for example, that an operating point on the wind turbine that is defined by the active power and reactive power that the wind turbine emits leads to a distortion due to the transmission to the grid connection point in such a way that this operating point of a wind turbine becomes an operating point at the grid connection point, which has a larger proportion of reactive power.
  • the transmission of this apparent current via the transmission means to the network connection point can lead to a shift in the phase position of the current, for example due to an inductive behavior of the transmission line, which can lead to a higher reactive current component and thus reactive power component.
  • This shift can lead to the fact that the wind turbine apparently does not or cannot provide sufficient reactive power, but due to the influence of the transmission infrastructure in relation to the grid connection point, sufficient reactive power is or could be provided.
  • the park regulator or a sensor provided for this, immediately ensures compliance with the active power limit at the network connection point Measuring or evaluating a measurement can check, a different way is proposed for the reactive power to be maintained.
  • the properties of the transmission means be taken into account arithmetically or in a simulation.
  • the properties can be measured or derived from the physical conditions.
  • a simulation can also be used to derive how long the corresponding transmission lines are and what electrical properties they have from the physical conditions.
  • the phase angle obtained during a current and voltage measurement can be used to determine the transmission behavior with regard to the reactive power.
  • the change in this reactive power is derived by the transmission means from the output power of the wind energy installations and the reactive power established at the network connection point.
  • a reactive power of 10% emitted by the wind turbine could lead to a reactive power at the grid connection point of 20%. If a reactive power of 40% has to be achieved at the grid connection point, this would mean that the wind turbine would have to achieve a reactive power of 20%.
  • At least one, several or all of the wind turbines are each controlled in such a way that they each output an output power with an active and a reactive power component for transmission to the grid connection point.
  • the output power exceed the effective power limit of the first power range to be observed. The real power is therefore greater than would be permissible according to the first real power limit to be complied with at the wind energy installation according to the stationary design criteria.
  • the output power have an apparent power value which is so large that the reactive power limit of the first power range cannot be reached without reducing the active power component. In this case too, too large an active power component is thus generated and output at the wind energy installation.
  • the fact that the active power component is too high can mean that it is below the active power limit to be observed, but leads to such a large apparent power value that the reactive power limit of the first power range, i.e. at the wind turbine, cannot be reached.
  • the reactive power limit could only be reached if the active power component was reduced.
  • the active power output is still so high that it exceeds the active power limit to be complied with at the wind turbine.
  • the transmission means lead completely or partially to such a change in the output power that the second power range, that is to say the power range at the network connection point, is maintained.
  • the active power generation and output at the wind energy installation are therefore deliberately exhausted and even overexcited, but in such a way that the resulting values at the grid connection point are maintained.
  • a known property of the transmission means in particular a topology of the wind park network, at least a part thereof, can be taken into account when generating the active and reactive power or outputting it to the wind energy installation. It is also possible, however, for the wind farm controller to report back current information about the situation at the grid connection point to the wind power plants and for them to control the described overstimulation of power generation and output as a function of this.
  • the transmission means reduce the output active power portion of the output power output for transmission through thermal consumption in such a way that the active power limit of the second power range is maintained.
  • ohmic losses or the ohmic behavior of the transmission medium can be known and taken into account when generating and outputting the active power portion of the individual wind energy installation when operating outside the first power range. It was particularly recognized here that active power might be wasted, i.e. less power is taken from the wind and converted into active electrical power than would be possible if such losses were not taken into account.
  • an active power range could be maintained at the wind turbine to allegedly protect the grid connection point, although ultimately less effective power arrives at the grid connection point and thus the active power range that would be possible at the grid connection point is not exhausted. It was recognized that exhausting the possible active power range at the grid connection point in this way can mean exceeding a limit at the wind energy installation. However, if it is permissible to exceed a limit for the active power to a certain extent, this can be a sensible option.
  • the transmission means lead to such a change in the reactive power portion of the output power output that the reactive power limit of the second power range is reached, i.e. in particular the reactive power value that is typically specified by the network operator and is within the reactive power limit of the second power range are to be achieved.
  • the reactive power limit at the wind turbine does not have to be reached because the transmission means, in particular, causes a phase shift of the transmitted current so that the reactive power limit of the second area, i.e. at the grid connection point, can still be reached.
  • the sum of all output powers of the wind turbines does not comply with the second power range before transmission by means of the transmission means, whereas the sum of all output powers transmitted to the grid connection point at the grid connection point complies with the second power range. This is based on the knowledge that it is possible, in particular, to adhere to the active power limit at the grid connection point, although all wind turbines together generate and transmit more active power to the grid connection point than would be permitted at the grid connection point.
  • the same can also apply to the reactive power, namely insofar as it is possible that all wind energy installations together would not be able to reach the reactive power limit with the sum of their achievable reactive powers at the grid connection point and yet, after transmission via the wind farm's transmission means, the reactive power limit at the grid connection point can be reached.
  • one, several or all wind energy installations exceed their effective power limit of the first power range to be complied with, that is to say at the respective wind energy installation, depending on several test conditions.
  • the active power limit to be observed in each case cannot be exceeded without further ado, but a special test is required to determine whether this is acceptable.
  • compliance with a parking specification of the parking controller is proposed.
  • the wind farm controller can thus specify how, for example, an active power upper limit is to be divided between the individual wind turbines.
  • the wind energy installation then only exceeds the active power limit to be complied with, however, insofar as this test condition, namely here compliance with the park specification of the park controller, is guaranteed.
  • a system condition of the respective wind energy system is checked as at least one test condition.
  • a system condition is explained in more detail below; it can relate, for example, to maintaining a maximum temperature on a component of the wind energy system.
  • At least one parking specification and at least one system condition are preferably checked, that is to say both types of conditions are checked.
  • At least two system conditions are preferably checked. For example, it is therefore checked whether a temperature range is maintained on the wind energy installation and whether a mechanical load limit is observed on the wind energy installation. It was particularly recognized here that the active power limit to be observed in the first power range, i.e. at the wind turbine, should not be easily exceeded and that very different individual load limits must be taken into account, which can also be independent of one another, so that a single condition can be considered is insufficient or insufficient. In particular, it was recognized that, to stay with the above example, a mechanical limit can be adhered to without adhering to a thermal limit, and vice versa. Therefore, at least two plant conditions are preferably checked. According to one embodiment, it is proposed that the system condition is one of the conditions described below.
  • One possible system condition is the maintenance of an extended power range at the respective wind energy system, which is at least partially larger than the first output range of the same wind energy system. A further one is thus placed around the first power range, which can thus ensure that when the first power range is exceeded, it is at least not exceeded to an arbitrary extent. A first safety limit can thus be created.
  • Another or different system condition can be maintaining a predetermined maximum temperature in the respective wind energy system.
  • critical components can be considered, particularly for power generation or feed-in. This can be, for example, a temperature at a power semiconductor switch that is used for frequency inverting. A temperature at a winding of the generator can also be considered.
  • an increased output in particular associated with an increased current, does not immediately lead to overheating, because most systems are significantly slower with regard to their thermal behavior than with regard to their electrical behavior.
  • temperature behavior also depends on ambient temperatures. For example, if the ambient temperatures are comparatively low, namely lower than a design temperature, a greater or longer increase in output may be acceptable before overheating occurs.
  • a further or alternative condition is compliance with a predetermined maximum current in the respective wind energy installation.
  • a maximum current can be a current be in the generator, especially a stator current.
  • Such a current can create a specific load for corresponding elements, such as the generator in this example.
  • an output current that the wind energy installation outputs can also be considered. This can also lead to immediate loads and it is therefore proposed that compliance with a predetermined maximum current be checked as a system condition.
  • exceeding a mechanical limit is less tolerable than exceeding a power limit, which could only lead to a temperature increase after a time delay.
  • exceeding the active power limit to be observed can at least temporarily lead to well-tolerable temperature values, particularly at ambient temperatures that are below the design temperatures, while at the same time it can lead to intolerable mechanical loads.
  • the active power limit of the first power range is specified and / or monitored as a function of a predicted service life of the wind energy installation.
  • the exceeding of the first power range while adhering to the extended power range is only permissible if at least one criterion of the previously explained system conditions, which in this respect form a list of conditions, is complied with.
  • a simplified test criterion is used here, in which the first performance range is limited by the further performance range being exceeded.
  • a safety limit is drawn for exceeding the limit.
  • the first power range can be exceeded.
  • additional active power can be fed in, while at the same time binding conditions are taken into account, thus avoiding a plant hazard.
  • the criterion that the second power range is maintained at the grid connection point must also always be observed. This can be achieved, for example, by adhering to setpoints or limit values that the park controller transmits to the relevant wind energy installation.
  • the exceeding of the first power range while maintaining the extended power range is always permissible if at least one of the criteria of the specified list of conditions is met, at least if several or all of them Criteria of the list of conditions are met.
  • This enables a positive and final test.
  • the conditions mentioned in the list of conditions, at least if all are complied with can be sufficient to define such an exceptional situation for exceeding the first performance range.
  • the extended power range may be exceeded for a predetermined exceptional period of time if the predetermined maximum mechanical load is observed, and in particular the other criteria the list of conditions are complied with, or at least one of them. This means that even more power can be fed in if even the extended power range is exceeded.
  • the predetermined maximum temperature be predetermined as a function of a predetermined tolerance period. This is based in particular on the idea that too high a temperature can often lead to intolerable damage only in the event of a permanent load or at least prolonged load, and this predetermined time limit of the predetermined maximum painting temperature is therefore proposed by means of the predetermined tolerance period.
  • first predetermined maximum temperature for a first predetermined tolerance period
  • second predetermined maximum temperature for a second predetermined tolerance period
  • first predetermined maximum temperature being smaller than the second predetermined maximum temperature
  • firstzanit temperature is greater than the second predetermined tolerance period.
  • Different maximum temperatures that is, temperature limit values
  • a first, longer tolerance period is predetermined for the first, smaller maximum temperature
  • the second predetermined maximum temperature can be selected higher, but only for a shorter time, namely only for the shorter second predetermined tolerance period.
  • the predetermined maximum current may be exceeded for a predetermined second exception period if the predetermined maximum mechanical load is observed and in particular the other criteria of the list of conditions are observed. It was recognized that a time limit can also be useful for the maximum current. On the one hand, a high current, sometimes only after a long period of time, can cause damage that is no longer tolerable or impairment that is no longer tolerable, on the other hand, a high current can also lead to thermal stress, namely on an element, whose temperature is not measured so that the temperature cannot be checked and the current is monitored instead.
  • the park specification include at least one park specification value output to each wind energy installation.
  • the park default value can be an active power maximum value to be observed by each wind power installation, or it can be a reactive power value to be achieved by each wind power installation.
  • Several park default values can also be provided, of which at least one is the active power maximum value to be maintained, or has this as a value, and at least one other, which is the minimum reactive power value to be achieved by each wind energy installation, or has this value.
  • the park controller generate corresponding park default values for this purpose and transmit at least one park default value to the wind energy plants.
  • the at least one park default value is determined by the park controller as a function of the second power range and a current power fed in at the network connection point.
  • the park controller therefore checks to what extent the second power range is currently being observed and can then adjust the park default values accordingly. If the park controller detects, for example, that active power is currently being fed in at the grid connection point that is 20% below an active power limit at the grid connection point, the park default value can be increased accordingly if it relates to the maximum active power value to be maintained. Provision is preferably made for an upper limit to be provided for such a variable maximum effective power value, which the park controller regularly redetermines.
  • the at least one parking default value is preferably output as a relative value.
  • a percentage value that relates to the nominal power of the wind energy installation comes into consideration here. In this way, different wind turbine sizes can be taken into account in a simple manner.
  • the maximum active power value to be maintained for the individual wind energy installation is set to values of over 100% if the active power fed in at the network connection point is below an active power limit at the network connection point.
  • a value of 120% can be provided as an upper limit, for example, at which it is assumed that each wind energy installation cannot or only maximally exceed its active power limit to be maintained. It is also possible to determine such a value through simulations or a corresponding system analysis.
  • the park target values at least one of them, be determined individually for each wind energy installation. This makes it possible to specify specific power or reactive power values, but also with individual consideration it is possible to determine and output relative, in particular percentage values from the park controller. By using such individual values, it can be taken into account, for example, that different maximum values would be useful for different wind energy installations.
  • a wind farm is also proposed.
  • a wind park has several wind energy plants and the wind park feeds at a network connection point into an electrical supply network.
  • This grid connection point can be viewed as a boundary and part of the wind farm.
  • the wind farm has transmission means for connecting the wind energy installation to the network connection point and in particular the wind energy installations are connected to the network connection point via the transmission means.
  • transmission means are designed as transmission lines. But there can also be other elements such as transformers or switching means.
  • a park controller is provided, which is prepared to transmit active and reactive power specifications to the wind turbines. These active and reactive power specifications can be referred to as specifications of the park regulator.
  • the farm controller can specify how much real power the wind turbines may generate and transmit and / or how much reactive power the wind turbines must be able to generate - and transmit.
  • Each of the wind power plants is characterized by a predetermined first power range which spans a range of values for active and reactive powers to be fed in, namely for this respective wind power plant.
  • This first power range can differ between the wind turbines. If only identical wind energy installations are set up in the wind park, it is also possible that these first power ranges do not differ.
  • This first power range is characterized in that it has an active power limit to be observed by the wind energy installation and that it has a reactive power limit that can be reached by the wind energy installation. With regard to the significance of these different limits, reference is also made to the statements made above on the embodiments of the method for feeding described above.
  • the grid connection point is characterized by a second specified power range that spans a range of values for the active and reactive power to be maintained, where the second power range has an active power limit to be maintained by the wind farm at the grid connection point and a reactive power limit that can be reached by the wind farm at the grid connection point.
  • a plant control which is each prepared to control the wind power plant in question as a function of the specifications of the park regulator.
  • such a system control can be prepared, for example, have corresponding receiving devices, or be connected to such, to receive the specified specifications of the park controller and then, depending on them, to control the relevant wind energy system.
  • At least one feed device is provided in each case, which is prepared to generate active and reactive power depending on the specifications of the park controller, and to transmit it to the grid connection point.
  • the system control is also prepared to control the respective wind energy system in such a way that it exceeds the active power limit of the first power range to be complied with and only exceeds the active power limit to be complied with in such a way that the wind farm complies with the second power range at the grid connection point.
  • This can be achieved in particular by the fact that the wind energy installation adheres to the specifications of the park controller.
  • the system control and the park regulator are prepared so that the wind energy system complies with the second power range at the network connection point. This can in particular be an interaction between the park specifications determined and transmitted by the park controller and the control of the respective wind energy installation carried out as a function thereof by means of the system control.
  • the wind farm is prepared to carry out at least one method in accordance with at least one of the embodiments described above.
  • the park controller and / or the respective system control of the wind energy system is prepared accordingly for this.
  • Such a preparation can ensure that corresponding process computers or control computers are provided on which the corresponding method or the corresponding part of the method is programmed.
  • transmission means and / or evaluation means and / or sensors that enable or at least support the execution of these methods.
  • FIG. 2 shows a wind farm in a schematic representation.
  • Fig. 3 shows schematically a first and second power range in one
  • FIG. 1 shows a wind energy installation 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind during operation and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • the wind energy installation 100 has a control unit 130 which is coupled to a communication unit 132 and has a communication interface 133 in order to communicate with a central park control unit.
  • a control unit 130 which is coupled to a communication unit 132 and has a communication interface 133 in order to communicate with a central park control unit.
  • an outside temperature sensor 134 is also provided, which can transmit its measured values to the control unit 130 for evaluation, or which is activated by the control unit 130 for measurement.
  • a transformer 136 is also provided, which is assigned to the wind energy installation 100 and can be referred to as a wind energy installation transformer.
  • FIG. 2 shows a wind park 112 with, by way of example, three wind energy installations 100, which can be the same or different.
  • the three wind turbines 100 are therefore representative of basically any number of wind turbines in a wind park 112.
  • the wind turbines 100 provide their output, namely in particular the generated electricity, via an electrical park network 114.
  • the currents or powers generated in each case by the individual wind energy installations 100 are added up.
  • a transformer 1 16 is provided on the high or extra high voltage grid, which steps up the voltage in the park, and then at the grid connection point 1 18 in the network of a Network operator 120 feed.
  • FIG. 1 is provided on the high or extra high voltage grid, which steps up the voltage in the park, and then at the grid connection point 1 18 in the network of a Network operator 120 feed.
  • FIG. 2 is only a simplified illustration of a wind farm 112, which, for example, shows no control, although a control is of course present.
  • the park network 114 can also be designed differently, for example, in that, for example, a transformer is also present at the output of each wind energy installation 100, to name just one other exemplary embodiment.
  • FIG. 2 also shows a central park control unit 140, which can also be referred to as a park controller or park controller.
  • a parking measuring unit 141 is also provided which can measure the current and voltage at the network connection point 118. The active and reactive power currently fed in at grid connection point 1 18 can be recorded from this.
  • the park control unit or the park regulator receive this information and can transmit setpoint values or other information to the individual wind energy plants 100 based thereon.
  • FIG. 2 is only used for better illustration, in which the transmission of setpoint values or other information is in the foreground.
  • the parking control unit 140 and the parking measuring unit 141 can also be arranged at the same location, namely in particular at the feed point, and preferably form a unit.
  • Figure 3 shows schematically two PQ diagrams, namely in the left representation a first power range 401 and in the right diagram a second power range 402.
  • the first power range 401 is increased by an active power limit 41 1 - is limited, which indicates the maximum active power in continuous operation and under design conditions. Usually this is the nominal power Pnenn. Above this, a possible raised area 416 is shown hatched. This can be used if necessary.
  • the first power range 401 can therefore be left. But this is only possible for a short time and / or under certain boundary conditions such as generally low temperatures. It is only possible as long as the sum of all active powers, but taking into account the effects of change and / or distortion caused by the transmission means of the wind farm, does not leave the maximum active power limit of the second power range 402 at the grid connection point.
  • This raised area 416 forms an expanded power range and is limited at the top by a circular section which is limited by a maximum current load of power semiconductors of an inverter that generates the current.
  • this limit shown approximately in dotted lines, forms a limit which is referred to here as the power semiconductor limit 460. Since this limit is given by the current level, it essentially forms a circle around the origin of the P-Q diagram. The phase angle of the current is basically irrelevant for this current limitation or the resulting current load.
  • This continuous current limit 462 is also shown at a distance from the circuit breaker limit 460 and thus at a distance from the increased area 416. If possible, it should not be reached or exceeded.
  • the increase region 416 can also, additionally or alternatively, be predetermined by a first predetermined maximum temperature for a first predetermined tolerance period, wherein the continuous current limit 462 can then be predetermined by a second predetermined maximum temperature for a second predetermined tolerance period. In this case, a temperature limit up to the first predetermined maximum temperature can be exceeded for longer than up to the second predetermined maximum temperature.
  • a mechanically determined limit 464 is drawn, which indicates a maximum effective power that is caused by an upper limit for mechanical loads, such as loads on the rotor blades, for example.
  • This mechanically determined limit 464 describes a predetermined mechanical maximum load and thus essentially only relates to active power and is therefore designed as a horizontal line parallel to the Q-axis.
  • the variant of the second power range 402 shown as an example in the right diagram in FIG. 3 has an active power lower limit 425 near the Q-axis, which essentially states that the feed-in of reactive power in a regulated form is only required from a certain minimum active power.
  • a lower limit is a special case, so that this limit does not have to exist in other embodiments. In this respect, this lower limit is irrelevant.
  • a solution has now been created which enables a wind energy installation to be operated, at least for a short time, with an effective power above nominal power.
  • the active power of the individual wind turbines can be increased beyond their nominal power until at least the lowest of the following possible limits is reached: a. An active power limit of the generator. b. An apparent power limit of the converter used in the wind energy installation, a DC cable, or another element in the wind energy installation that limits the apparent power. c. An apparent power limit of a transformer assigned to the wind energy installation. d. A mechanical load limit that is particularly a load limit for the rotor blades or towers. For this purpose, it was also recognized that the utilization of thermal inertia, for example in the case of a generator or transformer, can even allow the component concerned to be temporarily overloaded.
  • each individual wind turbine has so far been limited to its individual limits, especially to its individual nominal power PN as the upper limit, even if more active power could be fed in at the grid connection point according to the maximum active power of the wind farm (PN_WP) permitted by the network operator, because, for example, other winds Due to their wind conditions, energy plants do not use their maximum nominal power PN (PN_WEA) that can be generated.
  • PN_WP maximum active power of the wind farm
  • PN_WEA maximum nominal power PN
  • grid connection rules which are also generally referred to as grid codes, generally refer to the maximum permissible feed-in power at the grid connection point of the wind farm. It is usually the case that for each active power operating point of the wind farm, a reactive power setting range specified by the network operator must be made available to the wind farm at the same time. Depending on the type of construction and electrical permits to be applied, it may be permissible that individual wind turbines are operated under certain circumstances with an output above their nominal output, as long as the wind farm as a whole complies with the requirements of the grid connection rules at the grid connection point. If these relationships are taken into account, which is proposed according to the invention, depending on the situation, more yield can be achieved for the wind farm. Better utilization of the generally different wind conditions in a wind farm can also be achieved.
  • the capacity of the network at the network connection point and in the upstream network for transporting power to consumers is better utilized.
  • the equipment at the network connection point and beyond can achieve a higher number of hours with high utilization, which in turn is economically advantageous for network operation.
  • the additional yield that can be achieved for a wind energy installation can depend on the frequency of strong wind conditions at the relevant location.
  • the frequency with which the maximum reactive power is called up also plays a role, as does its temporal correlation with the wind conditions and the outside temperatures. If the working range of an individual wind turbine is limited to the nominal output, you can be sure that technical components will not be overloaded, but possibly the technically possible maximum will not be extracted from the hardware. In the meantime, a wind farm controller usually exists in every newly built wind farm. Retrofitting is usually technically possible even with old stocks. It makes it possible to ensure compliance with the grid code conditions, and in particular the maximum active power at the grid connection point, at all times, even if individual wind turbines are operated above their nominal power. It is therefore preferable to use it for this and to program it accordingly.
  • the wind power installation be expressly permitted to be operated outside of a nominal P-Q setting range.
  • the current wind speed at the wind energy installation in question allows more active power than nominal power to be fed in, that this is done as long as other limiting factors do not prohibit this.
  • Such limiting factors are: a. A limitation within the wind turbine, for example if a generator magnetization has a maximum value; a deflection of the rotor blades has a maximum value, a transformer temperature has reached a maximum value, or a temperature of DC cables has reached a maximum value, to name just a few examples. In the case of electrical components that are in the power flow from the generator to the electrical supply network, i.e. to the network connection point, the rated current or a permanent maximum current is preferably not decisive, but the temperature can also be decisive and it is suggested that the temperature the component concerned to be monitored dynamically. b. A limitation signal from the wind farm controller to prevent a permissible total active power of the wind farm from being exceeded at the grid connection point. c.
  • the wind farm controller is prompted to give the individual wind energy systems corresponding control commands that lead to the corresponding reactive power output from the wind energy systems. It would have to be taken into account here whether the wind energy installation in question is already carrying the maximum apparent current at this moment. In this case, it is proposed to shift the working point accordingly, namely especially along a curve that indicates a maximum apparent power (a Smax curve). In this case, it is suggested that reactive power be prioritized, because this is usually a mandatory specification of the network operator, while active power feed-in is acceptably dependent on the current wind speed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz an einem Netzanschlusspunkt (118) mittels eines Windparks (112) mit mehreren Windenergieanlagen (100), wobei die Windenergieanlagen (100) durch Übertragungsmittel mit dem Netzanschlusspunkt (118) verbunden sind, ein Parkregler vorgesehen ist zum Übertragen von Wirk- und Blindleistungsvorgaben an die Windenergieanlagen (100), an jeder der Windenergieanlagen (100) jeweils ein erster Leistungsbereich (401) vorgegeben wird, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und Blindleistung aufspannt, und der sich zwischen den Windenergieanlagen (100) unterscheiden kann, wobei der erste Leistungsbereich (401) eine von der Windenergieanlage (100) einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (411 ) und eine von der Windenergieanlage erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist, an dem Netzanschlusspunkt (118) ein zweiter Leistungsbereich (402) vorgegeben wird, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und Blindleistung aufspannt, wobei der zweite Leistungsbereich (402) eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt (118) einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (411) und eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt (118) erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist, wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen (100) jeweils unter Berücksichtigung der Vorgaben des Parkreglers Wirk- und Blindleistung erzeugen und an den Netzanschlusspunkt (118) übertragen, diese wenigstens eine, diese mehreren oder alle Windenergieanlagen jeweils ihre einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (411) des ersten Leistungsbereichs (401) überschreiten, wobei die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (411) jeweils so überschritten wird, dass von dem Windpark der zweite Leistungsbereich (402) am Netzanschlusspunkt (118) eingehalten wird.

Description

VERFAHREN ZUR OPTIMIERUNG DER WIRKLEISTUNGSEINSPEISUNG EINES WINDPARKS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels eines Windparks. Die Erfindung betrifft auch ei nen Windpark, der ein solches Verfahren ausführen kann.
Windenergieanlagen sind bekannt, sie erzeugen elektrische Leistung aus Wind und spei- sen diese in ein elektrisches Versorgungsnetz ein. Häufig sind mehrere Windenergieanla gen in einem Windpark zusammengefasst, die über einen gemeinsamen Netzanschluss punkt in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen. Ein solcher gemeinsamer Netzan schlusspunkt kann besonders einen sogenannten Netztransformator aufweisen, über den in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist wird, auch wenn das nicht unbedingt erfor- derlich sein muss. Der Netzanschlusspunkt kann auch als Einspeisepunkt bezeichnet wer den. Jedenfalls sind solche Netzanschlusspunkte auf eine Einspeiseleistung ausgelegt, die nicht überschritten werden darf. Ein Überschreiten würde häufig zu dem Auslösen einer Sicherheitseinrichtung führen, insbesondere würde die Einspeisung durch einen Netztrennschalter in einem solchen Falle unterbrochen werden. Die maximale Einspeise- leistung wird i.d.R. mit dem Netzbetreiber vertraglich vereinbart.
Um das Einhalten der ausgelegten Einspeiseleistung gewährleisten zu können, werden die Windenergieanlagen entsprechend auf diese Leistungsgrenze am Netzanschlusspunkt di mensioniert oder eingestellt, bzw. die Leistungsgrenze am Netzanschlusspunkt ist auf die Summenleistung der Windenergieanlagen des Parks, als er geplant wurde, abgestimmt. Im einfachsten und anschaulichsten Fall kann das bedeuten, dass die Windenergieanlagen im Windpark so ausgelegt sind, dass sie alle zusammen, wenn Nennwindgeschwindigkeit vorliegt, in Summe genau so viel Leistung erzeugen, wie an dem Netzanschlusspunkt ein gespeist werden kann und darf.
Die jeweilige Betriebseinstellung jeder Windenergieanlage berücksichtigt dabei häufig nicht nur die erzeugbare Wirkleistung, sondern auch, dass zusätzlich ein möglicherweise vom Netzbetreiber geforderter Blindleistungsaustausch auch gewährleistet werden kann. Jede Windenergieanlage ist also dazu ausgelegt, bei entsprechenden Windverhältnissen eine vorbestimmte Wirkleistung einzuspeisen bei der gleichzeitigen Fähigkeit, eine vorbe- stimmte Blindleistung einzuspeisen. Die Blindleistung kann dabei eingespeist oder aufge nommen werden, das entspricht dem Verhalten eines übererregten bzw. untererregten Synchrongenerators. Im Folgenden wird vereinfachend der Begriff Blindleistungseinspei sung genutzt, worin Einspeisung und Aufnahme inkludiert sind. Wird aber die potenziell verfügbare Blindleistung in einem Arbeitspunkt nicht abgerufen, so kann es selbst bei Nennwindgeschwindigkeit sein, dass eine Windenergieanlage ihre ein- speisbare Wirkleistung noch erhöhen könnte, was aber der Einhaltung der Wirkleistungs grenze des Netzanschlusspunktes entgegenstehen könnte. Die betreffende Windenergie anlage würde dann, zumindest so lange die potenziell verfügbare Blindleistung nicht abge- rufen wird, nicht optimal ausgenutzt sein.
Eine Abhilfe könnte dadurch geschaffen werden, dass die Leistungsgrenze des Netzan schlusspunktes erhöht wird. Eine solche Maßnahme kann aber sehr kostspielig sein und mitunter kann sie auch unmöglich sein, wenn nämlich die Leistungsgrenze des Netzan schlusspunktes durch die Eigenschaften des elektrischen Versorgungsnetzes im Bereich dieses Netzanschlusspunktes begrenzt ist.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender An meldung folgenden Stand der Technik recherchiert: US 2014/0248123 A1 ;
DE 10 2005 032 693 A1 ; US 2016/0308369 A1 und US 2011/0133461 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eins der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen wer den, bei der beim Einspeisen elektrischer Leistung ein Netzanschlusspunkt möglichst effi zient genutzt wird. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein solches Verfah- ren betrifft somit das Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz. Die Einspeisung wird an einem Netzanschlusspunkt mittels eines Windparks vorgenom men. Ein solcher Windpark weist mehrere Windenergieanlagen auf und somit speisen diese bestimmungsgemäß ihre Leistung an dem einen Netzanschlusspunkt in das elektri sche Versorgungsnetz ein. Zum Ausführen des Verfahrens sind die Windenergieanlagen durch Übertragungsmittel mit dem Netzanschlusspunkt verbunden. Solche Übertragungsmittel sind besonders Übertra gungsleitungen (Freileitungen oder unterirdische Kabel). Es kommen aber auch, beson ders ergänzend, Transformatoren in Betracht, über die besonders eine Spannungshöhe verändert werden kann.
Außerdem ist ein Parkregler vorgesehen zum Regeln von Wirk- und Blindleistungsvorga ben am Netzanschlusspunkt, der dazu und daraus abgeleitete Wirk- und Blindleistungs vorgaben an die Windenergieanlagen überträgt. Ein solcher Parkregler ist somit dazu vor gesehen, eine Regelung für den Windpark auszuführen. Besonders kann der Parkregler zum Regeln eines Leistungsmanagements verwendet werden. Der Parkregler verfügt dazu insbesondere über eine Messeinrichtung am Netzanschlusspunkt, Algorithmen zur Ana lyse und Berechnung, und über die Möglichkeit Wirk- und Blindleistungsvorgaben an eine, mehrere oder alle Windenergieanlagen im Windpark zu senden. Die Wirk- und Blindleis tungsvorgaben können zum Beispiel als konkrete Leistungswerte individuell an jede Wind- energieanlage übertragen werden, oder als prozentuale Werte, um ein weiteres Beispiels zu nennen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass an jeder der Windenergieanlagen jeweils ein erster Leis tungsbereich vorgegeben wird, der einen Wertebereich für einen einzuspeisende Wirk- und Blindleistung aufspannt, und der sich zwischen den Windenergieanlagen unterscheiden kann. Dieser erste Leistungsbereich ist besonders durch zwei Grenzen vorgegeben. Er weist nämlich eine von der Windenergieanlage einzuhaltende Wirkleistungsgrenze auf, und eine von der Windenergieanlage erreichbare Blindleistungsgrenze.
Die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze ist somit eine Grenze, die dem Betragen nach ma ximale Werte für die Wirkleistung angibt diese Werte sollen im Betrieb nicht überschritten werden. Die erreichbare Blindleistungsgrenze ist dabei eine Grenze, die die Windenergie anlage erreichen können muss. Die Windenergieanlage muss somit Blindleistung bis zur blindleistungsgrenze einspeisen können, wenn das abgerufen wird.
Hier wird besonders berücksichtigt, dass diese beiden Grenzen in Beziehung stehen kön nen. Besonders kann die erreichbare Blindleistung von einer eingestellten Wirkleistung ab- hängen. Sowohl die Wirkleistung als auch die Blindleistung bezeichnen hier grundsätzlich von der Windenergieanlage abzugebende Leistungen. Der Zusammenhang dieser Gren zen kann besonders in eine Wirkleistungs-/ Blindleistungsdiagramm dargestellt werden und darin bilden die Grenzen eine Fläche bzw. umschließen eine Fläche. Beispielsweise kann eine Blindleistungsgrenze einen mindestens zu erreichenden Blind leistungswert vorgeben, der aber nur innerhalb ebenfalls vorgegebener Wirkleistungsgren zen oder -bereiche erreicht werden können muss. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass dieser vorgegebene Blindleistungswert bei kleinen Wirkleistungen nicht erreicht wer- den können muss, sondern, dass beispielsweise die Blindleistung in kV Ar nicht größer zu werden braucht, als die Wirkleistung in kW.
Weiterhin ist das Verfahren so ausgestaltet, dass an dem Netzanschlusspunkt ein zweiter Leistungsbereich vorgegeben wird, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und Blindleistung aufspannt, wobei der zweite Leistungsbereich eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt einzuhaltende Wirkleistungsgrenze aufweist und eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist.
Dem Grunde nach wird somit am Netzanschlusspunkt in gleicher Art und Weise ein zweiter Leistungsbereich vorgegeben, wie er als erster Leistungsbereich an einer Windenergiean lage vorgeben wird. Den Werten und gegebenenfalls auch der Art bzw. der Form nach können sich allerdings der erste Leistungsbereich und der zweite Leistungsbereich unter scheiden. Besonders werden die Leistungswerte des zweiten Leistungsbereichs sowohl der einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze als auch der erreichbaren Blindleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt größer sein, besonders um ein Vielfaches größer sein, als die Werte an jeder Windenergieanlage. Idealerweise könnte sich, was hier nur zum Zwecke der Erläuterung genannt wird, jede Grenze des zweiten Leistungsbereichs aus der Summe aller entsprechenden Grenzen des ersten Leistungsbereichs der betreffenden Windener gieanlagen ergeben. Tatsächlich ist dies allerdings nur idealisierend anzunehmen und es spielen aber auch Einflüsse der Übertragungsmittel eine Rolle. Üblicherweise gibt der Netz betreiber vor, welchen konkreten Blindleistungswert ein Windpark am Netzanschlusspunkt in einer gewissen Situation erreichen muss. Dieser Punkt liegt innerhalb des zweiter Leis tungsbereiches, des Maximalbereiches, den der Windpark prinzipiell realisieren können muss.
Alle diese Windenergieanlagen des Windparks arbeiten dann so, dass sie jeweils unter Berücksichtigung von Vorgaben des Parkreglers Wirk- und Blindleistung erzeugen und an den Netzanschlusspunkt übertragen. Es kommt auch in Betracht, dass beispielsweise eine Windenergieanlage oder mehrere Windenergieanlagen temporär ausfallen und dann nur die verbleibenden Windenergieanlagen entsprechende Wirk- und Blindleistung jeweils er zeugen und an den Netzanschlusspunkt übertragen. Zumindest sollte das eine der Wind energieanlagen machen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die einzelnen Windenergieanlagen jeweils ihre einzuhal tende Wirkleistungsgrenze des ersten Leistungsbereichs überschreiten. Es kann für alle Windenergieanlagen, mehrere Windenergieanlagen oder zumindest eine der Windenergie anlagen, gelten. Es wird also vorgeschlagen, dass von mindestens einer oder mehreren Windenergieanlagen gezielt mehr Leistung erzeugt und an den Netzanschlusspunkt über tragen wird, als eigentlich aufgrund der einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze des betreffen den ersten Leistungsbereichs erlaubt oder vorgesehen ist. Das Ergebnis ist somit, dass von den Windenergieanlagen, zumindest von der einen Windenergieanlage, jeweils der erste Leistungsbereich nicht mehr eingehalten wird. Dazu wird aber gleichzeitig vorgeschlagen, dass die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze der jeweiligen Windenergieanlage jeweils so überschritten wird, dass von dem Windpark der zweite Arbeitsbereich am Netzanschlusspunkt eingehalten wird.
Es wird also ein gezieltes Überschreiten des ersten Leistungsbereichs durchgeführt, wobei aber der zweite Leistungsbereich strikt einzuhalten ist. Hier wurde besonders erkannt, dass es überhaupt auch möglich ist, den ersten Leistungsbereich zu überschreiten, ohne den zweiten Leistungsbereich zu verlassen. Besonders wurde hier erkannt, dass aufgrund des Einflusses der Übertragungsmittel eine Verzerrung der Leistungsbereiche entstehen kann, sodass ein Verlassen des ersten Leistungsbereichs nicht zu einem Verlassen des zweiten Leistungsbereichs führen muss. Die Windenergieanlagen, die jeweils den ersten Leistungsbereich verlassen, machen dies aber nur unter Berücksichtigung von Vorgaben des Parkreglers. Somit werden diese Wind energieanlagen dabei zumindest insoweit durch den Parkregler geführt. Besonders kann der Parkregler die Einhaltung des zweiten Leistungsbereichs am Netzanschlusspunkt überwachen und davon abhängig entsprechende Vorgaben, nämlich besonders für die ein- zuspeisende Wirk- und Blindleistung an die jeweiligen Windenergieanlagen übertragen.
Das kann besonders auch bedeuten, dass der Parkregler die jeweils am Netzanschluss punkt aktuell eingespeiste Wirk- als auch Blindleistung erfasst und außerdem einen Ab stand dieser Wirk-/Blindleistung zu den Grenzen des zweiten Leistungsbereichs ermittelt und abhängig davon entsprechende Vorgaben für Wirk- und Blindleistung an die jeweiligen Windenergieanlagen überträgt. Das kann besonders auch davon abhängig sein, was für Wirk- und Blindleistungsvorgaben zuvor an die entsprechenden Windenergieanlagen über mittelt wurden. Wird also beispielsweise erkannt, dass die aktuell am Netzanschlusspunkt eingespeiste Wirkleistung aufgrund der am Netzanschlusspunkt einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze noch um 10 % erhöht werden könnte, so kann das beispielsweise so umgesetzt werden, dass sämtliche Wirkleistungsvorgaben um 10 % erhöht werden. Jede Windenergieanlage prüft dann, ob sie ihre Wirkleistung noch um 10% oder weniger erhöhen kann und dabei ihren ersten Leistungsbereich kontrolliert überschreitet. Das ist aber nur ein anschauliches Beispiel und es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass eine Veränderung der Wirk- und Blindleistungsvorgaben an die einzelnen Windenergieanlagen individuell aus fällt. Außerdem wurde erkannt, dass ein Verlassen des zweiten Leistungsbereichs, insbeson dere ein Überschreiten der einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt zu vermeiden ist, und häufig sogar zu einer zwangsweisen Trennung des Windparks vom elektrischen Versorgungsnetz führen kann. Besonders können hier Sicherheitsvorkehrun gen zum Öffnen entsprechender Sicherheitsschütze führen. Bei den jeweiligen Windenergieanlagen des Windparks ist aber mit einer solchen Konse quenz nicht sofort zu rechnen. Dabei wurde auch erkannt, dass die Auslegung der Wind energieanlage, die eine solche Vorgabe besonders der einzuhaltenden Wirkleistungs grenze an der jeweiligen Windenergieanlage beinhaltet, grundsätzlich jeweils von Ausle gungsgrenzen ausgeht, die aber im konkreten Fall nicht vorliegen müssen. Beispielsweise kann eine Wirkleistungsgrenze ein Schutz gegen eine Überhitzung sein. Eine solche Überhitzung wird aber üblicherweise bei einem kurzen Überschreiten einer dafür zum Schutz vorgegebenen Wirkleistungsgrenze nicht erreicht. Je nachdem, wie stark die Wirkleistungsgrenze überschritten wird, kann beispielsweise bei besonders kalten Um gebungstemperaturen sogar ein dauerhaftes Überschreiten hinnehmbar sein. Ob also eine solche Wirkleistungsgrenze an einer Windenergieanlage immer streng einzuhalten ist, kann von vielen Faktoren abhängen, von denen unten auch noch weitere beschrieben wer den, und ist grundsätzlich einer individuellen Beurteilung zugänglich.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen jeweils so gesteuert werden, dass jeweils eine Blindleistungs- grenze des ersten Leistungsbereichs nicht erreicht werden kann, wohingegen der Wind park die Blindleistungsgrenze des zweiten Leistungsbereichs erreichen kann. Hier liegt besonders die Überlegung zugrunde, dass die Übertragungsmittel einen beson ders großen Einfluss auf die Übertragung der Blindleistung haben. Das kann beispiels weise bedeuten, dass ein Arbeitspunkt an der Windenergieanlage, der durch die Wirkleis tung und Blindleistung, die die Windenergieanlage abgibt, definiert wird, durch die Übertra- gung zum Netzanschlusspunkt zu einer Verzerrung derart führt, dass dieser Arbeitspunkt einer Windenergieanlage zu einem Arbeitspunkt am Netzanschlusspunkt führt, der einen größeren Blindleistungsanteil aufweist.
Weiterhin wurde erkannt, dass besonders das Abgeben eines sehr hohen Wirkleistungs anteils der Windenergieanlage, besonders, wenn dieser oberhalb der Wirkleistungsgrenze dieser Windenergieanlage liegt, nur noch das Abgeben eines vergleichsweise geringen Blindleistungsanteils ermöglicht. Das kann beispielsweise durch eine Strombegrenzung hervorgerufen sein, die den Scheinstrom begrenzt. Wird eine hohe Wirkleistung abgege ben und damit ein hoher Wirkstrom, so ist die Obergrenze für den Scheinstrom schon fast erreicht und es kann nur noch wenig Blindstrom zusätzlich abgegeben werden, bevor der Scheinstrom die genannte Stromgrenze erreicht.
Die Übertragung dieses Scheinstroms über die Übertragungsmittel zum Netzanschluss punkt hin kann aber beispielsweise durch ein induktives Verhalten der Übertragungsleitung zu einer Verschiebung der Phasenlage des Stromes führen, die zu einem höheren Blind stromanteil und damit Blindleistungsanteil führen kann. Diese Verschiebung kann dazu füh- ren, dass an der Windenergieanlage scheinbar nicht ausreichend Blindleistung abgegeben wird, oder werden kann, durch den Einfluss der Übertragungsinfrastruktur bezogen auf den Netzanschlusspunkt gleichwohl ausreichend Blindleistung bereitgestellt wird bzw. werden könnte.
Dabei liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass eine solche Blindleistungsvorgabe an der Windenergieanlage tatsächlich nur dazu dient, eine ausreichende Blindleistung am Netz anschlusspunkt zu gewährleisten. Häufig wird eine solche Blindleistungsabgabemöglich keit, die auch als Blindleistungsstellfähigkeit bezeichnet werden könnte, nur am Netzan schlusspunkt gefordert sein, nämlich zum Stützen der lokalen Spannung des elektrischen Versorgungsnetzes. Das Einhalten einer solchen Blindleistungsgrenze an der Windener- gieanlage kann dabei regelmäßig nur als indirekte Vorgabe zum Einhalten der erreichbaren Blindleistung am Netzanschlusspunkt festgesetzt worden sein.
Während der Parkregler, bzw. ein dafür vorgesehener Sensor, an dem Netzanschluss punkt das Einhalten der Wirkleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt unmittelbar durch Messen, bzw. Auswerten einer Messung überprüfen kann, wird für die einzuhaltende Blind leistung ein anderer Weg vorgeschlagen. Zum Einhalten der erreichbaren Blindleistung am Netzanschlusspunkt wird besonders vorgeschlagen, dass die Eigenschaften der Übertra gungsmittel rechnerisch oder in einer Simulation berücksichtigt werden. Die Eigenschaften können dazu ausgemessen oder aus den physikalischen Gegebenheiten abgeleitet wer den. Auch eine Ableitung aus den physikalischen Gegebenheiten, wie lang entsprechende Übertragungsleitungen sind und welche elektrischen Eigenschaften diese haben, kann mit tels einer Simulation durchgeführt werden. Außerdem oder alternativ kann der bei einer Strom- und Spannungsmessung erhaltene Phasenwinkel zur Bestimmung des Übertra- gungsverhaltens hinsichtlich der Blindleistung verwendet werden.
Es kommt auch in Betracht, dass von der abgegebenen Leistung der Windenergieanlagen und der sich am Netzanschlusspunkt einstellenden Blindleistung, die Veränderung dieser Blindleistungen durch das Übertragungsmittel abgeleitet wird. Um dies an einem einfachen Beispiel zu verdeutlichen, das von einem linearen Verhalten ausgeht, könnte beispiels- weise eine von der Windenergieanlage abgegebene Blindleistung von 10 % zu einer Blind leistung am Netzanschlusspunkt von 20 % führen. Wenn am Netzanschlusspunkt eine Blindleistung in Höhe von 40 % erreicht werden muss, würde diese bedeuten, dass die Windenergieanlage eine Blindleistung von 20 % erreichen müsste.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen jeweils so gesteuert werden, dass sie jeweils eine Abgabe leistung mit einem Wirk- und einem Blindleistungsanteil zum Übertragen an den Netzan schlusspunkt abgeben. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Abgabeleistung die einzuhal tende Wirkleistungsgrenze des ersten Leistungsbereichs überschreitet. Die Wirkleistung ist also größer, als gemäß der ersten einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze an der Wind- energieanlage gemäß den stationären Auslegungskriterien zulässig wäre.
Ergänzend oder alternativ wird vorgeschlagen, dass die Abgabeleistung einen Scheinleis tungswert aufweist, der so groß ist, dass ohne Reduzierung des Wirkleistungsanteils die Blindleistungsgrenze des ersten Leistungsbereichs nicht erreicht werden kann. Auch hier wird somit an der Windenergieanlage ein zu großer Wirkleistungsanteil erzeugt und abge- geben. Dass der Wirkleistungsanteil zu groß ist kann bedeuten, dass er zwar unter der einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze liegt, aber zu einem so großen Scheinleistungswert führt, dass die Blindleistungsgrenze des ersten Leistungsbereichs, also an der Windener gieanlage, nicht erreicht werden kann. Die Blindleistungsgrenze könnte nur erreicht wer den, wenn der Wirkleistungsanteil verringert wird. Es kommt aber auch die Möglichkeit in Betracht, dass die abgegebene Wirkleistung außer dem noch so hoch ist, dass sie die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze an der Windener gieanlage überschreitet.
Für beide dieser Varianten oder zumindest eine davon wird aber vorgeschlagen, dass das Übertragungsmittel ganz oder teilweise zu einer solchen Veränderung der Abgabeleistung führt, dass der zweite Leistungsbereich, also der Leistungsbereich an dem Netzanschluss punkt, eingehalten wird. Es wird also bewusst die Wirkleistungserzeugung und Abgabe an der Windenergieanlage quasi ausgereizt und sogar überreizt, aber derart, dass die resul tierenden Werte am Netzanschlusspunkt eingehalten werden. Hierzu kann bei der Erzeugung der Wirk- und Blindleistung, bzw. deren Abgabe an der Windenergieanlage, eine bekannte Eigenschaft des Übertragungsmittels, insbesondere eine Topologie des Windparknetzes, zumindest eines Teils davon, berücksichtigt werden. Es kommt aber auch in Betracht, dass der Parkregler aktuelle Informationen über die Situ ation am Netzanschlusspunkt an die Windenergieanlagen zurückmeldet und diese abhän- gig davon das beschriebenen Überreizen der Leistungserzeugung und Abgabe steuern.
Hier wurde besonders erkannt, dass ein solches Überreizen, also Erhöhen der Wirkleistung möglich ist und dadurch der Ertrag gesteigert werden kann. Besonders hat sich eine bis herige strenge Einhaltung des ersten Leistungsbereichs, also des Leistungsbereichs an der Windenergieanlage, als teilweise zu zurückhaltend erwiesen. Besonders wurde hier auch erkannt, dass eine isolierte Betrachtung von Wirkleistung ei nerseits und Blindleistung andererseits nicht optimal ist und daher wird vorgeschlagen, dass die Abgabeleistung mit Wirk- und Blindleistungsanteil betrachtet wird, nämlich beson ders hinsichtlich des einzuhaltenden ersten als auch zweiten Leistungsbereichs.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Übertragungsmittel den ab- gegebenen Wirkleistungsanteil der zum Übertragen abgegebenen Abgabeleistung durch thermischen Verbrauch so verringert, dass die Wirkleistungsgrenze des zweiten Leistungs bereichs eingehalten wird. Besonders können hier beispielsweise ohmsche Verluste bzw. das ohmsche Verhalten des Übertragungsmittels bekannt sein und bei der Erzeugung und Abgabe des Wirkleistungsanteils der einzelnen Windenergieanlage beim Betrieb außer- halb des ersten Leistungsbereichs mitberücksichtigt werden. Hier wurde besonders erkannt, dass möglicherweise Wirkleistung verschenkt werden würde, also weniger Leistung aus dem Wind entnommen und in elektrische Wirkleistung umgesetzt wird, als möglich wäre, wenn solche Verluste nicht berücksichtigt werden. In einem solchen Fall könnte zum vermeintlichen Schutz des Netzanschlusspunktes ein Wirkleistungsbereich an der Windenergieanlage eingehalten werden, obwohl letztlich we niger Wirkleistung am Netzanschlusspunkt ankommt und damit der Wirkleistungsbereich, der am Netzanschlusspunkt möglich wäre, nicht ausgeschöpft wird. Dabei wurde erkannt, dass ein solches Ausschöpfen des möglichen Wirkleistungsbereichs am Netzanschluss punkt ein Überschreiten einer Grenze an der Windenergieanlage bedeuten kann. Wenn aber ein solches Überschreiten einer Grenze für die Wirkleistung in Maßen zulässig ist, kann das eine sinnvolle Option sein.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass das Übertragungsmittel zu einer sol chen Veränderung des Blindleistungsteils der abgegebenen Abgabeleistung führt, dass die Blindleistungsgrenze des zweiten Leistungsbereichs erreicht wird, dass also insbesondere der Blindleistungswert, die typischerweise vom Netzbetreiber vorgegeben werden und in nerhalb der Blindleistungsgrenze des zweiten Leistungsbereichs liegen, erreicht werden. Auch hier wurde erkannt, dass in manchen Situationen die Erreichbarkeit der Blindleis tungsgrenze an der Windenergieanlage nicht gegeben sein muss, weil das Übertragungs mittel besonders eine Phasenverschiebung des übertragenen Stroms bewirkt, dass die Blindleistungsgrenze des zweiten Bereichs, also am Netzanschlusspunkt, dennoch erreicht werden kann. Auch hier kann dadurch das Einspeisen einer höheren Wirkleistung erreicht werden, denn insoweit hängen Wirk- und Blindleistung zusammen und, wenn das Redu zieren der Blindleistung möglich ist, kann dies dazu führen, dass das Erhöhen der Wirkleis tung dadurch ermöglicht wird. Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Summe aller Abgabeleistungen der Windenergieanlagen vor einem Übertragen mittels des Übertragungsmittels den zwei ten Leistungsbereich nicht einhält, wohingegen die Summe aller zum Netzanschlusspunkt übertragener Abgabeleistungen am Netzanschlusspunkt den zweiten Leistungsbereich einhält. Hier liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist, besonders die Wirkleis- tungsgrenze am Netzanschlusspunkt einzuhalten, obwohl alle Windenergieanlagen zu sammen mehr Wirkleistung erzeugen und zum Netzanschlusspunkt übertragen, als am Netzanschlusspunkt zulässig wäre. Gleiches kann aber auch für die Blindleistung gelten, nämlich insoweit als es möglich ist, dass alle Windenergieanlagen zusammen nicht in der Lage wären, mit der Summe ihrer erreichbaren Blindleistungen die Blindleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt zu erreichen und dennoch, nach Übertragung über das Übertra gungsmittel des Windparks, die Blindleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt erreicht wer den kann.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine, mehrere oder alle Windener- gieanlagen ihre einzuhaltende Wirkleistungsgrenze des ersten Leistungsbereichs, also an der jeweiligen Windenergieanlage, jeweils in Abhängigkeit mehrerer Prüfbedingungen überschreiten. Die jeweils einzuhaltende Wirkleistungsgrenze kann also nicht ohne Weite res überschritten werden, sondern es bedarf einer speziellen Prüfung, ob das akzeptabel ist. Als wenigstens eine Prüfbedingung wird dabei ein Einhalten einer Parkvorgabe des Park reglers vorgeschlagen. Der Parkregler kann somit eine Vorgabe machen, wie beispiels weise eine Wirkleistungsobergrenze auf die einzelnen Windenergieanlagen aufzuteilen ist. Die Windenergieanlage überschreitet dann die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze aber nur, soweit diese Prüfbedingung, nämlich hier das Einhalten der Parkvorgabe des Park- reglers, gewährleistet ist.
Zusätzlich oder alternativ wird als wenigstens eine Prüfbedingung ein Einhalten einer An lagenbedingung der jeweiligen Windenergieanlage geprüft. Eine solche Anlagenbedingung wird unten noch näher erläutert, sie kann beispielsweise das Einhalten einer Maximaltem peratur an einem Bauteil der Windenergieanlage betreffen. Vorzugsweise wird wenigstens eine Parkvorgabe und wenigstens eine Anlagenbedingung geprüft, es werden also beide Bedingungsarten geprüft.
Vorzugsweise werden dabei wenigstens zwei Anlagenbedingungen geprüft. Beispiels weise wird also geprüft, ob an der Windenergieanlage ein Temperaturbereich eingehalten wird und, ob an der Windenergieanlage eine mechanische Belastungsgrenze eingehalten wird. Hier wurde besonders erkannt, dass die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze des ers ten Leistungsbereichs, also an der Windenergieanlage, nicht leichtfertig überschritten wer den soll und dass dafür ganz unterschiedliche einzelne Belastungsgrenzen zu berücksich tigen sind, die auch voneinander unabhängig sein können, sodass die Betrachtung einer einzelnen Bedingung nicht ausreichend oder nicht adäquat genug ist. Besonders wurde erkannt, dass, um bei dem obigen Beispiel zu bleiben, eine mechanische Grenze einge halten werden kann, ohne dass eine thermische eingehalten wird, und umgekehrt. Daher werden vorzugsweise wenigstens zwei Anlagenbedingungen geprüft. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Anlagenbedingung eine der nachfolgend beschriebenen Bedingungen ist. Wenn mehrere Anlagenbedingungen geprüft werden, können das entsprechend mehrere der nachfolgend beschriebenen Bedingungen sein. Eine mögliche Anlagenbedingung ist das Einhalten eines erweiterten Leistungsbereichs an der jeweiligen Windenergieanlage, der zumindest abschnittsweise größer als der erste Leistungsbereich derselben Windenergieanlage ist. Es wird also um den ersten Leistungs bereich ein weiterer herumgelegt, der somit erreichen kann, dass beim Überschreiten des ersten Leistungsbereichs dieser zumindest nicht beliebig weit überschritten wird. Damit kann eine erste Sicherheitsgrenze geschaffen werden.
Eine weitere oder andere Anlagenbedingung kann das Einhalten einer vorbestimmten Ma ximaltemperatur in der jeweiligen Windenergieanlage sein. Hierzu können besonders für die Leistungserzeugung oder -einspeisung kritische Komponenten betrachtet werden. Das kann beispielsweise eine Temperatur an einem Leistungshalbleiterschalter sein, der zum Frequenzwechselrichten verwendet wird. Es kommt auch eine Temperatur an einer Wick lung des Generators in Betracht.
Hier wurde besonders erkannt, dass manche Leistungsbegrenzungen, die dem Anlagen schutz dienen, tatsächlich darauf abzielen, eine Überhitzung zu verhindern. Insoweit sind solche Leistungsbegrenzungen zum Schutz vor Überhitzung auch sinnvoll und sollten nicht leichtfertig ignoriert werden. Dennoch können aber im Lichte der betreffenden Temperatur oder bei Berücksichtigung mehrerer Temperaturen, eine Leistungsüberschreitung zulässig sein.
Hier spielt zum einen der Gedanke eine Rolle, dass eine erhöhte Leistung, insbesondere einhergehend mit einem erhöhten Strom, nicht sofort zu einer Überhitzung führt, weil die meisten Systeme hinsichtlich ihres thermischen Verhaltens deutlich träger sind als hinsicht lich des elektrischen Verhaltens. Außerdem hängt ein Temperaturverhalten auch von Um gebungstemperaturen ab. Sind die Umgebungstemperaturen also beispielsweise ver gleichsweise niedrig, nämlich niedriger als eine Auslegungstemperatur, kann eine stärkere oder längere Leistungsüberhöhung akzeptabel sein bevor eine Überhitzung auftritt. Eine weitere oder alternative Bedingung ist das Einhalten eines vorbestimmten Maxi malstroms in der jeweiligen Windenergieanlage. Ein solcher Maximalstrom kann ein Strom im Generator sein, besonders ein Statorstrom. Aus einem solchen Strom kann eine kon krete Belastung für entsprechende Elemente, wie in diesem Beispiel der Generator, ent stehen.
Es kommt aber beispielsweise auch ein Abgabestrom in Betracht, den die Windenergiean- läge abgibt. Auch ein solcher kann zu unmittelbaren Belastungen führen und daher wird vorgeschlagen, das Einhalten eines vorbestimmten Maximalstroms als Anlagenbedingung zu prüfen.
Als eine weitere oder alternative Bedingung wird das Einhalten einer vorbestimmten me chanischen Maximalbelastung der jeweiligen Windenergieanlage vorgeschlagen. Über- haupt liegt hier der Gedanke zugrunde, dass eine zu hohe Wirkleistungsabgabe auch be deuten kann, dass eine entsprechend hohe Leistung aus dem Wind entnommen wird. Das führt zu einer entsprechenden mechanischen Belastung der betroffenen Komponenten. Hierbei sind besonders die Rotorblätter und die Rotornabe zu nennen. Bei getriebelosen Anlagen kommt auch ein Achszapfen in Betracht, der die Rotornabe nebst Rotorblättern trägt, und der auch den Generator, zumindest den Läufer des Generators. Auch die Über gänge der genannten Elemente und auch andere Befestigungen, besonders des Genera tors an der übrigen Gondel, können bei einer hohen Wirkleistungsabgabe auch mecha nisch stark belastet sein.
Hier wurde besonders auch erkannt, dass ein Überschreiten einer mechanischen Grenze weniger tolerabel ist, als das Überschreiten einer Leistungsgrenze, die lediglich nach einer Zeitverzögerung zu einem Temperaturanstieg führen könnte. Besonders wurde erkannt, dass das Überschreiten der einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze zumindest zeitweise zu gut tolerierbaren Temperaturwerten führen kann, besonders bei Umgebungstemperaturen, die unter den Auslegungstemperaturen liegen, während es gleichzeitig zu nicht tolerierba- ren mechanischen Belastungen führen kann.
Es kommt hinzu, dass eine starke mechanische Belastung, besonders, wenn sie zu einem Bruch führt, bereits bei einem einmaligen Auftreten nicht tolerierbar sein kann, wohingegen thermische Belastungen eher zu einer Verringerung der Lebensdauer der Windenergiean lage führt. Besonders dann, wenn die Verringerung der Lebensdauer aber zu einer Ge- samtlebensdauer führt, die immer noch länger ist, als die genehmigte Betriebsdauer, kann das akzeptabel sein. Insbesondere wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass die Wirkleistungsgrenze des ersten Leistungsbereichs in Abhängigkeit einer prognostizierten Lebensdauer der Windenergie anlage vorgegeben und/oder überwacht wird.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Überschreiten des ersten Leistungsbereichs bei Einhalten des erweiterten Leistungsbereichs nur zulässig ist, wenn wenigstens ein Kri terium der zuvor erläuterten Anlagenbedingungen, die insoweit eine Bedingungsliste bil den, eingehalten wird. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass es nur zulässig ist, solange wenigstens zwei Kriterien der Bedingungsliste eingehalten werden und weiter vorzugs weise solange alle Kriterien der Bedingungsliste eingehalten werden. Besonders wird hier ein vereinfachtes Prüfkriterium zugrunde gelegt, bei dem zunächst das Überschreiten des ersten Leistungsbereichs durch den weiteren Leistungsbereich be grenzt ist. Damit ist in einem ersten Schritt für das Überschreiten eine Sicherheitsgrenze gezogen. Dann wird zusätzlich geprüft, ob wenigstens eine der weiteren Bedingungen ein gehalten ist und wenn die wenigstens eine Bedingung, die mehreren Bedingungen oder alle übrigen Bedingungen eingehalten sind, kann der erste Leistungsbereich überschritten werden. Dadurch kann gegebenenfalls zusätzliche Wirkleistung eingespeist werden, wäh rend gleichzeitig verbindliche Bedingungen berücksichtigt werden, die somit eine Anlagen gefährdung vermeiden. Natürlich ist außerdem immer auch das Kriterium einzuhalten, dass der zweite Leistungsbereich am Netzanschlusspunkt eingehalten wird. Das kann beispiels- weise durch Einhaltung von Sollwerten oder Grenzwerten erreicht werden, die der Park regler an die betreffende Windenergieanlage überträgt.
Vorzugsweise wird daher vorgeschlagen, dass das Überschreiten des ersten Leistungsbe reichs bei Einhalten des erweiterten Leistungsbereichs, wenn auch der zweite Leistungs bereich am Netzanschlusspunkt eingehalten wird, immer zulässig ist, wenn wenigstens eines der Kriterien der genannten Bedingungsliste eingehalten wird, jedenfalls wenn meh rere oder alle Kriterien der Bedingungsliste eingehalten werden. Damit wird eine positive und abschließende Prüfung ermöglicht. Besonders wurde erkannt, dass die genannten Be dingungen der Bedingungsliste, jedenfalls wenn alle eingehalten werden, ausreichen kön nen, um eine solche Ausnahmesituation zum Überschreiten des ersten Leistungsbereichs zu definieren.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass der erweiterte Leistungsbereich für eine vorbestimmte Ausnahmezeitdauer überschritten werden darf, wenn die vorbestimmte mechanische Maximalbelastung eingehalten wird und insbesondere die übrigen Kriterien der Bedingungsliste eingehalten werden, oder zumindest eines davon. Hierdurch kann ge gebenenfalls noch mehr Leistung eingespeist werden, wenn selbst der erweiterte Leis tungsbereich noch überschritten wird. Durch das Einhalten der Bedingungen, und beson ders durch das Einhalten der vorbestimmten mechanischen Maximalbelastung, kann eine Anlagengefährdung ausgeschlossen werden.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass die vorbestimmte Maximaltemperatur in Abhängigkeit einer vorbestimmten Toleranzzeitdauer vorbestimmt wird. Dem liegt be sonders der Gedanke zugrunde, dass eine zu hohe Temperatur oftmals erst bei einer Dau erbelastung oder zumindest längeren Belastung zu nicht tolerierbaren Schäden führen kann und daher wird diese vorbestimmte zeitliche Begrenzung der vorbestimmten Maxi maltemperatur mittels der vorbestimmten Toleranzzeitdauer vorgeschlagen.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, das noch weiter zu verbessern, nämlich wenigstens eine erste vorbestimmte Maximaltemperatur für eine erste vorbestimmte Toleranzdauer vorzugeben und wenigstens eine zweite vorbestimmte Maximaltemperatur für eine zweite vorbestimmte Toleranzzeitdauer vorzugeben, wobei die erste vorbestimmte Maximaltem peratur kleiner ist als die zweite vorbestimmte Maximaltemperatur und die erste vorbe stimmte Toleranzzeitdauer größer ist als die zweite vorbestimmte Toleranzzeitdauer. Da mit können unterschiedliche Maximaltemperaturen, also Temperaturgrenzwerte für unter schiedlich lange Zeitdauern vorgegeben werden. Dabei wird für die erste, kleinere Maximaltemperatur entsprechend eine erste längere To leranzdauer vorbestimmt und die zweite vorbestimmte Maximaltemperatur kann höher ge wählt werden, aber nur für eine kürzere Zeit, nämlich nur für die kürzere zweite vorbe stimmte Toleranzdauer.
Hier liegt besonders der Gedanke zugrunde, dass situationsabhängig, nämlich besonders abhängig der Gesamtsituation des Windparks und/oder am Netzanschlusspunkt, manch mal eine kleinere Leistungserhöhung für eine längere Zeit zweckmäßiger sein kann, wo hingegen in anderen Situationen nicht viel Zeit zur Verfügung steht und in dieser möglichst viel Leistung eingespeist werden soll. Ist beispielsweise das Überschreiten der Leistung an der Windenergieanlage durch einen vergleichsweise kleinen Spielraum wegen der Einhal- tung des zweiten Leistungsbereichs am Netzanschlusspunkt stark beschränkt, so wäre dann eine entsprechend kleine Leistungserhöhung sinnvoller, die dann vorzugsweise mög lichst lang durchgeführt wird. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass der vorbestimmte Maximalstrom für eine vorbestimmte zweite Ausnahmezeitdauer überschritten werden darf, wenn die vorbe stimmte mechanische Maximalbelastung eingehalten wird und insbesondere die übrigen Kriterien der Bedingungsliste eingehalten werden. Dabei wurde erkannt, dass auch für den Maximalstrom eine zeitliche Begrenzung sinnvoll sein kann. Zum einen kann ein hoher Strom, mitunter erst bei längerer Zeit, einen nicht mehr tolerierbaren Schaden, bzw. eine nicht mehr tolerierbare Beeinträchtigung, mit sich bringen, zum anderen kann ein hoher Strom aber auch zu einer thermischen Belastung führen, nämlich an einem Element, des sen Temperatur nicht gemessen wird, sodass eine Überprüfung der Temperatur nicht durchgeführt werden kann und stattdessen der Strom überwacht wird.
Außerdem wurde erkannt, dass zusätzlich eine mechanische Belastung eingehalten wer den sollte und dabei wurde besonders erkannt, dass ein hoher Strom zu einer mechani schen Belastung führen kann. Das gilt besonders bei einem hohen Statorstrom, der zu einem hohen Generatormoment führen kann. Es kann aber auch für andere Ströme gelten, die beispielsweise indirekt zu einem hohen Generatorstrom und zu einem Generatormo ment führen können.
Außerdem oder alternativ wird ganz generell vorgeschlagen, dass das Einhalten der vor bestimmten mechanischen Maximalbelastung immer gewährleistet sein muss. Hier liegt besonders die Erkenntnis zugrunde, dass eine zeitliche Betrachtung, wie sie für die ther- mischen Belastungen vorgeschlagen wird und oben erläutert wurde, für eine mechanische Belastung weniger gilt. Außerdem wurde erkannt, dass dafür aber die mechanische Belas tung erst bei starken Leistungsüberschreitungen erreicht wird, sodass die Beachtung der mechanischen Maximalbelastung eine vergleichsweise große Überschreitung besonders der einzuhaltenden Wirkleistungsgrenze zulässt, dafür aber für noch weitere Überschrei- tung, bzw. mechanische Überbelastung vergleichsweise intolerant ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Parkvorgabe wenigstens ei nen an jede Windenergieanlage ausgegebenen Parkvorgabewert umfasst. Der Parkvorga bewert kann ein von jeder Windenergieanlage einzuhaltender Wirkleistungsmaximalwert sein, oder er kann ein von jeder Windenergieanlage zu erreichender Blindleistungswert sein. Es können auch mehrere Parkvorgabewerte vorgesehen sein, von denen wenigstens einer der einzuhaltende Wirkleistungsmaximalwert ist, bzw. diesen als Wert aufweist, und wenigstens ein anderer, der von jeder Windenergieanlage zu erreichende Blindleistungs mindestwert ist, bzw. diesen Wert aufweist. Zum Einhalten des zweiten Leistungsbereichs wird somit vorgeschlagen, dass der Parkregler dazu entsprechende Parkvorgabewerte er zeugt und an die Windenergieanlagen übergibt, zumindest einen Parkvorgabewert.
Vorzugsweise wird dazu vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Parkvorgabewert vom Parkregler in Abhängigkeit des zweiten Leistungsbereichs und einer aktuellen, am Netz- anschlusspunkt eingespeisten Leistung bestimmt wird. Der Parkregler prüft also, inwieweit aktuell der zweite Leistungsbereich eingehalten ist und kann dann entsprechend die Park vorgabewerte anpassen. Erkennt der Parkregler beispielsweise, dass am Netzanschluss punkt aktuell eine Wirkleistung eingespeist wird, die 20 % unter einer Wirkleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt liegt, so kann entsprechend der Parkvorgabewert, wenn er sich auf den einzuhaltenden Wirkleistungsmaximalwert bezieht, erhöht werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass für einen solchen variablen Wirkleistungsmaximalwert, den der Park regler regelmäßig neu bestimmt, eine Obergrenze vorgesehen ist.
Vorzugsweise wird der wenigstens eine Parkvorgabewert als relativer Wert ausgegeben. Besonders kommt hier ein prozentualer Wert in Betracht, der sich auf die Nennleistung der Windenergieanlage bezieht. Dadurch können auf einfache Art und Weise unterschiedliche Windenergieanlagengrößen berücksichtigt werden. Besonders kann hier vorgesehen sein, dass der jeweils für die einzelne Windenergieanlage einzuhaltende Wirkleistungsmaximal wert auf Werte von über 100 % gesetzt wird, wenn die am Netzanschlusspunkt einge speiste Wirkleistung unter einer Wirkleistungsgrenze am Netzanschlusspunkt liegt. Als Obergrenze kann beispielsweise pauschal ein Wert von 120 % vorgesehen sein, bei dem angenommen wird, dass jede Windenergieanlage ein so starkes Überschreiten ihrer ein zuhaltenden Wirkleistungsgrenze nicht oder nur maximal erreichen kann. Es kommt auch in Betracht, einen solchen Wert durch Simulationen oder eine entsprechende Anlagenana lyse zu bestimmen. Gemäß einer Ausführungsform kann aber vorgeschlagen werden, dass die Parkvorgabe werte, zumindest einer davon, für jede Windenergieanlage individuell bestimmt werden. Das ermöglicht, konkrete Leistungs- oder Blindleistungswerte vorzugeben, aber auch bei individueller Berücksichtigung kommt in Betracht, relative, insbesondere prozentuale Werte vom Parkregler zu bestimmen und auszugeben. Durch die Verwendung solcher in- dividuellen Werte kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass für unterschiedliche Windenergieanlagen unterschiedliche Maximalwerte sinnvoll wären.
Erfindungsgemäß wird auch ein Windpark vorgeschlagen. Ein solcher Windpark weist mehrere Windenergieanlagen auf und der Windpark speist an einem Netzanschlusspunkt in ein elektrisches Versorgungnetz ein. Dieser Netzanschlusspunkt kann als Grenze und Teil des Windparks betrachtet werden.
Der Windpark weist Übertragungsmittel zum Verbinden der Windenergieanlage mit dem Netzanschlusspunkt auf und insbesondere sind die Windenergieanlagen über die Übertra- gungsmittel mit dem Netzanschlusspunkt verbunden. Besonders sind solche Übertra gungsmittel als Übertragungsleitungen ausgebildet. Es können aber auch weitere Ele mente wie Transformatoren oder Schaltmittel vorhanden sein.
Außerdem ist ein Parkregler vorgesehen, der dazu vorbereitet ist, Wirk- und Blindleistungs vorgaben an die Windenergieanlagen zu übertragen. Diese Wirk- und Blindleistungsvorga- ben können als Vorgaben des Parkreglers bezeichnet werden. Damit kann der Parkregler vorgeben, wie viel Wirkleistung die Windenergieanlagen erzeugen und übertragen dürfen und/oder wie viel Blindleistung die Windenergieanlagen erzeugen - und übertragen können müssen.
Jede der Windenergieanlagen ist jeweils durch einen vorgegebenen ersten Leistungsbe- reich gekennzeichnet, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und Blindleistun gen aufspannt, nämlich für diese betreffende jeweilige Windenergieanlage. Dieser erste Leistungsbereich kann sich zwischen den Windenergieanlagen unterscheiden. Sind in dem Windpark nur gleiche Windenergieanlagen aufgestellt, so kommt auch in Betracht, dass sich diese ersten Leistungsbereiche nicht unterscheiden. Dieser erste Leistungsbereich ist jeweils dadurch gekennzeichnet, dass er eine von der Windenergieanlage einzuhaltende Wirkleistungsgrenze aufweist und dass er eine von der Windenergieanlage erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist. Zur Bedeutung dieser un terschiedlichen Grenzen wird auch auf entsprechend vorstehend gemachte Ausführungen zu vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Einspeisen verwie- sen.
Der Netzanschlusspunkt ist durch einen zweiten vorgebebenen Leistungsbereich gekenn zeichnet, der einen Wertebereich für einzuhaltende Wirk- und Blindleistung aufspannt, wo bei der zweite Leistungsbereich eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt ein zuhaltende Wirkleistungsgrenze und eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist. Für Erläuterung wird auch hier zu vorstehenden Ausführungsformen des Verfahrens zum Einspeisen verwiesen. Wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen weisen eine Anlagensteue rung auf, die jeweils dazu vorbereitet ist, die betreffende Windenergieanlage abhängig der Vorgaben des Parkreglers zu steuern. Besonders kann eine solche Anlagensteuerung dazu vorbereitet sein, beispielsweise entsprechende Empfangseinrichtungen aufweisen, oder mit solchen verbunden sein, die genannten Vorgaben des Parkreglers zu empfangen und dann davon abhängig, die betreffende Windenergieanlage zu steuern.
Außerdem ist jeweils wenigstens eine Einspeisevorrichtung vorgesehen, die dazu vorbe reitet ist, abhängig der Vorgaben des Parkreglers Wirk- und Blindleistung zu erzeugen, und an den Netzanschlusspunkt zu übertragen. Die Anlagensteuerung ist weiterhin dazu vorbereitet, die jeweilige Windenergieanlage so zu steuern, dass sie jeweils ihre einzuhaltende Wirkleistungsgrenze des ersten Leistungs bereichs überschreitet und die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze dabei aber jeweils nur so überschreitet, dass von dem Windpark der zweite Leistungsbereich am Netzanschluss punkt eingehalten wird. Das kann besonders dadurch erreicht werden, dass die Windener- gieanlage sich dafür an die Vorgaben des Parkreglers hält. Hier wird besonders vorge schlagen, dass die Anlagensteuerung und der Parkregler dazu vorbereitet sind, dass von der Windenergieanlage der zweite Leistungsbereich am Netzanschlusspunkt eingehalten wird. Das kann besonders ein Zusammenspiel sein zwischen den vom Parkregler bestimm ten und übertragenen Parkvorgaben und der davon abhängig durchgeführten Steuerung der jeweiligen Windenergieanlage mittels der Anlagensteuerung.
Besonders wird vorgeschlagen, dass der Windpark dazu vorbereitet ist, wenigstens ein Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Insbesondere ist der Parkregler und/oder die jeweilige Anlagensteuerung der Windenergieanlage dazu entsprechend vorbereitet. Eine solche Vorbereitung kann be- Inhalten, dass entsprechende Prozessrechner oder Steuerungsrechner vorgesehen sind, auf denen das entsprechende Verfahren, bzw. der entsprechende Teil des Verfahrens pro grammiert ist. Außerdem sind entsprechende Übertragungsmittel und/oder Auswertemittel und/oder Sensoren vorhanden, die das Ausführen dieser Verfahren ermöglichen oder zu mindest unterstützen. Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen unter Bezug nahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Fig.1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Darstellung.
Fig.2 zeigt einen Windpark in einer schematischen Darstellung.
Fig. 3 zeigt schematisch einen ersten und zweiten Leistungsbereich in einem
P-Q Diagramm. Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 ange ordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Außerdem weist die Windenergieanlage 100 eine Steuereinheit 130 auf, die mit einer Kom- munikationseinheit 132 gekoppelt ist und eine Kommunikationsschnittstelle 133 aufweist, um mit einer zentralen Parksteuereinheit zu kommunizieren. Zum Erfassen einer Außen temperatur ist zudem ein Außentemperatursensor 134 vorgesehen, der seine Messwerte zur Auswertung an die Steuereinheit 130 übertragen kann, bzw. der zum Messen von der Steuereinheit 130 angesteuert wird. Weiterhin ist auch noch ein Transformator 136 vorge- sehen, der der Windenergieanlage 100 zugeordnet ist und als Windenergieanlagentrans formator bezeichnet werden kann.
Figur 2 zeigt einen Windpark 1 12 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsen tativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 1 12. Die Windenergieanlagen 100 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches Parknetz 1 14 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 100 aufaddiert. Bei Windparks mit einem Netzanschlusspunkt, der auch synonym als Netzanschlusspunkt, oder PCC be zeichnet werden kann, am Hoch- oder Höchstspannungsnetz ist ein Transformator 1 16 vorgesehen, der die Spannung im Park hochtransformiert, um dann an dem Netzan schlusspunkt 1 18 in das Netz eines Netzbetreibers 120 einzuspeisen. Fig. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 1 12, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist. Auch kann beispielsweise das Parknetz 114 anders gestaltet sein, in dem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nen- nen. Die Figur 2 zeigt zudem eine zentrale Parksteuereinheit 140, die auch als Park-Regler oder Parksteuerung bezeichnet werden kann. Es ist auch eine Parkmesseinheit 141 vorgese hen, die Strom und Spannung am Netzanschlusspunkt 1 18 messen kann. Daraus können die aktuell eingespeiste Wirk- und Blindleistung am Netzanschlusspunkt 1 18 erfasst wer- den. Die Parksteuereinheit bzw. der Park-Regler erhalten diese Information und können darauf basierend Sollwerte oder andere Informationen an die einzelnen Windenergieanla gen 100 übertragen. Die in der Figur 2 gezeigte räumliche Trennung dient nur der besseren Darstellung, bei der die Übertragung von Sollwerten oder anderen Informationen im Vor dergrund stehen. Die Parksteuereinheit 140 und die Parkmesseinheit 141 können auch an demselben Ort, nämlich besonders am Einspeisepunkt, angeordnet sein und vorzugsweise eine Einheit bilden. Figur 3 zeigt schematisch zwei P-Q-Diagramme, nämlich in der linken Darstellung einen ersten Leistungsbereich 401 und im rechten Diagramm einen zweiten Leistungsbereich 402. Besonders soll in dem linken Diagramm deutlich gemacht werden, dass der erste Leistungsbereich 401 durch eine Wirkleistungsgrenze 41 1 nach oben be- grenzt ist, die also die im Dauerbetrieb und unter Auslegungsbedingungen maximale Wirkleistung angibt. Üblicherweise ist dies die Nennleistung Pnenn. Darüber ist ein möglicher Erhöhungsbereich 416 schraffiert eingezeichnet. Dieser kann ggf. ausgenutzt werden. In diesem Erhöhungsbereich 416 kann also der erste Leistungsbereich 401 verlassen wer den. Das geht aber nur kurzzeitig und/oder unter bestimmten Randbedingungen wie z.B. grundsätzlich niedrigen Temperaturen. Es geht auch nur, solange die Summe aller Wirkleistungen, aber unter Berücksichtigung von Veränderungs- und/oder Verzerrungsef fekten durch Übertragungsmittel des Windparks, die maximale Wirkleistungsgrenze des zweiten Leistungsbereich 402 am Netzanschlusspunkt nicht verlässt.
Dieser Erhöhungsbereich 416 bildet einen erweiterten Leistungsbereich und ist nach oben etwa durch einen Kreisabschnitt begrenzt, der durch eine maximale Strombelastung von Leistungshalbleitern eines den Strom erzeugenden Wechselrichters begrenzt ist. Entspre chend bildet diese etwa gepunktet dargestellte Grenze eine Grenze, die hier als Leistungs halbleitergrenze 460 bezeichnet wird. Da diese Grenze durch die Stromhöhe vorgegeben ist, bildet sie im Wesentlichen einen Kreis um den Ursprung des P-Q-Diagramms. Für diese Strombegrenzung bzw. resultierende Strombelastung ist der Phasenwinkel des Stroms im Grunde unerheblich.
Gleiches gilt für die ebenfalls eingezeichnete Dauerstromgrenze 462, die besonders durch einen Transformator vorgegeben sein kann. Diese Dauerstromgrenze 462 ist noch mit ei nem Abstand zur Leistungsschaltergrenze 460 und damit in einem Abstand zum Erhö- hungsbereich 416 gezeigt. Sie sollte möglichst nicht erreicht oder überschritten werden. Der Erhöhungsbereich 416 kann auch, zusätzlich oder alternativ, durch eine erste vorbe stimmte Maximaltemperatur für eine erste vorbestimmte Toleranzzeitdauer vorgegeben sein, wobei die Dauerstromgrenze 462 dann durch eine zweite vorbestimmte Maximaltem peratur für eine zweite vorbestimmte Toleranzzeitdauer vorgegeben sein kann. In diesem Fall kann eine Temperaturgrenze bis zur ersten vorbestimmten Maximaltemperatur länger als bis zur zweiten vorbestimmte Maximaltemperatur überschritten werden. Außerdem ist noch eine mechanisch bedingte Grenze 464 eingezeichnet, die eine maximale Wirkleistung angibt, die durch eine Obergrenze für mechanische Belastungen, wie beispielsweise Be lastungen der Rotorblätter, bedingt ist. Diese mechanisch bedingte Grenze 464 beschreibt eine vorbestimmte mechanische Maximalbelastung und betrifft somit im Wesentlichen nur Wirkleistung und ist daher als waagerechte Linie parallel zur Q-Achse ausgebildet.
Zusätzlich zu all den zu beachtenden Grenzen gemäß dem linken Diagramm muss aber gewährleistet sein, dass der zweite Leistungsbereich 402 nicht verlassen wird. Die in Figur 3 im rechten Diagramm beispielhaft gezeigte Variante des zweiten Leistungsbereichs 402 weist nahe der Q-Achse eine Wirkleistungsuntergrenze 425 auf, die im Wesentlichen aus sagt, dass erst ab einer gewissen Mindestwirkleistung überhaupt auch das Einspeisen ei ner Blindleistung in geregelter Form gefordert wird. Eine solche Untergrenze ist aber ein Sonderfall, so dass diese Grenze in anderen Ausführungsformen nicht existieren muss. Insoweit kommt es auf diese Untergrenze nicht an. Besonders wurde nun eine Lösung geschaffen, die einen Betrieb einer Windenergieanlage, zumindest kurzzeitig, mit einer Wirkleistung über Nennleistung ermöglicht.
Damit kann als Ziel eine möglichst gute Ausnutzung eines P-Q-Stellvermögens einer Wind energieanlage, bei gleichzeitiger Erfüllung von Netzanschlussregeln durch den Windpark als Ganzes erreicht werden. Besonders kann dadurch auch ein Ertrag der Windenergiean- läge gesteigert werden, ohne die Erfüllung von Netzanschlussregeln (Grid Codes) zu ge fährden.
Dabei wurde auch ein Problem gelöst, bei dem bisher das P-Q-Diagramm der Windener gieanlage bei der Nennleistung im Grunde horizontal abgeschnitten ist. Ein Betrieb ober halb der Nennleistung war damit nicht zulässig. Es wurde aber erkannt, dass eine solche strenge Begrenzung nicht unbedingt notwendig ist. Weder ist diese Grenze bei der Nenn leistung für die Erfüllung von Vorschriften am Netzanschlusspunkt (PCC) in jedem Fall zwingend notwendig, noch ist der Betrieb mit einer momentanen Wirkleistung oberhalb der Nennleistung technisch generell unmöglich, wie nun erkannt wurde. Es wurde nämlich erkannt, dass dann, wenn eine Windenergieanlage mindestens Nenn wind erhält und umsetzen kann, und zu einem Zeitpunkt ihre Blindleistung gerade nicht ausbringen muss, sie in einem Betriebspunkt betrieben werden kann, in dem ihre Wirkleis tung P ihre Nennwirkleistung (Pnenn) überschreiten kann. Dazu wird vorgeschlagen, dass ein Windpark-Regler, also eine zentrale Parksteuereinheit, gleichzeitig am Netzanschluss punkt dafür sorgt, dass der Windpark in Summe eine geforderte Blindleistung einspeist, und gleichzeitig die maximal zulässige Wirkleistung am Netzanschlusspunkt des Wind parks nicht überschritten wird.
Dazu wurde auch erkannt, dass die Wirkleistung der einzelnen Windenergieanlagen über ihre Nennleistung hinaus gesteigert werden kann, bis mindestens zum Erreichen der nied rigsten der folgenden möglichen Grenzen: a. Eine Wirkleistungsgrenze des Generators. b. Eine Scheinleistungsgrenze der in der Windenergieanlage verwendeten Umrich ter, eines DC-Kabels, oder eines anderen die Scheinleistung begrenzenden Ele- mentes in der Windenergieanlage. c. Eine Scheinleistungsgrenze eines der Windenergieanlage zugeordneten Trans formators. d. Eine mechanische Belastungsgrenze, die besonders eine Belastungsgrenze der Rotorblätter oder Türme bildet. Dazu wurde auch erkannt, dass das Ausnutzen einer thermischen Trägheit z.B. beim Ge nerator oder Transformator sogar eine temporäre Überlastung der betreffenden Kompo nente gestatten kann. Dabei wurde auch erkannt, dass das Auftreten von Nennwind und gleichzeitiges Abrufen einer hohen oder sogar maximalen Blindleistung in der Regel nicht dauerhaft zusammen stattfinden. Um einen solchen erhöhten Betrieb, besonders das Verlassen des ersten Leistungsbe reichs ohne Gefährdung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, alle kritischen Komponenten thermisch bzw. mechanisch zu überwachen und ggf. den Wirkleistungs-Arbeitspunkt auf eine Normalkennlinie zurückzufahren. Es wurde auch erkannt, dass in einem Windpark nur sehr selten alle Windenergieanlagen gleichzeitig Nennwind erfahren und jeweils Nennwirkleistung (Pnenn) liefern, die auch ver einfachend und synonym als Nennleistung bezeichnet werden kann. Ebenfalls selten wird vom Windpark am Netzanschlusspunkt die maximale Blindleistung abgefordert. Dennoch beschränkt sich bisher jede einzelne Windenergieanlage auf ihre individuellen Grenzen, besonders auf ihre individuelle Nennleistung PN als Obergrenze, selbst wenn am Netzan schlusspunkt gemäß der vom Netzbetreiber maximal zugelassenen Wirkleistung des Wind parks (PN_WP) noch mehr Wirkleistung einzuspeisen möglich wäre, weil z.B. andere Wind energieanlagen aufgrund ihrer Windverhältnisse gerade ihre maximal erzeugbare Nenn- leistung PN (PN_WEA) nicht ausnutzen.
Dabei wurde berücksichtig, dass sich Netzanschlussregeln, die allgemein auch als Grid Codes bezeichnet werden, in der Regel auf die maximal zulässige Einspeiseleistung am Netzanschlusspunkt des Windparks beziehen. Dabei ist es meist so, dass für jeden Wirkleistungs-Arbeitspunkt des Windparks gleichzeitig ein vom Netzbetreiber vorgegebe- ner Blindleistungs-Stellbereich diesem zur Verfügung gestellt werden muss. Je nach Art der anzuwendenden Bau- und elektrischen Genehmigungen kann es zulässig sein, dass einzelne Windenergieanlagen unter gewissen Umständen mit einer Leistung oberhalb ihrer Nennleistung betrieben werden, solange der Windpark insgesamt die Anforderungen der Netzanschlussregeln am Netzanschlusspunkt einhält. Werden diese Zusammenhänge berücksichtigt, was erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, kann je nach Situation mehr Ertrag für den Windpark erreicht werden. Es ist dabei auch eine bessere Ausnutzung der in der Regel unterschiedlichen Windverhältnisse in ei nem Windpark erreichbar.
Darüber hinaus wird die Kapazität des Netzes am Netzanschlusspunkt und im vorgelager- ten Netz zum Leistungs-Abtransport zu Verbrauchern besser ausgenutzt. Konkret können die Betriebsmittel am Netzanschlusspunkt und jenseits davon eine höhere Anzahl von Stunden mit hoher Auslastung erreichen, was wiederum für den Netzbetrieb wirtschaftlich vorteilhaft ist.
Welcher Mehrertrag damit für eine Windenergieanlage erreicht werden kann, kann von der Häufigkeit starker Windverhältnisse am betreffenden Standort abhängen. Auch die Häufig keit des Abrufens der maximalen Blindleistung spielt eine Rolle, sowie deren zeitliche Kor relation mit den Windverhältnissen und den Außentemperaturen. Wenn der Arbeitsbereich einer einzelnen Windenergieanlage auf Nennleistung begrenzt wird, hat man zwar Sicherheit, dass technische Komponenten nicht überlastet werden, aber gegebenenfalls wird dafür auch nicht das technisch mögliche Maximum aus der Hard ware herausgeholt. Ein Windpark-Regler existiert inzwischen in der Regel in jedem neu errichteten Windpark. Auch bei Altbeständen ist eine Nachrüstung technisch i.d.R. möglich. Er gestattet es, die Einhaltung der Grid Code-Bedingungen, und insbesondere die maximale Wirkleistung am Netzanschlusspunkt jederzeit sicherzustellen, selbst wenn einzelne Windenergieanlagen oberhalb ihrer Nennleistung betrieben werden. Daher wird vorzugsweise vorgeschlagen, ihn dafür zu verwenden und entsprechend zu programmieren.
Es wird also vorgeschlagen, dass der Windenergieanlage ausdrücklich gestattet wird, auch außerhalb eines nominellen P-Q-Stellbereichs betrieben zu werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass dann, wenn die aktuelle Windgeschwindigkeit an der betreffenden Windenergieanlage es gestattet, mehr Wirkleistung als Nennleistung einzuspeisen, dass das dann getan wird, solange nicht andere begrenzende Faktoren dies verbieten.
Als solche begrenzenden Faktoren sind zu nennen: a. Eine Begrenzung innerhalb der Windenergieanlage, wenn z.B. eine Generator- Magnetisierung einen Maximalwert hat; eine Durchbiegung der Rotorblätter ei nen Maximalwert aufweist, eine Transformator-Temperatur einen Maximalwert erreicht hat, oder eine Temperatur von DC-Kabeln einen Maximalwert erreicht hat, um nur einige Beispiele zu nennen. Bei elektrischen Bauteilen, die sich im Leistungsfluss vom Generator zum elektrischen Versorgungsnetz, also zum Netzanschlusspunkt, befinden, ist dabei vorzugsweise nicht der Nennstrom, oder ein dauerhafter Maximalstrom maßgeblich, sondern es kann auch die Tempera- tur maßgeblich sein und dazu wird vorgeschlagen, die Temperatur des betreffen den Bauteils dynamisch zu überwachen. b. Ein Begrenzungssignal vom Windpark-Regler, um zu verhindern, dass am Netz anschlusspunkt eine zulässige Gesamt-Wirkleistung des Windparks überschrit ten wird. c. Eine zu berücksichtigende Blindleistung, die von einem Netzbetreiber angefor dert wird. Wobei der Windpark-Regler dazu veranlasst wird, den einzelnen Wind energieanlagen entsprechende Stellbefehle zu geben, die zur entsprechenden Blindleistungsabgabe der Windenergieanlagen führen. Hierbei wäre zu berück- sichtigen, ob die betreffende Windenergieanlage in diesem Moment schon den maximalen Scheinstrom führt. Für diesen Fall wird vorgeschlagen, den Arbeits punkt entsprechend zu verschieben, nämlich besonders entlang einer Kurve, die eine maximale Scheinleistung angibt (eine Smax-Kurve). In diesem Fall wird vor geschlagen, dass die Blindleistung priorisiert wird, weil diese i.d.R. eine zwin- gende Vorgabe des Netzbetreibers ist, während Wirkleistungseinspeisung ak zeptierterweise von der aktuellen Windgeschwindigkeit abhängt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz an einem Netzanschlusspunkt (1 18) mittels eines Windparks (1 12) mit mehreren Windenergieanlagen (100), wobei
- die Windenergieanlagen (100) durch Übertragungsmittel mit dem Netzan schlusspunkt (1 18) verbunden sind,
ein Parkregler vorgesehen ist zum Übertragen von Wirk- und Blindleistungs vorgaben an die Windenergieanlagen (100),
an jeder der Windenergieanlagen (100) jeweils ein erster Leistungsbereich (401 ) vorgegeben wird, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und
Blindleistung aufspannt, und der sich zwischen den Windenergieanlagen (100) unterscheiden kann, wobei der erste Leistungsbereich (401 ) eine von der Windenergieanlage (100) einzuhaltende Wirkleistungs grenze (41 1 ) und
- eine von der Windenergieanlage erreichbare Blindleistungsgrenze auf weist,
an dem Netzanschlusspunkt (1 18) ein zweiter Leistungsbereich (402) vorge geben wird, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und Blindleis tung aufspannt, wobei der zweite Leistungsbereich (402)
- eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt (1 18) einzuhal tende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) und
eine von dem Windpark an dem Netzanschlusspunkt (1 18) erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist,
wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen (100) jeweils un- ter Berücksichtigung der Vorgaben des Parkreglers Wirk- und Blindleistung erzeugen und an den Netzanschlusspunkt (1 18) übertragen,
diese wenigstens eine, diese mehreren oder alle Windenergieanlagen jeweils ihre einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) des ersten Leistungsbereichs (401 ) überschreiten, wobei
- die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) jeweils so überschritten wird, dass von dem Windpark der zweite Leistungsbereich (402) am Netzan schlusspunkt (1 18) eingehalten wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen (100) jeweils so ge steuert werden, dass jeweils eine Blindleistungsgrenze des ersten Leistungsbe- reichs (401 ) nicht erreicht werden kann, wohingegen der Windpark die Blindleis tungsgrenze des zweiten Leistungsbereichs (402) erreichen kann, insbesondere nämlich einen seitens eines Netzbetreibers (120) zu einem Zeitpunkt geforderten Blindleistungswert bis zur Blindleistungsgrenze erreichen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen (100) jeweils so ge steuert werden, dass sie jeweils eine Abgabeleistung mit einem Wirk- und einem Blindleistungsanteil zum Übertragen an den Netzanschlusspunkt (1 18) abgeben, wobei
die Abgabeleistung die einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) des ersten Leistungsbereichs (401 ) überschreitet, und/oder
die Abgabeleistung einen Scheinleistungswert aufweist, der so groß ist, dass ohne Reduzierung des Wirkleistungsanteils die Blindleistungsgrenze des ers ten Leistungsbereichs (401 ) nicht erreicht werden kann, wobei das Übertragungsmittel ganz oder teilweise zu einer solchen Veränderung der Abgabeleistung führt, dass der zweite Leistungsbereich (402) eingehalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Übertragungsmittel einen bzw. den abgegebenen Wirkleistungsanteil ei ner bzw. der zum Übertragen abgegebenen Abgabeleistung durch thermi schen Verbrauch so verringert, dass die Wirkleistungsgrenze (41 1 ) des zwei ten Leistungsbereichs (402) eingehalten wird, und/oder
das Übertragungsmittel zu einer solchen Veränderung eines bzw. des Blind- leistungsanteils einer bzw. der abgegebenen Abgabeleistung führt, dass die
Blindleistungsgrenze des zweiten Leistungsbereichs (402) erreicht wird. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Summe aller Abgabeleistungen der Windenergieanlagen (1 00) vor einem Übertragen mittels des Übertragungsmittels den zweiten Leistungsbereich (402) nicht einhält, wohingegen
die Summe aller zum Netzanschlusspunkt (1 18) übertragener Abgabeleistun gen am Netzanschlusspunkt (1 18) den zweiten Leistungsbereich (402) ein hält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
diese wenigstens eine, diese mehreren oder alle Windenergieanlagen (100) ihre ein zuhaltende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) des ersten Leistungsbereichs (401 ) jeweils in Abhängigkeit mehrerer Prüfbedingungen überschreiten, wobei
als wenigstens eine Prüfbedingung ein Einhalten einer Parkvorgabe des Park reglers geprüft wird und/oder
als wenigstens eine Prüfbedingung ein Einhalten einer Anlagenbedingung der jeweiligen Windenergieanlage geprüft wird, wobei vorzugsweise wenigstens eine Parkvorgabe und wenigstens eine Anlagenbedingung ge prüft werden und insbesondere
wenigstens eine Parkvorgabe und wenigstens zwei Anlagenbedingungen ge prüft werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine bzw. die Anlagenbedingung eine Bedingung ist, ausgewählt aus der Be dingungsliste aufweisend:
Einhalten eines erweiterten Leistungsbereichs an der jeweiligen Windenergie anlage, der zumindest abschnittsweise größer als der erste Leistungsbereich derselben Windenergieanlage (100) ist,
Einhalten einer vorbestimmten Maximaltemperatur in der jeweiligen Wind energieanlage,
Einhalten eines vorbestimmten Maximalstroms in der jeweiligen Windenergie anlage (100), und
Einhalten einer vorbestimmten mechanischen Maximalbelastung der jeweili gen Windenergieanlage (100). 8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Windenergieanlage (100) so gesteuert wird, dass
das Überschreiten des ersten Leistungsbereichs (401 ) bei Einhalten des er- weiterten Leistungsbereichs nur zulässig ist, wenn wenigstens ein Kriterium der Bedingungsliste eingehalten wird, insbesondere solange wenigstens zwei Kriterien, vorzugsweise alle Kriterien der Bedingungsliste eingehalten wer den,
der erweiterte Leistungsbereich für eine vorbestimmte Ausnahmezeitdauer überschritten werden darf, wenn die vorbestimmte mechanische Maximalbe lastung eingehalten wird und insbesondere die übrigen Kriterien der Bedin gungsliste eingehalten werden,
die vorbestimmte Maximaltemperatur in Abhängigkeit einer vorbestimmten Toleranzzeitdauer vorbestimmt wird, wobei insbesondere
- wenigstens eine erste vorbestimmte Maximaltemperatur für eine erste vorbe stimmte Toleranzzeitdauer vorgegeben wird und
wenigstens eine zweite vorbestimmte Maximaltemperatur für eine zweite vor bestimmte Toleranzzeitdauer vorgegeben wird, wobei
die erste vorbestimmte Maximaltemperatur kleiner ist als die zweite vorbe- stimmte Maximaltemperatur und die erste vorbestimmte Toleranzzeitdauer größer ist als die zweite vorbestimmte Toleranzzeitdauer,
der vorbestimmte Maximalstrom für eine vorbestimmte zweite Ausnahmezeit dauer überschritten werden darf, wenn die vorbestimmte mechanische Maxi malbelastung eingehalten wird und insbesondere die übrigen Kriterien der Be- dingungsliste eingehalten werden, und/oder
das Einhalten der vorbestimmten mechanischen Maximalbelastung immer ge währleistet sein muss.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine bzw. die Parkvorgabe wenigstens einen an jede Windenergieanlage
(100) ausgegebenen Parkvorgabewert umfasst, ausgewählt aus der Liste auf weisend:
einen von jeder Windenergieanlage (100) einzuhaltenden Wirkleistungsmaxi malwert, und
- einen von jeder Windenergieanlage (100) zu erreichenden Blindleistungsmin destwert, wobei der wenigstens eine Parkvorgabewert vom Parkregler in Abhängigkeit des zweiten Leistungsbereichs (402) und einer aktuellen, am Netzanschlusspunkt (1 18) eingespeisten Leistung bestimmt wird, und wobei der wenigstens eine Parkvorgabewert vorzugsweise als relativer Wert, besonders als prozentualer Wert einer Nennleistung (Pnenn) der Windenergieanlage ausgegeben wird, und/oder für jede Windenergieanlage individuell bestimmt wird.
10. Windpark mit mehreren Windenergieanlagen zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz an einem Netzanschlusspunkt (1 18), umfas send
- Übertragungsmittel zum Verbinden der Windenergieanlagen mit dem Netzan schlusspunkt (1 18),
einen Parkregler zum Übertragen von Wirk- und Blindleistungsvorgaben an die Windenergieanlagen, wobei
jede der Windenergieanlagen jeweils durch einen vorgegebenen ersten Leis- tungsbereich (401 ) gekennzeichnet ist, der einen Wertebereich für einzuspei sende Wirk- und Blindleistung aufspannt, und der sich zwischen den Wind energieanlagen unterscheiden kann, wobei der erste Leistungsbereich (401 ) eine von der Windenergieanlage (100) einzuhaltende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) und
- eine von der Windenergieanlage (100) erreichbare Blindleistungsgrenze auf weist,
der Netzanschlusspunkt (1 18) durch einen zweiten vorgegebenen Leistungs bereich gekennzeichnet ist, der einen Wertebereich für einzuspeisende Wirk- und Blindleistung aufspannt, wobei der zweite Leistungsbereich (402) - eine von dem Windpark (1 12) an dem Netzanschlusspunkt (1 18) einzuhal tende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) und
eine von dem Windpark (1 12) an dem Netzanschlusspunkt (1 18) erreichbare Blindleistungsgrenze aufweist,
wenigstens eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen (100) - jeweils eine Anlagensteuerung aufweisen, die dazu vorbereitet ist, die betref fende Windenergieanlage (100) abhängig der Vorgaben des Parkreglers zu steuern, und
jeweils eine Einspeisevorrichtung aufweisen, die dazu vorbereitet ist, abhän gig der Vorgaben des Parkreglers Wirk- und Blindleistung zu erzeugen und an den Netzanschlusspunkt (1 18) zu übertragen, wobei die Anlagensteuerung dazu vorbereitet ist, die jeweilige Windenergieanlage so zu steuern, dass sie jeweils ihre einzuhal tende Wirkleistungsgrenze (41 1 ) des ersten Leistungsbereichs (401 ) über schreiten, und wobei
die Anlagensteuerung und/oder der Parkregler dazu vorbereitet sind die je- weilige Windenergieanlage (100) so zu steuern, dass die einzuhaltende
Wirkleistungsgrenze (41 1 ) jeweils nur so überschritten wird, dass von dem Windpark der zweite Leistungsbereich (402) am Netzanschlusspunkt (1 18) eingehalten wird.
1 1 . Windpark nach Anspruch 1 0,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Windpark (1 12) dazu vorbereitet ist, wenigstens ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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