EP4029101A1 - Erzeugereinheit, sowie ein verfahren zum betrieb einer erzeugereinheit in einem kraftwerk - Google Patents

Erzeugereinheit, sowie ein verfahren zum betrieb einer erzeugereinheit in einem kraftwerk

Info

Publication number
EP4029101A1
EP4029101A1 EP20797383.5A EP20797383A EP4029101A1 EP 4029101 A1 EP4029101 A1 EP 4029101A1 EP 20797383 A EP20797383 A EP 20797383A EP 4029101 A1 EP4029101 A1 EP 4029101A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
power
unit
voltage transformer
winding high
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20797383.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Ehrhardt
Lothar Pistor
Wieland Uecker
Ronald VÖLZKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4029101A1 publication Critical patent/EP4029101A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1885—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using rotating AC generators, e.g. synchronous generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/388—Arrangements for the handling of islanding, e.g. for disconnection or for avoiding the disconnection of power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/46—Controlling the sharing of generated power between the generators, sources or networks
    • H02J3/48—Controlling the sharing of active power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/46—Controlling the sharing of generated power between the generators, sources or networks
    • H02J3/50—Controlling the sharing of reactive power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Definitions

  • Generator unit and a method for operating a generator unit in a power plant
  • the invention relates to a generator unit (exciter unit) and a method for operating a generator unit in a power plant with a nominal active power of 500MW and higher.
  • power plants provide so-called network services, which are defined in the individual networks by grid codes or network connection conditions or, as in Germany, by VDE regulations.
  • the grid services include the provision of short-circuit power, inertia and voltage stabilization.
  • Power plants provide reactive power to stabilize the voltage in the grid.
  • the short-circuit power is largely determined by the sub-transient reactance (X ) of the generator and the impedances of the generator transformers.
  • Inertia is determined by the rotating masses of generators and turbines. At low reactance values, the demands on the generator circuit breaker are very high.
  • the generator In the case of generator units, the generator is located on a common shaft with a drive turbine. Together they form a rotating mass.
  • Generators that are used in power plants are high-speed synchronous generators (turbo generators). Synchronous generators have the advantage that, depending on the control, they can deliver active power as well as inductive or capacitive reactive power to the supply network or take it from it. Depending on the level of their magnetic excitation, synchronous generators deliver pure active power or also supply reactive power into the supply network, which is required to compensate for inductive and capacitive loads.
  • the reactive power capability of the generator unit is defined by the power factor at the generator connections or by the power factor at the high-voltage interface to the power grid.
  • phase shift generators are built and operated as a separate unit, usually at a location separate from the power plant. These separate, additional phase shift generators provide reactive power and help stabilize the voltage. These units provide short-circuit power in the same way as power plants.
  • the mass inertia made available is essentially limited to the mass inertia of the generator rotor.
  • the object of the invention is to specify a generator unit and a method for operating a generator unit for a power plant, by means of which the efficiency of the active power generation is improved and the network services are made more flexible with regard to reactive power generation, provision of short-circuit power and inertia. At the same time, the costs for the generator unit can be reduced.
  • the object of the invention aimed at a generator unit is achieved by the features of claim 1.
  • the generator unit according to the invention is part of a power plant connected to the power grid, and comprises a first generator, the rotor of which is connected to a drive turbine via a shaft, a second Generator, and a three-winding high-voltage transformer.
  • the first generator is an active power generator and the second generator is a pure reactive power generator, and the first and second generators are generated via a separate generator via the three-winding
  • High voltage transformer connected to the power grid.
  • the invention is based on the consideration that the generator unit does not consist of a single generator, but rather of two generators.
  • the first generator is an active power generator which essentially provides active power and whose rotor is connected to a drive turbine via a shaft.
  • the second generator is a pure reactive power generator that is not connected to a drive turbine and only provides reactive power. Both generators are each connected to the three-winding high-voltage transformer via a separate generator lead.
  • the invention recognizes that the generator unit with separate generators can be significantly increased both in terms of the efficiency of the active power and in the flexibility of the provision of reactive power.
  • the efficiency is increased in that the first generator, which essentially provides active power, can be operated at largely rated power and does not have to provide reactive power. Flexibility is increased by allowing the power plant operator to provide reactive power independently of the provision of active power. can ensure. Consequently, even when the first active power generator is at a standstill and thus the entire process for generating active power, the second reactive power generator can provide network services. Both generators can be operated independently of one another.
  • the operation of the generating system requires a special design of the three-winding high-voltage transformer wound in such a way that the different impedances, load flows and voltage differences of the first generator and the second generator can be transformed into the power grid.
  • the three-winding high-voltage transformer is to be seen in terms of un ferent impedances, transformation ratios of the voltages, etc. in order to see the generator unit with two generators as one unit on the power grid.
  • the first generator is preferably connected to the three-winding via a first generator
  • High-voltage transformer and the second generator is connected to the three-winding high-voltage transformer via a second generator output line.
  • first generator derivation are the first generator, a first start-up Richter and a first generating machine switched.
  • the second generator, a second starting converter and a second generating machine are connected to the second generator output.
  • Start-up converters and generating machines form the main auxiliary systems of the generators. Because the auxiliary systems and the generators are separate, the first generator and the second generator can be operated independently of one another. In large power plants (> 500MW), two separate generator leads are also cheaper in total in terms of their investment costs than a single generator lead, since they are easier to dimension and manufacture and they do not have to be forcibly cooled.
  • the power of the second generator is preferably less than the power of the first generator. This is possible because more active power than reactive power has to be made available in the power grid.
  • the power of the second generator results from the reactive power requirements of the grid code or comparable that are determined by load flow calculations.
  • a generator circuit breaker is integrated in the first generator outlet of the first generator and in the second generator outlet of the second generator, through which the generators can be separated from the network independently of one another. Since the generator discharge experiences a lower current load when the generators are separated in active and reactive power operation, the costs for two generator discharges are lower than the costs for one generator discharge when used with a generator. The same applies to the generator circuit breaker, whose requirements with regard to short-circuit breaking capacity and rated operating currents are considerably lower.
  • the object of the invention directed to a method for operating a generator unit is achieved by a generator A unit which is part of a power plant system connected to the power grid, comprising a first generator which is connected to a drive turbine via a shaft, a second generator and a high-voltage transformer.
  • the first generator is operated at a power with the highest efficiency, and the power grid essentially provides real power, short-circuit power and mass inertia, and the second generator is operated as a pure reactive power generator, and only provides voltage stabilization to the power grid.
  • the first generator is connected to the three-winding high-voltage transformer via a first generator lead
  • the second generator is connected to the three-winding high-voltage transformer via a second generator lead.
  • Auxiliary systems are still connected in the first and second generator output lines.
  • a first starting converter and a first generating machine are connected in the first generator output
  • a second starting converter and a second generating machine are connected in the second generator output. Because the auxiliary systems and the generators are separate, the first generator and the second generator can be operated independently of one another.
  • a generator switch is integrated in the generator output of the first generator and in the generator output of the second generator. This means that the generators can be disconnected from the grid independently of one another.
  • the second generator is preferably only operated when the first generator is not able to generate the blind to provide power generation for voltage stabilization alone.
  • the second generator is only operated in this case.
  • the first generator provides real and apparent power. This can be advantageous if the requirements for active and apparent power from the power grid are low and can be provided by the first generator alone.
  • the second generator is preferably operated for network voltage stability, inertia and network short-circuit power.
  • the second generator is operated when the network operator is not requesting active power, as this is guaranteed by regenerative generation.
  • the generator provides the grid operator with reactive power for grid voltage stability, mass inertia and grid short-circuit power. These grid services cannot be provided by regenerative producers.
  • the invention is preferably used in large power plants, for example in gas power plants or combined gas and steam power plants in which the turbines and the active power generator are arranged on a common shaft.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a generator unit with a generator according to the prior art
  • Fig. 2 is a circuit diagram of the generator unit according to the invention with two generators
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a generator unit 100 with a generator 300 according to the prior art.
  • the generator unit 100 includes a generator discharge line 600, a start-up converter 800, a generator circuit breaker 120, a generating machine 900 and a two-winding high-voltage transformer 500.
  • the generator 300 provides the power grid 2 with active and reactive power.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the generator unit 1 according to the invention with two separate generators 3 and 4.
  • the generator unit 1 comprises a first generator 3 and a second generator 4.
  • the first generator 3 is operated essentially as an active power generator.
  • the power factor cos (cp) is between 0.95 and 1.
  • the first generator 3 is connected to a first generator output line 6, which connects the first generator 3 to the three-winding high-voltage transformer 5.
  • a first starting converter 8 In the first generator derivation line 6, a first starting converter 8, a first generator system 9 and a first generator power switch 12 are each connected in parallel.
  • the second generator 4 is connected to a second generator output line 7, which connects the second generator 4 to the three-winding high-voltage transformer 5.
  • a second starting converter 10 In the second generator output 7, a second starting converter 10, a second generating machine 11 and a first generator circuit breaker 13 are each connected in parallel.
  • the three-winding high-voltage transformer 5 connects the generator unit 1 to the power grid 2.
  • the generator switches 12, 13 are used to enable the generators to be disconnected from the power grid 2. For starting up and then synchronizing the generators 3, 4 with the power grid Both generators 3, 4 have a static frequency converter 8, 10 for accelerating the generators to the required speed. The generators can also be started at the same time using the frequency converter.
  • the static excitation system 9, 11 for each generator 3, 4 is used to regulate the voltage of the generators and also to support the mains voltage stability.
  • the first generator 3 By separating active and reactive power operation, the first generator 3 can be operated with active power with the highest degree of efficiency.
  • the second generator 4 can also be used for reactive power operation if the network services require this. If, for example, the active power of the first generator 3 is between 80 and 90%, it is not necessary to operate the second generator 4, since the first generator 3 alone fulfills the network requirements.
  • the second generator 4 can be operated independently of the first generator 3 as a phase shift generator in order to support the stability of the mains voltage and to ensure the short-circuit power and inertia to the mains.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erzeugereinheit (1) als Bestandteil einer mit dem Stromnetz (2) verbundenen Kraftwerksanlage, umfassend einen ersten Generator (3), dessen Rotor über eine Welle mit einer Antriebsturbine verbunden ist, einen zweiten Generator (4), und eine Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator (5). Erfindungsgemäß ist der erste Generator (3) ein Wirkleistungsgenerator und der zweite Generator (4) ein reiner Blindleistungsgenerator, und der erst und der zweite Generator (3, 4) sind über eine getrennte Generatorableitung (6, 7) über den Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator (5) mit dem Stromnetz (2) verbunden.

Description

Beschreibung
Erzeugereinheit, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit in einem Kraftwerk
Die Erfindung betrifft eine Erzeugereinheit (Erregereinheit), sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit in ei nem Kraftwerk mit Nennwirkleistung in Höhe von 500MW und hö her.
Elektrische Verbraucher entnehmen dem Stromnetz eine elektri sche Leistung (Produkt aus Strom und Spannung), die weitge hend in nutzbare Leistung, der so genannten Wirkleistung P umgesetzt wird. Induktiv arbeitende Verbraucher, die an einen Wechsel- bzw. Drehstromkreis angeschlossen sind, entnehmen dem Stromnetz zusätzlich zum Aufbau der Magnetfelder eine Blindleistung Q, die sie beim Abbau der Magnetfelder wieder in das Stromnetz zurückgeben. Diese nicht nutzbare Blindleis tung pendelt zwischen Erzeuger und Verbraucher hin und her und belastet das gesamte Stromnetz. Die vektorielle Summe aus Wirk- und Blindleistung wird als Scheinleistung S bezeichnet. Zwischen Wirk- und Blindleistung besteht aufgrund der Phasen verschiebung der Leistungsfaktor cos(cp).
Kraftwerksanlagen leisten neben der Bereitstellung der Wirkleistung sogenannte Netzdienstleistungen, welche in den einzelnen Netzen durch Grid-Codes bzw. Netzanschlussbedingun gen oder wie Deutschland durch VDE Bestimmungen definiert sind. Zu den Netzdienstleistungen gehören die Bereitstellung von Kurzschlussleistung, Massenträgheit und Spannungsstabili sierung. Zur Spannungsstabilisierung im Netz stellen Kraft werksanlagen Blindleistung bereit. Die Kurzschlussleistung wird durch die subtransiente Reaktanz (X ) des Generators und der Impedanzen der Generatortransformatoren maßgeblich be stimmt. Massenträgheit wird durch die rotierenden Massen von Generatoren und Turbinen bestimmt. Bei niedrigen Reaktanzwer ten werden die Anforderungen an den Generatorleistungsschal ter sehr hoch. Bei Erzeugereinheiten befindet sich der Generator auf einer gemeinsamen Welle mit einer Antriebsturbine. Zusammen bilden sie eine rotierende Masse. In Kraftwerksanlagen stellen der Einsatz großer Erzeugereinheiten hohe Anforderungen an den Generator selbst, sowie an die Generatorableitung (Phasenbus) und dem Generatorleistungsschalter dar. Generatoren, die in Kraftwerken zum Einsatz kommen, sind schnelllaufende Syn chrongeneratoren (Turbogeneratoren). Synchrongeneratoren ha ben den Vorteil, dass sie je nach Regelung sowohl Wirkleis tung als auch induktive bzw. kapazitive Blindleistung an das Versorgungsnetz abgeben, bzw. aus diesem aufnehmen können. Je nach Höhe ihrer magnetischen Erregung geben Synchrongenerato ren reine Wirkleistung ab oder liefern zusätzlich Blindleis tung ins Versorgungsnetz, die zur Kompensation induktiver und kapazitiver Verbraucher benötigt wird. Die Blindleistungsfä higkeit von Erzeugereinheit wird definiert durch den Leis tungsfaktor an den Generatoranschlüssen, bzw. durch den Leis tungsfaktor an der Hochspannungs-Schnittstelle zum Stromnetz.
Durch den gestiegenen Anteil an regenerativen Erzeugern im Netz sind auch die Anforderungen an Netzdienstleistungen ge stiegen. Um den Leistungsbeitrag der regenerativen Erzeuger im Netz zu stabilisieren, werden zusätzliche spezielle Pha senschiebergeneratoren als separate Einheit, meist an einem vom Kraftwerk gesonderten Standort errichtet und betrieben. Diese gesonderten, zusätzlichen Phasenschiebergeneratoren leisten Blindleistung, und tragen zur Spannungsstabilisierung bei. Diese Einheiten stellen Netzkurzschlussleistung wie Kraftwerksanlagen zur Verfügung. Die zur Verfügung gestellte Massenträgheit beschränkt sich im Wesentlichen auf die Mas senträgheit des Generatorrotors.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Erzeugereinheit, und ein Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit für ein Kraftwerk anzugeben, durch welche der Wirkungsgrad der Wirkleistungser zeugung verbessert wird und die Netzdienstleistungen hin sichtlich Blindleistungserzeugung, Bereitstellung von Kurz schlussleistung und Massenträgheit flexibilisiert werden. Gleichzeitig können die Kosten für die Erzeugereinheit redu ziert werden.
Die auf eine Erzeugereinheit gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die erfin dungsgemäße Erzeugereinheit ist Bestandteil einer mit dem Stromnetz verbundenen Kraftwerksanlage, und umfasst einen ersten Generator, dessen Rotor über eine Welle mit einer An triebsturbine verbunden ist, einen zweiten Generator, und ei nen Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator. Erfindungsgemäß ist der erste Generator ein Wirkleistungsgenerator und der zweite Generator ein reiner Blindleistungsgenerator, und der erste und der zweite Generator sind über eine getrennte Gene ratorableitung über den Dreiwicklungs-
Hochspannungstransformator mit dem Stromnetz verbunden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Erzeu gereinheit nicht aus einem einzelnen Generator besteht, son dern aus zwei Generatoren. Dabei ist der erste Generator ein Wirkleistungsgenerator, der im Wesentlichen Wirkleistung be reitstellt, und dessen Rotor über eine Welle mit einer An triebsturbine verbunden ist. Der zweite Generator ist ein reiner Blindleistungsgenerator, der nicht mit einer Antrieb sturbine verbunden ist, und ausschließlich Blindleistung be reitstellt. Beide Generatoren sind jeweils über eine getrenn te Generatorableitung mit dem Dreiwicklungs- Hochspannungstransformator verbunden.
Die Erfindung erkennt dabei, dass die Erzeugereinheit mit ge trennten Generatoren einerseits im Wirkungsgrad der Wirkleis tung, als auch in der Flexibilität der Bereitstellung von Blindleistung wesentlich gesteigert werden kann. Der Wir kungsgrad wird dadurch gesteigert, dass der erste Generator, welcher im Wesentlichen Wirkleistung bereitstellt, bei weit gehend Nennleistung betrieben werden kann, und keine Blind leistung bereitstellen muss. Die Flexibilität wird gestei gert, indem der Kraftwerksbetreiber die Bereitstellung von Blindleistung unabhängig von der Bereitstellung von Wirkleis- tung sicherstellen kann. Folglich kann auch bei Stillstand des ersten Wirkleistungsgenerators und damit des gesamten Prozesses zur Erzeugung von Wirkleistung der zweite Blind leistungsgenerator Netzdienstleistungen bereitstellen. Beide Generatoren können unabhängig voneinander betrieben werden.
Überraschend dabei ist, dass trotz der Erhöhung der Anzahl an Komponenten die Investitionskosten für die Erzeugereinheit mit zwei Generatoren geringer sind, als für Erzeugereinheiten mit einem Generator. Die Kostenersparnis wird dadurch er zielt, dass die Investitionskosten zwei kleinere Generatoren niedriger sind als ein in seiner Leistung vergleichbarer gro ßer Generator. Auch können Leistungsschalter mit geringeren Kurzschluss- und Betriebsstrom- Anforderungen verwendet wer den, wodurch die Investitionskosten für zwei kleinere Genera torleistungsschalter im Vergleich zu einem großen Generator leistungsschalter wesentlich gesenkt werden können. Da es aus Sicht des Stromnetzes nicht relevant ist, ob Wirk- und Blind leistung durch einen oder getrennt durch zwei Generatoren be reitgestellt wird, ist diese Änderung der Erzeugereinheit be- triebsweise nicht genehmigungspflichtig.
Der Betrieb der Erzeugeranlage erfordert eine besondere Aus legung des Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator derart gewickelt, dass die unterschiedlichen Impedanzen, Lastflüsse und Spannungsunterschiede des ersten Generators und des zwei ten Generators in das Stromnetz transformierbar sind. Der Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator ist hinsichtlich un terschiedlicher Impedanzen, Übersetzungsverhältnisse der Spannungen, usw. um die Erzeugereinheit mit zwei Generatoren als eine Einheit am Stromnetz zu sehen.
Vorzugsweise sind der erste Generator über eine erste Genera torableitung mit dem Dreiwicklungs-
Hochspannungstransformator, und der zweite Generator über ei ne zweite Generatorableitung mit dem Dreiwicklungs- Hochspannungstransformator verbunden. In der ersten Genera torableitung sind der erste Generator, ein erster Anfahrum- richter und eine erste Erzeugermaschine geschaltet. In den zweiten Generatorableitung sind der zweite Generator, ein zweiter Anfahrumrichter und eine zweite Erzeugermaschine ge schaltet.
Anfahrumrichter und Erzeugermaschinen bilden die wesentlichen Hilfssysteme der Generatoren. Dadurch, dass die Hilfssysteme, ebenso wie die Generatoren getrennt sind, können der erste Generator und der zweite Generator unabhängig voneinander be trieben werden. Auch sind zwei getrennte Generatorableitungen bei großen Kraftwerksanlagen (> 500MW) in Summe in ihren In vestitionskosten günstiger, als eine einzelne Generatorablei tung, da diese einfacher zu dimensionieren und zu fertigen sind, und diese nicht zwangsgekühlt werden müssen.
Vorzugsweise ist die Leistung des zweiten Generators geringer als die Leistung des ersten Generators. Dies ist möglich, da im Stromnetz mehr Wirkleistung als Blindleistung bereitge stellt werden muss. Die Leistung des zweiten Generators ergibt sich aus den Blindleistungsanforderungen des Grid- Codes oder vergleichbar die durch Lastflussrechnungen be stimmt werden.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der ersten Generatorableitung des ersten Generators und in der zweiten Generatorableitung des zweiten Generators jeweils ein Generatorleistungsschalter integriert, durch den die Genera toren unabhängig voneinander vom Netz trennbar sind. Da die Generatorableitung bei Trennung der Generatoren in Wirk- und Blindleistungsbetrieb eine geringere Strombelastung erfährt, sind die Kosten für zwei Generatorableitungen geringer als die Kosten für eine Generatorableitung bei Verwendung mit ei nem Generator. Das gleiche gilt für die Generatorleistungs schalter, deren Anforderungen hinsichtlich Kurzschlussaus- schaltvermögen und Nennbetriebsströme erheblich geringer sind.
Die auf ein Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit ge richtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Erzeu- gereinheit, die Bestandteil einer mit dem Stromnetz verbunde nen Kraftwerksanlage ist, umfassend einen ersten Generator, der über eine Welle mit einer Antriebsturbine verbunden ist, einen zweiten Generator und einen Hochspannungstransformator. Erfindungsgemäß wird der erste Generator bei einer Leistung mit höchster Effizienz betrieben, und dem Stromnetz im We sentlichen Wirkleistung, Kurzschlussleistung und Massenträg heit bereitstellt, und der zweite Generator wird als reiner Blindleistungsgenerator betrieben, und stellt dem Stromnetz ausschließlich Spannungsstabilisierung bereit.
Die Vorteile der auf die Erzeugereinheit gerichteten Erfin dung, gelten gleichermaßen für das Verfahren zum Betrieb ei ner Erzeugereinheit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens sind der erste Generator über eine erste Generatorableitung mit dem Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator, und der zweite Ge nerator über eine zweite Generatorableitung mit dem Dreiwick- lungs-Hochspannungstransformator verbunden. In der ersten und der zweiten Generatorableitung sind dabei weiterhin Hilfssys teme geschaltet. In der ersten Generatorableitung sind dazu ein erster Anfahrumrichter und eine erste Erzeugermaschine geschaltet, und in der zweiten Generatorableitung ein zweiter Anfahrumrichter und eine zweite Erzeugermaschine geschaltet. Dadurch, dass die Hilfssysteme, ebenso wie die Generatoren getrennt sind, können der erste Generator und der zweite Ge nerator unabhängig voneinander betrieben werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zum Betrieb der Erzeugereinheit ist in der Generatorableitung des ersten Generators und in der Generatorableitung des zwei ten Generators jeweils ein Generatorschalter integriert. Dadurch können die Generatoren unabhängig voneinander vom Netz getrennt werden.
Vorzugsweise wird der zweite Generator nur dann betrieben, wenn der erste Generator nicht in der Lage ist, die Blind- leistungserzeugung zur Spannungsstabilisierung allein bereit zu stellen. Nur in diesem Fall wird der zweite Generator be trieben. Der Erste Generator stellt Wirk- und Scheinleistung bereit. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn die Anforderun gen an Wirk- und Scheinleistung aus dem Stromnetz gering sind, und allein durch den ersten Generator bereitgestellt werden können.
Vorzugsweise wird der zweite Generator zur Netzspannungssta bilität, Massenträgheit und Netzkurzschlussleistung betrie ben. Der zweite Generator wird betrieben, wenn der Netzbe treiber keine Wirkleistung anfordert, da dies durch regenera tive Erzeugung gewährleistet wird. Der Generator stellt Blindleistung zur Netzspannungsstabilität, Massenträgheit und Netzkurzschlussleistung dem Netzbetreiber zur Verfügung. Die se Netzdienstleistungen können durch regenerative Erzeuger nicht erbracht werden.
Die Erfindung kommt vorzugsweise bei Großkraftwerken zum Ein satz, beispielsweise bei Gaskraftwerken oder kombinierten Gas- und Dampfkraftwerken, bei denen die Turbinen und der Wirkleistungsgenerator auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher be schrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 Einen Schaltplan einer Erzeugereinheit mit einem Generator gemäß dem Stand der Technik
Fig. 2 Einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Erzeugerein heit mit zwei Generatoren
Figur 1 zeigt einen Schaltplan einer Erzeugereinheit 100 mit einem Generator 300 gemäß dem Stand der Technik. Die Erzeu gereinheit 100 umfasst neben dem Generator 300 eine Genera torableitung 600, einen Anfahrumrichter 800, einen Generator- leistungsschalter 120, eine Erzeugermaschine 900 und einen Zweiwicklungs-Hochspannungstransformator 500.
Nicht gesondert dargestellt ist, wie der Rotor der Generators 300 auf einer gemeinsamen Welle mit einer Antriebsturbine an geordnet ist. Der Generator 300 stellt dem Stromnetz 2 Wirk- und Blindleistung zur Verfügung.
Figur 2 zeigt einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Erzeu gereinheit 1 mit zwei getrennten Generatoren 3, und 4. Die Erzeugereinheit 1 umfasst einen ersten Generator 3 und einen zweiten Generator 4. Der erste Generator 3 wird im Wesentli chen als Wirkleistungsgenerator betrieben. Der Leistungsfak tor cos(cp) beträgt dabei zwischen 0,95 bis 1. Der zweite Ge nerator 4 wird als Blindleistungsgenerator betrieben, arbei tet bei einem Leistungsfaktor cos(cp) = 0, und liefert Blind leistung gemäß der Netzanforderung.
Der erste Generator 3 ist an eine erste Generatorableitung 6 angeschlossen, welcher den ersten Generator 3 mit dem Drei- wicklungs-Hochspannungstransformator 5 verbindet. In der ers ten Generatorableitung 6 sind ein erster Anfahrumrichter 8, eine erste Erzeugeranlage 9 und ein erster Generatorleis tungsschalter 12 jeweils parallelgeschaltet.
Der zweite Generator 4 ist an eine zweite Generatorableitung 7 angeschlossen, welcher den zweiten Generator 4 mit dem Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator 5 verbindet. In der zweiten Generatorableitung 7 sind ein zweiter Anfahrumrichter 10, eine zweite Erzeugermaschine 11 und ein erster Generator leistungsschalter 13 jeweils parallelgeschaltet.
Der Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator 5 verbindet die Erzeugereinheit 1 mit dem Stromnetz 2.
Die Generatorschalter 12, 13 dienen dazu, um die Generatoren vom Stromnetz 2 trennen zu können. Zum Anfahren und anschlie ßendem Synchronisieren der Generatoren 3, 4 mit dem Stromnetz verfügen beide Generatoren 3, 4 über einen statischen Fre- quenzumrichter 8, 10 zur Beschleunigung der Generatoren auf die erforderliche Drehzahl. Durch den Frequenzumrichter kön nen die Generatoren zudem gleichzeitig gestartet werden.
Das statische Erregungssystem 9, 11 für jeden Generator 3, 4 dient zur Spannungsregelung der Generatoren und auch zur Un terstützung der Netzspannungsstabilität.
Durch die Trennung von Wirk- und Blindleistungsbetrieb kann der erste Generator 3 mit Wirkleistung mit höchstem Wirkungs grad betrieben werden. Der zweite Generator 4 kann zudem zum Blindleistungsbetrieb genutzt werden, wenn dies die Netz dienstleistungen erfordern. Wenn beispielsweise die Wirkleis tung des ersten Generators 3 zwischen 80 und 90% beträgt, isst ein Betrieb des zweiten Generators 4 nicht erforderlich, da der erste Generator 3 allein die Netzanforderungen er füllt.
Der zweite Generator 4 kann unabhängig vom ersten Generator 3 als Phasenschiebergenerator betrieben werden, um die Stabili tät der Netzspannung zu unterstützen und die Kurzschlussleis tung und Massenträgheit zum Netz zu gewährleisten.
Insbesondere für große Generatoranordnungen mit sehr hoher Wirkleistung (P>500MW) ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Zwei Generatoren, aufgeteilt in Wirk- und Blindleistung, sind günstiger als die Anschaffungskosten eines großen Generators und zudem flexibler einsetzbar. Die Flexibilität wird gestei gert, indem der reine Kraftwerksbetrieb von den Netzdienst leistungen getrennt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Erzeugereinheit (1) als Bestandteil einer mit dem Strom netz (2) verbundenen Kraftwerksanlage, umfassend einen ers ten Generator (3), dessen Rotor über eine Welle mit einer Antriebsturbine verbunden ist, einen zweiten Generator (4), und eine Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator (5), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Generator (3) ein Wirkleistungsgenerator und der zweite Generator (4) ein reiner Blindleistungsgenerator ist, und der erste und der zweite Generator (3, 4) über ei ne getrennten Generatorableitung (6, 7) über den Dreiwick- lungs-Hochspannungstransformator (5) mit dem Stromnetz (2) verbunden sind.
2. Erzeugereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Dreiwicklungs-Hochspannungstransformator (5) derart ausgeführt ist, dass die unterschiedlichen Last flüsse und Spannungsunterschiede des ersten Generators (3) und des zweiten Generators (4) in das Stromnetz (2) trans formierbar sind.
3. Erzeugereinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Generator (3) über eine erste Generatorableitung (6) mit dem Dreiwicklungs- Hochspannungstransformator (5), und der zweite Generator (4) über eine zweite Generatorableitung (7) mit dem Drei- wicklungs-Hochspannungstransformator (5) verbunden sind.
4. Erzeugereinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass in der ersten Generatorableitung (6) der erste Generator (3), eine erster Anfahrumrichter (8) und eine erste Erzeugermaschine (9) geschaltet sind, und in der zweiten Generator (7) der zweite Generator (4), ein zweiter Anfahrumrichter (10) und eine zweite Erzeugermaschine (11) geschaltet sind.
5. Erzeugereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des zweiten Gene rators (4) geringer ist als die Leistung des ersten Genera tors (3).
6. Erzeugereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Generatorablei tung (6) des ersten Generators (3) und in der zweiten Gene ratorableitung (7) des zweiten Generators (4) jeweils ein Generatorleistungsschalter (12, 13) integriert ist, durch den die Generatoren (3, 4) unabhängig voneinander vom Stromnetz (2) trennbar sind.
7. Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit (1), der Be standteil einer mit dem Stromnetz (2) verbundenen Kraft werksanlage ist, umfassend einen ersten Generator (3), der über eine Welle mit einer Antriebsturbine verbunden ist, einen zweiten Generator (4) und einen Dreiwicklungs- Hochspannungstransformator (5), wobei, der erste Generator (3) bei einer Leistung mit höchster Ef fizienz betrieben wird, und dem Stromnetz (2) im Wesentli chen Wirkleistung, Kurzschlussleistung und Massenträgheit bereitstellt, und der zweite Generator (4) als reiner Blindleistungsgenerator betrieben wird, und dem Stromnetz (2) ausschließlich Spannungsstabilisierung bereitstellt.
8. Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit (1) nach An spruch 7, wobei der erste Generator (3) über eine erste Ge neratorableitung (6) mit dem Dreiwicklungs- Hochspannungstransformator (5), und der zweite Generator (4) über eine zweite Generatorableitung (7) mit dem Drei- wicklungs-Hochspannungstransformator (5) verbunden sind, und in der ersten Generatorableitung (6) weiterhin ein ers ter Anfahrumrichter (8) und eine erste Erzeugeranlage (9) geschaltet sind, und in die zweite Generatorableitung (7) weiterhin ein zweiter Anfahrumrichter (10) und eine zweite Erzeugermaschine (11) geschaltet sind, sodass der erste Ge nerator (3) und der zweite Generator (4) unabhängig vonei- nander betrieben werden können.
9. Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit (1) nach An spruch 7 oder 8, wobei in die erste Generatorableitung (6) des ersten Generators (3) und in die zweite Generatorablei tung (7) des zweiten Generators (4) jeweils ein Generator leistungsschalter (12, 13) integriert ist, durch den die Generatoren (3, 4) unabhängig voneinander vom Stromnetz (2) getrennt werden können.
10. Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit (1) nach An spruch 7 bis 9, wobei der zweite Generator (4) nur dann be trieben wird, wenn der erste Generator (3) nicht in der La ge ist, die Spannungsstabilisierung im Stromnetz (2) allein bereit zu stellen.
11. Verfahren zum Betrieb einer Erzeugereinheit (1) nach An spruch 7 bis 10, wobei der zweite Generator (4) zur Netz spannungsstabilität, Massenträgheit und Netzkurzschluss leistung betrieben wird.
EP20797383.5A 2019-10-22 2020-10-09 Erzeugereinheit, sowie ein verfahren zum betrieb einer erzeugereinheit in einem kraftwerk Pending EP4029101A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019216236.3A DE102019216236A1 (de) 2019-10-22 2019-10-22 Erregereinheit, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Erregereinheit in einem Kraftwerk
PCT/EP2020/078422 WO2021078537A1 (de) 2019-10-22 2020-10-09 Erzeugereinheit, sowie ein verfahren zum betrieb einer erzeugereinheit in einem kraftwerk

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4029101A1 true EP4029101A1 (de) 2022-07-20

Family

ID=73020159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20797383.5A Pending EP4029101A1 (de) 2019-10-22 2020-10-09 Erzeugereinheit, sowie ein verfahren zum betrieb einer erzeugereinheit in einem kraftwerk

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12388261B2 (de)
EP (1) EP4029101A1 (de)
JP (1) JP7483875B2 (de)
KR (1) KR102687680B1 (de)
DE (1) DE102019216236A1 (de)
WO (1) WO2021078537A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4094340B1 (de) * 2020-01-22 2025-05-14 Vestas Wind Systems A/S Steuerung eines kraftwerks für erneuerbare energien als reaktion auf ein null-leistungsbedarfssignal

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1752666A (en) * 1928-09-19 1930-04-01 Frazer W Gay Protective system for transmission circuits
JPS57151239A (en) 1981-03-12 1982-09-18 Tokyo Shibaura Electric Co Combined cycle generating facility
JPS58133129A (ja) 1982-01-29 1983-08-08 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電プラントの制御装置
JPH07332012A (ja) 1994-06-10 1995-12-19 Toshiba Corp ガスタービン静止形起動システム
JPH10191699A (ja) 1996-12-24 1998-07-21 Toshiba Corp タービン発電設備
US6930471B2 (en) 2003-10-06 2005-08-16 General Electric Company Hybrid synchronous/induction generator power plant
DE10360462A1 (de) 2003-12-22 2005-07-14 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit einer eigenversorgten Stuereinrichtung mit einem Wirkleistungs- und Blindleistungsregelmodul
DE102006042754A1 (de) * 2005-10-06 2007-04-12 Alstom Technology Ltd. Anfahrvorrichtung für eine Synchronmaschine eines Synchronkompensators und Verfahren für das Hochfahren einer Synchronmaschine eines Synchronkompensators
DE102006020144B4 (de) * 2006-05-02 2008-06-26 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebssystems mit Abwärmerückgewinnung sowie Schiffsantriebssystem mit Abwärmerückgewinnung
KR100985921B1 (ko) * 2008-04-23 2010-10-11 명지대학교 산학협력단 이중여자 유도형 풍력발전 시스템 및 그 제어 방법
CH699321A1 (de) * 2008-08-15 2010-02-15 Alstom Technology Ltd Kraftwerksanlage zum wahlweisen betrieb in stromnetzen mit unterschiedlicher netzfrequenz.
AT512734A3 (de) * 2012-03-26 2018-05-15 Siemens Ag Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei Synchronmaschinen
WO2014125592A1 (ja) 2013-02-14 2014-08-21 三菱重工業株式会社 ウィンドファーム並びにその運転方法及び制御装置
US20150168981A1 (en) 2013-12-13 2015-06-18 General Electric Company Hybrid high-inertia synchronous condenser facility
US20150364920A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd. Systems and methods for improving the rotor angle stability of synchronous generators
JP2016036238A (ja) 2014-08-04 2016-03-17 憲治 本田 交互に放電・充電する蓄電池
JP2016208586A (ja) 2015-04-16 2016-12-08 株式会社東芝 電力システムにおける事故安定化装置及びその方法
US10468944B2 (en) * 2017-01-25 2019-11-05 General Electric Company System and method for synchronous condensing
JP6343375B1 (ja) 2017-07-19 2018-06-13 西芝電機株式会社 電力系統制御システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP7483875B2 (ja) 2024-05-15
WO2021078537A1 (de) 2021-04-29
KR102687680B1 (ko) 2024-07-24
KR20220080189A (ko) 2022-06-14
US12388261B2 (en) 2025-08-12
DE102019216236A1 (de) 2021-04-22
JP2022553386A (ja) 2022-12-22
US20240128753A1 (en) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004003657B4 (de) Stromrichterschaltungsanordnung und zugehöriges Ansteuerverfahren für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe
WO1999013550A1 (de) System zur versorgung elektromotorischer verbraucher mit elektrischer energie
DE102007060928A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom
CH695874A5 (de) Elektrogeneratorvorrichtung mit Nebenleistungswicklungen und Variofrequenz-Stromquelle sowie Verfahren für deren Verwendung.
EP2408081A1 (de) Modularer Multiniveau Umrichter
WO2006103159A1 (de) Generator mit hoher phasenordnung
EP2890890A1 (de) Windpark mit gleichspannungsnetz
EP2580835A2 (de) Verfahren zum einspeisen elektrischer energie in ein dreiphasiges wechselspannungsnetz
EP2815499A2 (de) Verfahren zum betreiben einer elektrische einheit für ein pumpspeicherkraftwerk
EP2713477A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung für einen Windpark
DE102011002657A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Umrichters einer Anordnung zur Erzeugung elektrischer Energie
EP2944019B1 (de) Elektrische einheit für ein pumpspeicherkraftwerk
EP4029101A1 (de) Erzeugereinheit, sowie ein verfahren zum betrieb einer erzeugereinheit in einem kraftwerk
DE102005026062A1 (de) Automatische Leistungs-Frequenz-Regelung und automatische Erzeugungsregelung mit selbstgeführten, pulsweitenmodulierten Wechselrichtern
DE102018125529A1 (de) Dynamisches Windkraftwerk
EP2379880A1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur speisung eines mehrphasigen elektrischen netzes
EP4643450A1 (de) Schaltungsanordnung, verfahren zum betrieb einer schaltungsanordnung und elektrolysesystem
WO2019015777A1 (de) Anordnung zum einspeisen elektrischer leistung in ein wechselspannungsnetz mittels einer asynchronmaschine und verfahren zum betreiben der asynchronmaschine
EP3984124B1 (de) Dual purpose converter
Boemer et al. Fault ride-through requirements for onshore wind power plants in Europe: The needs of the power system
EP3531547A1 (de) Betriebsschaltung zur kopplung einer synchronmaschine mit einem spannungsnetz und verfahren zu deren betrieb
EP2442119A2 (de) Verfahren und elektrische Schaltung zum Testen eines an ein elektrisches Energieversorgungsnetz anschließbaren Energieerzeugers oder Energieverbrauchers
EP2117110B1 (de) System zur Erzeugung von elektrischer Energie
WO2021233611A1 (de) Mehrsystemmotor für die verbindung mit einem wechselspannungs- oder gleichspannungsnetz
WO2013117411A2 (de) Windkraftgenerator und blattmontageverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220414

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)