WO2018100125A1 - Verfahren zum wiederaufbau eines elektrischen versorgungsnetzes - Google Patents

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Ingo Mackensen
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Definitions

  • the present invention relates to a method for rebuilding an electrical supply network of a network operator by means of at least one wind turbine. Furthermore, the present invention relates to a wind turbine and a wind farm.
  • the electrical supply networks hereby have a plurality of network sections with a nominal network voltage and a nominal network frequency, which are connected to one another via switching devices.
  • the network sections are arranged both horizontally, ie with a same rated mains voltage, as well as vertically, ie with different nominal network voltage, to each other and connected to each other via switching devices and possibly transformer stations.
  • the switching devices are provided for protection of the electrical supply network.
  • it should be ensured by a separation of network sections that have a network error, ie so-called disturbed network sections, a proper (continued) operation of the other or other network sections.
  • a network error ie so-called disturbed network sections
  • disturbed network sections a proper (continued) operation of the other or other network sections.
  • the network section affected by this fault thus essentially has a mains voltage which is insufficient for proper operation of the corresponding network section.
  • the corresponding network section is then usually de-energized by means of the switching devices, ie separated from the electrical supply network or separated from other network sections coupled to this network section. This is colloquially referred to as a power failure.
  • the network operator of the electrical supply network or the disturbed network section usually provides that the mains voltage is rebuilt and stabilized after clarification of the error by means of large conventional power plants, before the corresponding network section or the electrical supply network is operated properly again.
  • the grid operator provides that in the event of a power failure, the conventional power plants rebuild and stabilize the grid voltage in the affected network section. This process is also referred to as network recovery.
  • the reconstruction of the mains voltage of the disturbed or de-energized network section can in principle be effected by means of black start-capable power plants or by means of a network section adjacent via switching devices.
  • a network recovery voltage is provided for the faulty network section, which is usually unstable or lies below the nominal network voltage of the network section.
  • the disturbed network section has thereby again a mains voltage, but can not be properly operated. According to a timetable of the network operator more consumers and conventional power plants are now gradually switched on until the network section is properly operated again.
  • the German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present application the following prior art research: EP 1 993 184 A1 and EP 1 665 494 B1.
  • the object of the present invention is thus to address at least one of the above-mentioned problems, in particular a solution is to be proposed which makes it possible to support a mains voltage of a network section of an electrical supply network during the reconstruction of the electrical supply network, without the size-surface and / or exclusive Use of conventional power plants. But at least an alternative to previously known solutions to be proposed.
  • the invention thus proposes a method for rebuilding an electrical supply network of a network operator by means of at least one wind turbine according to claim 1.
  • the wind turbine is connected to a first network section, wherein the first network section has a nominal network voltage and is coupled via at least one switching device with another network section, wherein the switching device is adapted to the first network section of the at least one in case of failure separate another network section.
  • An error case is to be understood in particular as a voltage failure of the mains voltage of the first network section, which has been caused, for example, by a short circuit in the first network section. In the event of a power failure, the affected network section usually no longer has mains voltage.
  • a fault also means a voltage dip which, for example, has also been caused by a short circuit in the first network section.
  • the affected network section has a mains voltage, but this is so unstable and / or low that the network section can not be operated properly.
  • the invention proposes that the wind turbine is operated in an observation mode.
  • the at least one wind turbine thus changes from a normal operating mode to the observation mode.
  • the at least one wind turbine feeds no electric power into the first network section, but checks a status of the network section, in particular, whether the network section has a network recovery voltage.
  • the status of the first network section can be checked, for example, by means of voltage detection or polled by the network operator.
  • the voltage detection itself can be carried out by measuring the mains voltage of the first network section, in particular by means of the at least one wind turbine or by means of a parking controller of the corresponding wind farm.
  • the at least one wind energy installation thus does not feed electrical power into the first network section and at the same time monitors the status of the first network section.
  • the mains voltage is preferably also detected in order to determine whether a network restoration voltage is present in the first network section, ie in particular whether the first network section again has a mains voltage or has a quasi-stable voltage.
  • the detection of the mains voltage can take place here by the at least one wind power plant, for example by a voltage measuring device.
  • the network recovery voltage is in particular a stable mains voltage which has an amount which is within a tolerance band of the rated mains voltage.
  • the tolerance band may be 10% of the nominal rated voltage, so that the corresponding voltage is 90% 1 10% of rated mains voltage is sufficient. Such a voltage is then considered stable. A network recovery voltage is thus present when the mains voltage moves stable within the tolerance band, in particular over several minutes, for example more than 10 minutes.
  • the at least one wind turbine in the observation mode preferably generates as much electrical energy as it requires for its own use. This can be achieved, for example, by the fact that the at least one wind turbine is operated strongly throttled, for example, with 1% of the rated power of the wind turbine.
  • the observation mode of the at least one wind energy plant thus preferably comprises a self-consumption mode, which can also be referred to as a so-sustaining mode, in which the at least one wind energy plant supplies itself with electrical energy.
  • the wind turbine be operated in a grid recovery mode or change this mode. It is thus proposed that the at least one wind turbine changes its operating mode, preferably from the observation mode to the network rebuilding mode, if the first network section has a network restoration voltage, in particular to support the grid voltage.
  • the wind energy plant then preferably has a control in dependence on a desired voltage.
  • the wind turbine thus varies in the network restoration their fed reactive power so that the mains voltage is kept as stable as possible.
  • the wind turbine feeds essentially so much electrical reactive power in the first network section, as necessary to keep the grid voltage stable, in particular to maintain the grid voltage within a tolerance band, which in one embodiment is 90 to 1 10 percent of the rated grid voltage.
  • the wind energy installation preferably detects the network voltage of the first network section in the network restoration mode.
  • the fed-in active electrical power of the at least one wind energy plant is controlled by means of an active power setpoint, which is predetermined by the grid operator. Accordingly, the reactive electric power is set in dependence on a target voltage and tracked the active electrical power an active power setpoint, which is specified by the network operator.
  • the wind turbine is further operated in a normal operating mode or operated again in the normal operating mode. This is preferably done on a signal of the network operation, indicating that the error case is over.
  • the wind energy installation then feeds electrical active and reactive power again, in particular as a function of a prevailing wind and / or a grid frequency of the first network section.
  • the error case is preferably a voltage drop in the first network section and / or an overfrequency in the first network section and / or an underfrequency in the first network section. The fault thus occurs in the network section to which the at least one wind turbine is connected.
  • the error is a voltage drop, in particular a voltage dip, in which the mains voltage falls below at least one voltage value which is substantially smaller than the rated mains voltage, for example, less than 90% of the rated mains voltage. Depending on the structure of the network section or the electrical supply network, this voltage value may also be less than 90% of the rated network voltage.
  • the error can also be an overfrequency or an underfrequency.
  • An overfrequency exists, for example, when the line frequency exceeds 52.5 Hz and the rated network frequency is 50 Hz.
  • An underfrequency occurs, for example, when the grid frequency falls below 47.5 Hz and the grid frequency Nominal frequency is 50 Hz.
  • the error case can thus also be detected by the mains frequency.
  • Particularly advantageous in detecting the network frequency for error detection is that the network frequency can indicate the error case before the mains voltage has broken.
  • an error occurs when both the mains voltage is below 90% of the rated mains voltage and the mains frequency is outside a frequency range which is defined by 47.5 Hz to 52.5 Hz.
  • the fault is detected by a message from the network operator and / or by detecting a mains voltage of the first network section, wherein the thus detected network voltage is less than 90% of the nominal network voltage.
  • the error case is thus determined by the network operator in this proposal, in particular by measuring the mains voltage preferably in the first network section. Subsequently, the thus detected mains voltage is transmitted to the at least one wind turbine.
  • the fault is detected by a detection, in particular by the at least one wind turbine itself or by a control unit of the at least one wind turbine having wind farm.
  • the fault is reported by the network operator to the at least one wind turbine and the wind turbine itself then checks whether a fault really exists, for example by measuring the mains voltage of the first network section. A fault then only occurs if the measured mains voltage is outside a tolerance band, which is around the rated mains voltage.
  • the measured mains voltage is less than 90 percent of the rated mains voltage.
  • the error case is over, by a message from the network operator and / or by detecting a mains voltage of the first network section, wherein the thus detected mains voltage is greater than 70%, preferably 90%, of the rated mains voltage, if she lay underneath.
  • the mains voltage is at least for a predetermined minimum period above the respective value.
  • the end of the fault can be detected by detecting a frequency stability, wherein a frequency stability is present when the power frequency within a tolerance band for a predetermined time moves, wherein the tolerance band has an upper and a lower limit, in particular wherein the upper limit is above the rated mains frequency and the lower limit is below the rated mains frequency, in particular wherein the upper limit is 51 Hz and the lower limit is 49 Hz and the rated mains frequency is 50 Hz and / or by a network identification which is adapted to vary the fed-in reactive power and to observe the first network section in order to monitor the
  • the error case is thus present until the network operator reports that the error case is over.
  • the error case is thus defined in particular by the message of the network operator that an error has occurred until the message of the network operator that this error case is over.
  • the reported error case can thus be significantly longer than the actual physical fault in the electrical supply network.
  • the network operator who often has a much better knowledge of the electrical supply network, can decide when it makes sense that the at least one wind turbine changes back to the normal operating mode.
  • the error case is over when a mains voltage of the first network section is detected which is greater than 70% of the nominal network voltage.
  • the detection can take place both by the grid operator and by the wind power plant or by a control unit of the wind farm having at least one wind turbine itself. The detection can be done by measuring the mains voltage of the first network section.
  • the error case is over, if the grid operator reports this to the at least one wind turbine and then the wind turbine itself checks whether the grid voltage is greater than 90% of the nominal grid voltage. The error case is therefore only over when the network operator reports this and the grid voltage is really greater than 90% of the nominal grid voltage.
  • a network detection is proposed, which is set up to excite the network and to observe a first network section in order to determine the size of the first network section, preferably in order to determine the statics of the first network section. That the error case is over, can thus also be done by detecting a stable frequency and / or by a Estimating the size of the first network section, for example via the impedance of the first network section and / or by estimating the statics of the network. This can be done, for example, via a variation of the fed-in reactive power and then observe the mains frequency and / or the mains voltage. If the reactive power is increased briefly and the voltage or frequency changes greatly, the first network section is small or has not been completely rebuilt.
  • the network recovery mode comprises a synchronization mode in which the wind turbine synchronizes with the mains voltage of the first network section, preferably when the mains voltage is substantially stable.
  • the network recovery mode of the at least one wind turbine thus also includes a synchronization operation.
  • the wind turbine checks, in particular, whether the synchronization conditions for connection to the first network section, which has a network restoration voltage, are fulfilled, namely whether the terminal voltage of the wind turbine and the network restoration voltage coincide with respect to their frequency and magnitude and have the same phase position.
  • the synchronization operation is performed by a wind farm controller that controls the wind turbines of the wind farm so that the wind park clamping voltage is synchronous with the grid recovery voltage.
  • the synchronization or the synchronization operation takes place only, preferably only when the mains voltage is substantially stable, that is suitable for network restoration.
  • the network recovery mode comprises a power control, in which the wind turbine feeds electrical power into the first network section as a function of a desired power value, wherein preferably a power setpoint is predetermined by the network operator and / or the electrical power is increased so that it slows when the system deviation remains constant is tracked, in particular via an I-controller.
  • the network restoration thus comprises, preferably to the synchronization operation, a power control by means of which the electrical power, in particular the active electrical power, which is controlled at least one wind turbine.
  • the control takes place as a function of a desired power value, which specifies how much electrical power the at least one wind energy plant is to feed into the first network section.
  • this power setpoint is predetermined by the network operator, for example by a ramp function.
  • the specification of the network operator can be stored in the control of the wind turbine or transmitted directly by the network operator.
  • the wind energy equipment thus has a control comprising a power control, which can be implemented both as hardware and as software and is adapted to receive power setpoints of the network operator and / or to store power setpoints of the network operator for network restoration.
  • the control of the electrical active power seen is independent of the control of the reactive electrical power.
  • the electrical power is adjusted to a deviation of the mains frequency from the rated mains frequency in such a way that the deviation is minimized.
  • the electric power is thus, for example via an I controller, controlled so that it counteracts a frequency deviation of the mains frequency of the nominal network frequency.
  • the power control has a frequency retention, which retains a portion of the electrical power to release this if necessary for frequency maintenance of the first network section, in particular feed, and / or limits an input of electrical power, if the first network section has a network frequency, the is an overfrequency.
  • the power control is thus designed so that it deliberately withholds a portion of the electrical power in order to use this for frequency maintenance, so as to possibly support the frequency of the voltage of the electrical supply network.
  • the power control has a real power ramp with an increase, which specifies the active electrical power to be injected. If the ramp now has an active power setpoint that is greater than the potential actual power of the wind energy plant, because, for example, too little wind blows, the active power ramp is corrected downwards and in particular the Increase of the ramp reduced, in such a way that the new active power setpoint is smaller than the potential actual power of the wind turbine.
  • the difference between active power setpoint and potential actual power then forms the electrical power which is intentionally withheld in order to enable it to be used for frequency keeping of the first network section or to be offered to the network operator and fed in accordingly by the network operator when requested.
  • the feed of the at least one wind turbine is thus throttled by the frequency keeping to retain a part for the case of need.
  • the at least one wind energy installation is configured by implementing the method according to the invention to additionally provide a control power that can be used to keep the frequency of the first network section stable and / or to stabilize the frequency of the electrical supply network.
  • the wind turbine can provide this control power particularly quickly.
  • the power control has a limiter which limits the fed-in power of the at least one wind turbine if the first network section has an overfrequency. An overfrequency is present, for example, if the first network section has a nominal network frequency of 50 Hz and the network frequency is above 52.5 Hz or a network frequency is detected which is greater than 52.5 Hz.
  • the wind turbine is operated so that it retains a predetermined proportion, in particular at least 5 percent, in particular at least 10 percent of their rated power as a control power and / or fed as needed to minimize occurring frequency fluctuation in the first network section, and / or the network operator provides for further regulatory action, in particular reports.
  • the wind energy plant is thus operated in particular during the network recovery mode so that it holds back at least 5 percent of their rated power as a control power and fed only when needed to counteract occurring frequency fluctuations in the first network section.
  • the wind turbine is independent of the state operated the first network section so that it holds back at least 5 percent of their rated power as a control power.
  • the wind turbine is controlled in response to a frequency deviation.
  • the wind energy plant thus feeds an active electrical power into the first network section, which is set as a function of a deviation of the mains frequency from a predetermined setpoint frequency, for example by means of a P controller.
  • the wind turbine also has an I-controller, which is adapted to track the fed active power of the frequency deviation, preferably slowly nachumble that the deviation of the mains frequency is minimized by the rated mains frequency or is regulated.
  • a weather forecast is detected for the network recovery mode, in particular for determining a guaranteed minimum power of the at least one wind turbine, wherein the weather forecast is determined by the at least one wind turbine itself and / or retrieved by the at least one wind turbine, in particular the network operator is called.
  • the network recovery mode thus has a weather forecast, preferably for the synchronization mode and the power control.
  • the weather forecast is at least adapted to predict the prevailing wind conditions for the at least one wind turbine for at least the next two, preferably four, hours.
  • the prevailing wind conditions include at least one wind speed and one wind direction.
  • the wind speed is preferably an average wind speed normalized to normal zero. By means of a correction factor, this mean wind speed is then converted to the hub height of the corresponding wind turbine to calculate the yield of the wind turbine.
  • the average wind speed is particularly preferably a wind speed averaged over a time interval of 15 minutes.
  • a guaranteed minimum power of the at least one wind turbine is determined, in particular based on a or the weather forecast.
  • the network restoration thus also includes the determination of a guaranteed minimum power, which is determined in particular on the basis of a weather forecast.
  • a guaranteed minimum power is a power which the wind turbine can deliver in a predetermined or requested period of time, this value also being known and thus able to be guaranteed or secured with at least a probability of 3o, preferably 5o.
  • the guaranteed minimum performance is thus secured at least with a probability of 93.3% or error-free, preferably with at least a probability of 99.77% secured or error-free.
  • it is checked here, based on a weather forecast, how much wind power is available at least.
  • fluctuation ranges of the weather forecast are taken into account and then basically the power is taken, which can be delivered in any case.
  • the network restoration thus takes place as a function of the guaranteed minimum power.
  • the controllers of the wind turbine are parameterized according to the guaranteed minimum power. For example, depending on a weather forecast, a guaranteed minimum power of 2 MW is determined for the next 4 hours, the wind power plant itself having a nominal power of 4 MW.
  • the controller in particular the power control, is then set so that the maximum setpoint is 2 MW. This can be done, for example, by changing the power ramps or limiting or parameterizing a limiter.
  • a value or other information of a guaranteed minimum power of the at least one wind energy plant is transferred to the network operator as a function of the weather forecast.
  • the grid operator is given a value for the guaranteed minimum power or information about the guaranteed minimum power, for example, by the at least one wind energy plant itself or by the operator of the at least one wind energy plant, which was determined as a function of a weather forecast.
  • the grid operator can take into account the at least one wind power plant or the power that it specifies as guaranteed power as a fixed size for the network restoration.
  • Particularly advantageous here is that it also allows the network operator in the situation of a network restoration can determine an available power for the corresponding network section with a very high accuracy and can choose a corresponding schedule for network reconstruction according to this available power.
  • Such a procedure also makes it possible for the network operator to predefine the setpoint, and in particular optimized, setpoint value, in particular effective and reactive power setpoint values in the form of active and reactive power ramps for the network restoration, of the at least one wind energy plant.
  • a voltage synchronized with the mains voltage is provided by the at least one wind turbine at the first network section, in particular as a function of the weather forecast and / or as a function of a voltage setpoint of the network operator, the voltage setpoint being determined as a function of a weather forecast , was determined in particular by the network operator.
  • the at least one wind turbine or the wind farm thus provide a synchronized with the mains voltage terminal voltage, which is essentially equal to the mains voltage in terms of frequency, magnitude and phase.
  • this voltage is set as a function of a voltage setpoint of the network operator, wherein the voltage setpoint predetermines in particular the amount of the setpoint voltage value as a function of a weather forecast.
  • the weather forecast says that the prevailing wind conditions are sufficient in the coming hours, that the at least one wind turbine can be operated at rated power.
  • the voltage setpoint then has a nominal voltage value which is above the rated mains voltage, for example 105% of the rated mains voltage.
  • the voltage command specification has, for example, a nominal voltage value which is below the nominal grid voltage, for example 95% of the grid -Nominal voltage.
  • the wind energy installation then feeds a reactive power corresponding to the nominal voltage value of the nominal voltage specification, in particular in order to support the mains voltage of the first network section.
  • the wind energy installation thus has a weather-dependent reactive current feed, preferably as a function of a wind speed and a wind direction, predicts for at least 10 minutes, preferably for at least 30 minutes, particularly preferably for at least 2 hours.
  • the provision of the voltage at the first network section is carried out with a voltage control carried out in response to a voltage setpoint in order to provide a substantially stable voltage at the first network section.
  • the voltage maintenance is carried out by means of reactive power feed.
  • the wind energy plant thus has at least one reactive power feed, which is set up to keep the mains voltage stable as a function of a desired voltage setpoint, in particular to maintain a tolerance band of 10% of the rated mains voltage, so that the mains voltage is in a range of 90% to 1 10% of the rated mains voltage is located.
  • the reactive power feed is thus formed at least from a controller whose input is the detected mains voltage and whose output is a reactive power setpoint.
  • the reactive power setpoint value is set as a function of a weather forecast.
  • a method is also proposed for the reconstruction of an electrical supply network by means of a wind farm, which comprises a plurality of wind turbines, which are designed to carry out a method described above or below, the wind farm having at least one wind farm Rated power between 4MW and 400MW and is coupled to the first network section.
  • a wind farm is a functional combination of several wind turbines, which are connected in particular via a common grid connection point with the electrical supply network.
  • the network operator only has to communicate with a wind farm control system for the reconstruction of the electrical supply network, instead of having a large number of wind energy installations.
  • the at least one wind turbine has a transformer with a primary side and a secondary side, which is adapted to connect the at least one wind turbine with a or the first network section, said network section has a rated mains voltage between 10kV and 400kV.
  • the network section to which the wind farm is connected thus has a rated mains voltage between 10 kV and 400 kV.
  • the network section is connected to the secondary side of the transformer and thereby the wind turbine is set up to provide a corresponding voltage at the network section.
  • a wind turbine comprising a control unit for controlling the wind turbine, wherein the wind turbine is controlled by the control unit to carry out a method described above or below.
  • the wind turbine thus has at least one control unit which is configured to control the active power to be fed and the reactive power to be fed by means of a first operating mode, in particular a normal operating mode, a second operating mode, in particular an observation mode, and a third operating mode, in particular a network recovery mode.
  • the controller is preferably set up to control the wind energy At least temporarily, depending on a weather forecast to control.
  • the control unit also comprises a communication device that is set up to exchange data with the network operator for network restoration.
  • such a communication device is prepared to perform wireless communication.
  • FIG. 1 shows schematically a perspective view of a wind energy plant
  • Fig. 2 shows schematically a structure of an electrical supply network
  • Fig. 3 shows schematically a procedure of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows schematically a method sequence of the method according to the invention in a further embodiment.
  • FIG. 1 shows a wind energy plant 100 which is set up by means of a control unit for carrying out a method for the reconstruction of an electrical supply network.
  • the wind turbine has a tower 102 and a pod 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 1 10 is arranged at the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind in rotation and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.
  • FIG. 2 schematically shows a structure of an electric three-phase supply network 200.
  • the electrical supply network 200 has a first network section 210 and a further network section 220, each having a nominal network voltage of 25 kV.
  • the first network section 210 and the further network section 220 are coupled to one another via a switching device 230 in order to transmit electrical energy between the sections.
  • the switching device 230 is further configured to disconnect the first network section 210 from the further network section 220 in the event of an error.
  • the first and further network sections 210, 220 are also coupled via transformers 232, 234 and further switching devices 236, 238 to other network sections, which have, for example, a rated mains voltage of 110 kV.
  • the at least one wind turbine 240 which is preferably designed as a wind farm WP1, is connected via the network connection point 242 to the first network section 210 and thus to the electrical supply network 200.
  • at least one wind energy installation 240 has means for detecting 244 a status of the first network section 210, in particular for detecting the network voltage of the first network section 210.
  • the at least one wind turbine 240 is also connected via communication devices 246, 247 with the network operator 250, which are illustrated here as data lines, in particular to detect an error case and to obtain target values.
  • the data lines are designed, for example, as ripple control signals and the data is transmitted via power line communication or optical fiber.
  • the communication devices 246, 247 also other data can be transmitted, such as a weather forecast including a wind speed and a wind direction or a guaranteed minimum power of the at least one wind turbine.
  • the communication devices 246, 247 are wirelessly implemented, for example via radio or W-LAN.
  • the at least one wind turbine 210 is also connected to other wind turbines 260, in particular other wind farms WP2, via further communication devices 248, 249. This can then also be connected via communication devices 264, 266 with the network operator to exchange data.
  • the network operator is connected to other electrical generators 270 to control them.
  • This is illustrated by way of example by means of the power plant 270, which communicates with the network operator via communication device 272, 274. is, wherein the power plant 270 is connected to the other network section 220.
  • the switching device 230 triggers and disconnects the first network section from the further network section 220.
  • the first network section is then de-energized, ie it has a mains voltage of 0 kV.
  • the network operator reports an error F to the at least one wind turbine 240, whereupon it changes from a normal operating mode to the observation mode.
  • the network operator 250 will now correct the fault 280 and provide by means of a travel plan a network restoration voltage at the first network section which is, for example, greater than 70% of the rated network voltage of the first network section.
  • the grid recovery voltage is thus not provided by the at least one wind turbine 240, but only supported by it.
  • FIG. 3 shows schematically a method sequence of the method 300 according to the invention.
  • the wind energy plant is initially operated in a normal operating mode, so it feeds electrical real power and / or electrical reactive power into a first network section of the electrical supply network, which has a network frequency.
  • the feeding of the active and / or reactive electric power takes place as a function of a prevailing wind and / or as a function of the mains frequency. This is indicated by the NOR block 310.
  • the switching devices of the electrical supply network separate the first network section from the other network sections. There is thus an error case that is detected by the at least one wind turbine. This is indicated by the ERR block 320.
  • the wind turbine changes from the normal operation mode to the observation mode.
  • the wind turbine feeds no more electrical power, but observes the Status of the network section by means of voltage detection. This is indicated by the WAS block 330.
  • the network operator now triggers a timetable to rebuild the network section, in particular to rebuild or restore the grid voltage. During this time, the wind turbine detects the grid voltage until the grid section has a grid restoration voltage. This is indicated by the RVO block 340.
  • the wind turbine changes from the observation mode in a network recovery mode in which it supports the mains voltage in response to setpoints. This is indicated by the GBM block 350.
  • the wind turbine will continue to operate in the network rebuild mode until the network operator reports that the fault is over. This is indicated by the CLE block 360. If the network operator has now reported that the error has passed, the wind energy layer changes back from the network recovery mode into a normal operating mode or into the normal operating mode. This is indicated by the second NOR block 370, which may correspond to the first NOR block 310.
  • FIG. 4 schematically shows a method sequence 400 of the method according to the invention in a particularly preferred embodiment.
  • the method is essentially subdivided into the observation mode 430, the network rebuilding mode 450 and the normal operating mode 490.
  • the at least one wind turbine or the wind farm is initially operated normally or operated in a normal operating mode, so it feeds electrical active power and / or electrical reactive power in a first network section of the electrical supply network, wherein the feeding of the electrical active and / or Reactive power as a function of a prevailing wind and / or depending on a grid frequency takes place.
  • the at least one wind energy plant or the wind farm in normal operating mode monitors the Mains voltage of the first network section. This is indicated by the NOR block 410.
  • the fact that the at least one wind energy plant or the wind farm in the normal operating mode feeds active electrical and / or electrical reactive power as a function of a prevailing wind and / or as a function of a grid frequency into the first network section is indicated by the NPM block 412.
  • the at least one wind turbine or wind farm identifies a fault, which is indicated by the LU block 414, the at least one wind turbine or wind farm checks this fault in its own way. This is indicated by the CVE block 416.
  • the fault is checked in particular under a comparison of fault data and / or directly with the network operator and / or with other producers, which are also connected to the first network section. This procedure is indicated by the GOE block 418.
  • the adjustment is used in particular to determine whether there is a normal malfunction NVE or an error ERR in the first network section.
  • the at least one wind turbine or the wind farm changes into a network support mode. This is indicated by the SWM block 442.
  • This network support mode keeps the at least one wind turbine or the wind farm until the frequency fluctuation is over. That the frequency fluctuation is over is indicated by CLN block 426. Whether the frequency fluctuation is over can either be detected by the at least one wind power plant or the wind farm itself or retrieved from the grid operator.
  • the at least one wind energy plant or the wind farm changes back to the normal operating mode. This is indicated by the NOR block 428.
  • the at least one wind turbine or the wind farm according to the invention changes into an observation mode, which is indicated by the WAS block 430.
  • the observation mode the at least one wind turbine or the wind farm feeds no electrical power into the electrical supply network. This is indicated by the SSM block 432.
  • the at least one wind turbine in the observation mode preferably generates as much electrical power as it requires for its own use.
  • the at least one wind turbine or the wind farm also constantly generates weather forecasts W or queries them from the grid operator or another provider.
  • the at least one wind turbine or wind farm transmits a guaranteed minimum power P to the grid operator.
  • the weather forecasts can also be received and / or transmitted via the plant operator and / or a central control room, with the central control room being responsible for managing or controlling a plurality of wind energy installations at different sites. This is indicated by the GOW block 434.
  • the at least one wind turbine or the wind farm in the observation mode checks the status of the first network section, in particular whether a network restoration voltage RVO is present in the first network section. This is indicated by the GWR block 436.
  • the at least one wind turbine or the wind farm changes into the network recovery mode, which is indicated by the GBM block 450.
  • the at least one wind turbine or the wind farm synchronizes with the grid recovery voltage of the first network section, without first feeding electrical power into the first network section.
  • the wind turbine is operated at a speed that is above a speed that is commonly used at the prevailing wind speed and often based on a speed-power curve is determined.
  • the wind turbine or wind turbine Energy systems of the wind farm thus have an overspeed in the network recovery mode.
  • the ZPM block 452 the at least one wind turbine or the wind farm requests or receives nominal values for the network restoration, which can thus be predefined, these target values being determined by the grid operator as a function of the guaranteed minimum power. This is indicated by the VCO block 454.
  • the wind turbine begins slowly and steadily increase the power fed, in particular the injected active power.
  • the at least one wind energy plant or the wind farm thus participates in a frequency maintenance of a frequency of the first network section during the network rebuilding mode. This is indicated by the FBM block 458.
  • the at least one wind turbine or the wind farm continues to communicate with the network operator, in particular in order to query the status of the first network section. This is indicated by the GOC block 459.
  • the network operator now reports that the error situation is over, which is indicated by the CLE block 460, the at least one wind energy plant or the wind farm changes back into the normal operating mode. This is indicated by the NOR block 490.
  • the network restoration is then completed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes eines Netzbetreibers mittels wenigstens einer Windenergieanlage, wobei das elektrische Versorgungsnetz einen ersten Netzabschnitt und wenigstens einen weiteren Netzabschnitt aufweist, wobei der erste Netzabschnitt mit der wenigstens einen Windenergieanlage verbunden ist, und eine erste Netz-Nenn-Spannung aufweist, der erste Netzabschnitt über wenigstens eine Schalteinrichtung mit dem wenigstens einen weiteren Netzabschnitt gekoppelt ist, um elektrische Energie zwischen den Netzabschnitten zu übertragen, wobei die wenigstens eine Schalteinrichtungen dazu eingerichtet ist, in einem Fehlerfall den ersten Netzabschnitt von dem wenigstens einen weiteren Netzabschnitt zu trennen, umfassend die Schritte, Betreiben der wenigstens einen Windenergieanlage in einem Beobachtungsmodus, wenn der Fehlerfall auftritt, wobei die Windenergieanlage in dem Beobachtungsmodus nicht in den ersten Netzabschnitt einspeist und ein Status des ersten Netzabschnittes überprüft wird und Betreiben der wenigstens einen Windenergieanlage in einem Netzwiederaufbaumodus, wenn der erste Netzabschnitt eine Netzwiederaufbauspannung aufweist und Wiederbetreiben der wenigstens einen Windenergieanlage in einem Normalbetriebsmodus, sobald der Fehlerfall vorüber ist.

Description

Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes eines Netzbetreibers mittels wenigstens einer Windenergieanlage. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage sowie einen Windpark.
Das Betreiben eines elektrischen Versorgungsnetzes, wie bspw. des europäischen Verbundnetzes, ist allgemein bekannt.
Ganz generell weisen die elektrischen Versorgungsnetze hierbei mehrere Netzabschnitte mit einer Netz-Nenn-Spannung und einer Netz-Nenn-Frequenz auf, die über Schalteinrichtungen miteinander verbunden sind.
Die Netzabschnitte sind dabei sowohl horizontal, also mit einer gleichen Netz- Nenn-Spannung, als auch vertikal, also mit unterschiedlicher Netz-Nenn- Spannung, zu einander angeordnet und über Schalteinrichtungen und ggf. Transformatorstationen miteinander verbunden.
Die Schalteinrichtungen sind dabei für einen Schutz des elektrischen Versorgungsnetzes vorgesehen. Insbesondere soll durch eine Abtrennung von Netzabschnitten, die einen Netzfehler aufweisen, d.h. sogenannte gestörte Netzabschnitte, ein ordentlicher (Weiter-)Betrieb der anderen bzw. weiteren Netzabschnitte gewährleistet werden. Durch verschiedenartige Netzfehler bzw. Störungen, wie zum Beispiel durch einen Ausfall mehrerer Kraftwerke in einem Netzabschnitt, kann es dazu kommen, dass die Spannung des elektrischen Versorgungsnetzes, insbesondere die Netzspannung des gestörten Netzabschnittes, einbricht bzw. aus- oder wegfällt. Der von dieser Störung betroffene Netzabschnitt weist also im Wesentlichen eine Netzspannung auf, die für einen ordentlichen Betrieb des entsprechenden Netzabschnittes unzureichend ist. Der entsprechende Netzabschnitt wird dann üblicherweise mittels der Schalteinrichtungen spannungsfrei geschaltet, also aus dem elektrischen Versorgungsnetz herausgetrennt bzw. von anderen, mit diesem Netzabschnitt gekoppelten, Netzabschnitten getrennt. Dies wird umgangssprachlich auch als Stromausfall bezeichnet.
Im Falle einer Großstörung können auch mehrere Netzabschnitte keine Netzspannung mehr aufweisen oder das elektrische Versorgungsnetz kann einen blackout aufweisen, wie beispielsweise 2003 in Italien oder 201 1 in den USA geschehen. Für einen solchen Fall sieht der Netzbetreiber des elektrischen Versorgungsnetzes bzw. des gestörten Netzabschnittes üblicherweise vor, dass die Netzspannung nach der Klärung des Fehlers mittels großer konventioneller Kraftwerke wieder aufgebaut und stabilisiert wird, bevor der entsprechende Netzabschnitt bzw. das elektrische Versorgungsnetz wieder ordentlich betrieben wird. Insbesondere sieht der Netzbetreiber vor, dass im Falle eines Spannungsausfalles die konventionellen Kraftwerke die Netzspannung in dem betroffenen Netzabschnitt wiederaufbauen und stabilisieren. Dieser Vorgang wird auch als Netzwiederaufbau bezeichnet.
Der Wiederaufbau der Netzspannung des gestörten bzw. spannungslosen Netzabschnittes kann dabei grundsätzlich mittels schwarzstartfähiger Kraftwerke oder mittels eines über Schalteinrichtungen benachbarten weiteren Netzabschnittes erfolgen.
Auf diese Weise wird für den gestörten Netzabschnitt eine Netzwiederaufbauspannung bereitgestellt, die üblicherweise instabil ist bzw. unterhalb der Netz-Nenn- Spannung des Netzabschnittes liegt. Der gestörte Netzabschnitt weist hierdurch zwar wieder eine Netzspannung auf, kann aber noch nicht ordentlich betrieben werden. Entsprechend eines Fahrplanes des Netzbetreibers werden nun nach und nach weitere Verbraucher und konventionelle Kraftwerke aufgeschaltet, solange bis der Netzabschnitt wieder ordentlich betreibbar ist.
Erst jetzt können sich weitere Verbraucher und Erzeuger wieder ordnungsgemäß auf den Netzabschnitt aufschalten bzw. wieder ordnungsgemäß betrieben werden.
In Anbetracht der Tatsache, dass regenerative Erzeuger immer mehr an Bedeutung gewinnen, kann es für den Netzwiederaufbau kritisch sein, dass im Falle von Spannungsausfällen bzw. blackouts die entsprechende Netzspannung des vom Spannungsausfall betroffenen Netzabschnittes durch eine Vielzahl von konventio- nellen Kraftwerken stabilisiert wird, ohne die vielen regenerativen Erzeuger zu berücksichtigen.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: EP 1 993 184 A1 und EP 1 665 494 B1 . Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren, insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die es ermöglicht eine Netzspannung eines Netzabschnittes eines elektrischen Versorgungsnetzes während des Wiederaufbau des elektrischen Versorgungsnetzes zu stützen, ohne den größenflächigen und/oder ausschließlichen Einsatz konventioneller Kraftwerke. Zumindest aber soll eine Alternative zu bisher bekannten Lösungen vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes eines Netzbetreibers mittels wenigstens einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Demnach ist die Windenergieanlage mit einem ersten Netzabschnitt verbunden, wobei der erste Netzabschnitt eine Netz- Nenn-Spannung aufweist und über wenigstens eine Schalteinrichtung mit einem weiteren Netzabschnitt gekoppelt ist, wobei die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem Fehlerfall den ersten Netzabschnitt von dem wenigstens einen weiteren Netzabschnitt zu trennen. Unter einem Fehlerfall ist insbesondere ein Spannungsausfall der Netzspannung des ersten Netzabschnittes zu verstehen, der beispielsweise durch einen Kurz- schluss im ersten Netzabschnitt verursacht worden ist. Bei einem Spannungsausfall weist der betroffene Netzabschnitt üblicherweise keine Netzspannung mehr auf. Unter einem Fehlerfall wird aber auch ein Spannungseinbruch verstanden, der beispielsweise ebenfalls durch einen Kurzschluss im ersten Netzabschnitt hervorgerufen worden ist. Bei einem Spannungseinbruch weist der betroffene Netzabschnitt zwar eine Netzspannung auf, diese ist aber derart instabil und/oder derart niedrig, dass der Netzabschnitt nicht ordnungsgemäß betrieben werden kann. Sofern ein Fehlerfall eintritt bzw. erkannt wurde, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage in einem Beobachtungsmodus betrieben wird. Die wenigstens eine Windenergieanlage wechselt somit von einem Normalbetriebsmodus in den Beobachtungsmodus. Im Beobachtungsmodus speist die wenigstens eine Windenergieanlage keine elektrische Leistung in den ersten Netzabschnitt ein, überprüft aber einen Status des Netzabschnittes, insbesondere darauf, ob der Netzabschnitt eine Netzwiederaufbauspannung aufweist.
Der Status des ersten Netzabschnittes kann beispielsweise mittels einer Spannungserfassung überprüft oder beim Netzbetreiber abgefragt werden. Die Spannungserfassung selbst kann durch Messung der Netzspannung des ersten Netz- abschnittes erfolgen, insbesondere mittels der wenigstens einen Windenergieanlage oder mittels eines Parkregler des entsprechenden Windparks.
Im Beobachtungsmodus speist die wenigstens eine Windenergieanlage somit keine elektrische Leistung in den ersten Netzabschnitt ein und überwacht zugleich den Status des ersten Netzabschnittes. Bevorzugt wird ferner im Beobachtungs- modus die Netzspannung erfasst, um festzustellen, ob eine Netzwiederaufbauspannung im ersten Netzabschnitt vorliegt, also insbesondere ob der erste Netzabschnitt wieder eine Netzspannung aufweist bzw. eine quasi-stabile Spannung aufweist. Das Erfassen der Netzspannung kann hierbei durch die wenigstens eine Windenergieanlage erfolgen, beispielsweise durch ein Spannungsmessgerät. Die Netzwiederaufbauspannung ist dabei insbesondere eine stabile Netzspannung, die einen Betrag aufweist, der innerhalb eines Toleranzbandes der Netz-Nenn- Spannung liegt. Das Toleranzband kann beispielsweise 10% Prozent der Netz- Nenn-Spannung betragen, sodass die entsprechende Spannung von 90% bis 1 10% der Netz-Nenn-Spannung reicht. Eine solche Spannung wird dann als stabil angesehen. Eine Netzwiederaufbauspannung liegt somit vor, wenn sich die Netzspannung stabil innerhalb des Toleranzbandes bewegt, insbesondere über mehrere Minuten hinweg, beispielsweise mehr als 10 Minuten. Bevorzugt erzeugt die wenigstens eine Windenergieanlage im Beobachtungsmodus zudem so viel elektrische Energie wie sie für den Eigenbedarf benötigt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die wenigstens eine Windenergieanlage stark gedrosselt betrieben wird, beispielsweise mit 1 % der Nennleistung der Windenergieanlage. Diese im gedrosselten Betrieb erzeugte elektrische Ener- gie wird dann beispielsweise dazu verwendet die Befeuerungseinrichtungen der wenigstens einen Windenergieanlage und/oder die Heizungen der wenigstens einen Windenergieanlage zu betreiben und/oder eine Kommunikationseinrichtung zum Netzbetreiber zu versorgen und/oder den Azimutwinkel der Gondel der wenigstens einen Windenergieanlage zu verstellen, insbesondere um die wenigstens eine Windenergieanlage in den Wind zu drehen bzw. im Wind auszurichten. Der Beobachtungsmodus der wenigstens einen Windenergieanlage umfasst somit bevorzugt einen Eigenbedarfsmodus, der auch als seif sustaining mode bezeichnet werden kann, in dem sich die wenigstens eine Windenergieanlage mit elektrischer Energie selbst versorgt. Wird im Beobachtungsmodus nun festgestellt, dass eine Netzwiederaufbauspannung vorliegt, insbesondere eine Netzspannung mit der der erste Netzabschnitt mittels wenigstens einer Windenergieanlage wiederaufgebaut werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage in einem Netzwiederaufbaumodus betrieben wird bzw. diesen Modus wechselt. Es wird somit vor- geschlagen, dass die wenigstens eine Windenergieanlage ihren Betriebsmodus wechselt, bevorzugt von dem Beobachtungsmodus in einen bzw. den Netzwiederaufbaumodus, wenn der erste Netzabschnitt eine Netzwiederaufbauspannung aufweist, insbesondere um die Netzspannung zu stützen.
Im Netzwiederaufbaumodus weist die Windenergieanlage dann bevorzugt eine Steuerung in Abhängigkeit von einer Soll-Spannung auf. Die Windenergieanlage variiert demnach im Netzwiederaufbau ihre eingespeiste Blindleistung so, dass die Netzspannung möglichst stabil gehalten wird. Die Windenergieanlage speist also im Wesentlichen so viel elektrische Blindleistung in den ersten Netzabschnitt ein, wie nötig ist, um die Netzspannung stabil zu halten, insbesondere um die Netzspannung in einem Toleranzband zu halten, welches in einer Ausführungsform 90 bis 1 10 Prozent der Netz-Nenn-Spannung beträgt. Bevorzugt erfasst die Windenergieanlage dabei im Netzwiederaufbaumodus die Netzspannung des ersten Netzabschnittes. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zudem die eingespeiste elektrische Wirkleistung der wenigstens einen Windenergieanlage mittels eines Wirkleistungssollwertes gesteuert, der durch den Netzbetreiber vorgegeben ist. Demnach wird die elektrische Blindleistung in Abhängigkeit einer Soll- Spannung eingestellt und die elektrische Wirkleistung einem Wirkleistungssollwert nachgeführt, der vom Netzbetreiber vorgegeben ist.
Ist nun der Fehlerfall vorüber, wird die Windenergieanlage in einem Normalbetriebsmodus weiter betrieben bzw. wieder im Normalbetriebsmodus betrieben. Dies erfolgt bevorzugt auf ein Signal des Netzbetriebs hin, welches anzeigt, dass der Fehlerfall vorüber ist. Im Normalbetriebsmodus speist die Windenergieanlage dann wieder elektrische Wirk- und Blindleistung ein, insbesondere in Abhängigkeit eines vorherrschenden Windes und/oder einer Netzfrequenz des ersten Netzabschnittes.
Vorzugsweise ist der Fehlerfall ein Spannungsfall im ersten Netzabschnitt und/oder eine Überfrequenz im ersten Netzabschnitt und/oder eine Unterfrequenz im ersten Netzabschnitt. Der Fehlerfall tritt somit in dem Netzabschnitt auf, mit dem die wenigstens eine Windenergieanlage verbunden ist.
Zudem ist der Fehler ein Spannungsfall, insbesondere ein Spannungseinbruch, bei dem die Netzspannung wenigstens einen Spannungswert unterschreitet, der wesentlich kleiner ist als die Netz-Nenn-Spannung, beispielsweise kleiner ist als 90% der Netz-Nenn-Spannung. Je nach Aufbau des Netzabschnittes bzw. des elektrischen Versorgungsnetzes kann dieser Spannungswert auch kleiner sein als 90% der Netz-Nenn-Spannung.
Ferner kann der Fehler aber auch eine Überfrequenz bzw. eine Unterfrequenz sein. Eine Überfrequenz liegt beispielsweise vor, wenn die Netzfrequenz 52,5 Hz überschreitet und die Netz-Nenn-Frequenz 50 Hz ist. Eine Unterfrequenz liegt beispielsweise vor wenn die Netzfrequenz 47,5 Hz unterschreitet und die Netz- Nenn-Frequenz 50 Hz ist. Der Fehlerfall kann somit auch durch die Netzfrequenz erfasst werden. Besonders vorteilhaft bei einem Erfassen der Netzfrequenz zur Fehlerfallermittlung ist, dass die Netzfrequenz den Fehlerfall anzeigen kann, bevor die Netzspannung eingebrochen ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungs- form liegt ein Fehlerfall vor, wenn sowohl die Netzspannung unterhalb 90% der Netz-Nenn-Spannung liegt und die Netzfrequenz außerhalb eines Frequenzbereiches liegt, der von 47,5 Hz bis 52,5 Hz definiert ist.
Vorzugsweise wird der Fehlerfall durch eine Meldung des Netzbetreibers und/oder durch ein Erfassen einer Netzspannung des ersten Netzabschnittes festgestellt, wobei die so erfasste Netzspannung kleiner ist als 90% der Netz-Nenn-Spannung.
Der Fehlerfall wird bei diesem Vorschlag somit durch den Netzbetreiber festgestellt, insbesondere durch Messung der Netzspannung bevorzugt im ersten Netzabschnitt. Anschließend wird die so erfasste Netzspannung an die wenigstens eine Windenergieanlage übermittelt. Außerdem oder alternativ wird der Fehlerfall durch ein Erfassen, insbesondere durch die wenigstens eine Windenergieanlage selbst oder durch eine Steuereinheit eines die wenigstens eine Windenergieanlage aufweisenden Windpark festgestellt. Besonders bevorzugt wird der Fehlerfall durch den Netzbetreiber an die wenigstens eine Windenergieanlage gemeldet und die Windenergieanlage selbst prüft daraufhin, ob ein Fehlerfall wirklich vorliegt, bei- spielsweise durch Messen der Netzspannung des ersten Netzabschnittes. Ein Fehlerfall liegt dann nur vor, sofern die gemessene Netzspannung auch außerhalb eines Toleranzbandes ist, welches um die Netz-Nenn-Spannung liegt. Bevorzugt ist die gemessene Netzspannung kleiner als 90 Prozent der Netz-Nenn-Spannung.
Vorzugsweise wird erkannt, dass der Fehlerfall vorüber ist, durch eine Meldung des Netzbetreibers und/oder durch ein Erfassen einer Netzspannung des ersten Netzabschnittes, wobei die so erfasste Netzspannung größer ist als 70%, bevorzugt 90 %, der Netz-Nenn-Spannung, wenn sie zuvor darunter lag. Insbesondere wird dazu vorgeschlagen, dass die Netzspannung dazu wenigstens für einen vorbestimmten Mindestzeitraum über dem jeweiligen Wert liegt. Außerdem oder alternativ kann das Ende des Fehlerfalls erfasst werden, durch ein Erfassen einer Frequenzstabilität, wobei eine Frequenzstabilität vorliegt, wenn die Netzfrequenz sich innerhalb eines Toleranzbandes für einen vorbestimmten Zeit- räum bewegt, wobei das Toleranzband eine obere und einer untere Grenze aufweist, insbesondere wobei die obere Grenze oberhalb der Netz-Nenn-Frequenz liegt und die untere Grenze unterhalb der Netz-Nenn-Frequenz liegt, insbesondere wobei die obere Grenze 51 Hz beträgt und die untere Grenze 49 Hz und die Netz- Nenn-Frequenz 50 Hz ist und/oder durch eine Netzerkennung, die dazu eingerichtet ist, die eingespeiste Blindleistung zu variieren und den ersten Netzabschnitt zu beobachten, um die
Der Fehlerfall liegt somit solange vor, bis der Netzbetreiber meldet, dass der Fehlerfall vorüber ist. Der Fehlerfall ist somit insbesondere definiert von Meldung des Netzbetreibers, dass ein Fehlerfall vorliegt, bis Meldung des Netzbetreibers, dass dieser Fehlerfall vorüber ist. Der gemeldete Fehlerfall kann somit deutlich länger vorliegen als der eigentliche physikalische Fehler im elektrischen Versorgungsnetz. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass der Netzbetreiber, der häufig eine deutlich bessere Kenntnis über das elektrische Versorgungsnetz hat, darüber entscheiden kann, wann es sinnvoll ist, dass die wenigstens eine Windenergieanlage wieder in den Normalbetriebsmodus wechselt.
Alternativ ist der Fehlerfall vorüber, wenn eine Netzspannung des ersten Netzabschnittes erfasst wird, die größer ist als 70% der Netz-Nenn-Spannung. Das Erfassen kann sowohl durch den Netzbetreiber als auch durch die Windenergieanlage bzw. durch eine Steuereinheit eines die wenigstens eine Windenergieanlage aufweisenden Windparks selbst erfolgen. Das Erfassen kann dabei durch Messen der Netzspannung des ersten Netzabschnittes erfolgen.
Besonders bevorzugt ist der Fehlerfall vorüber, wenn der Netzbetreiber dies an die wenigstens eine Windenergieanlage meldet und die Windenergieanlage daraufhin selbst prüft, ob die Netzspannung größer ist als 90% der Netz-Nenn-Spannung. Der Fehlerfall ist also nur dann vorüber, wenn der Netzbetreiber dies meldet und die Netzspannung auch wirklich größer ist als 90% der Netz-Nenn-Spannung.
Gemäß einer Variante wird eine Netzerkennung vorgeschlagen, die dazu eingerichtet ist, das Netz anzuregen und einen ersten Netzabschnitt zu beobachten, um die Größe des ersten Netzabschnittes zu bestimmen, bevorzugt um die Statik des ersten Netzabschnittes zu bestimmen. Dass der Fehlerfall vorüber ist, kann somit auch durch ein Erfassen einer stabilen Frequenz erfolgen und/oder durch ein Abschätzen der Größe des ersten Netzabschnittes, beispielsweise über die Impedanz des ersten Netzabschnittes und/oder durch eine Abschätzung der Statik des Netzes. Dies kann beispielsweise über eine Variation der eingespeisten Blindleistung erfolgen und anschließenden beobachten, der Netzfrequenz und/oder der Netzspannung. Wird die Blindleistung kurz erhöht und die Spannung oder Frequenz verändert sich stark, so ist der erste Netzabschnitt klein bzw. noch nicht vollständig wieder aufgebaut. Ist die Reaktion auf die Variation der eingespeisten Blindleistung auf den ersten Netzabschnitt hingegen gering, so ist davon auszugehen, dass der Fehlerfall vorüber ist. Vorzugsweise umfasst der Netzwiederaufbaumodus einen Synchronisationsbetrieb, in dem sich die Windenergieanlage mit der Netzspannung des ersten Netzabschnittes synchronisiert, bevorzugt wenn die Netzspannung im Wesentlichen stabil ist.
Der Netzwiederaufbaumodus der wenigstens einen Windenergieanlage umfasst somit zudem eine Synchronisationsbetrieb. Im Synchronisationsbetrieb prüft die Windenergieanlage insbesondere ob die Sychronisierungsbedingungen zum Aufschalten auf den ersten Netzabschnitt, der eine Netzwiederaufbauspannung aufweist, erfüllt sind, nämlich ob die Klemmspannung der Windenergieanlage und die Netzwiederaufbauspannung hinsichtlich ihrer Frequenz und Beträge überein- stimmen und die gleiche Phasenlage aufweisen. Im Falle, dass die wenigstens eine Windenergieanlage einen Windpark ausbildet, wird der Synchronisationsbetrieb durch einen Windparkregler ausgeführt, der die Windenergieanlagen des Windparks so steuert, dass die Windparkklemmspannung mit der Netzwiederaufbauspannung synchron ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Synchronisation bzw. der Synchronisationsbetrieb erst, bevorzugt nur, wenn die Netzspannung im Wesentlichen stabil ist, also zum Netzwiederaufbau geeignet ist.
Vorzugsweise umfasst der Netzwiederaufbaumodus eine Leistungssteuerung, bei der die Windenergieanlage eine elektrische Leistung in Abhängigkeit eines Leis- tungssollwertes in den ersten Netzabschnitt einspeist, wobei bevorzugt ein Leistungssollwert vom Netzbetreiber vorgegeben wird und/oder die elektrische Leistung so erhöht, dass sie bei einer bleibenden Regelabweichung langsam nachgeführt wird, insbesondere über einen I-Regler. Der Netzwiederaufbau umfasst somit, bevorzugt zu dem Synchronisationsbetrieb, eine Leistungssteuerung mittels der die elektrische Leistung, insbesondere die elektrische Wirkleistung, der wenigstens einen Windenergieanlage gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt dabei in Abhängigkeit eines Leistungssollwertes, der vorgibt wie viel elektrische Leistung die wenigstens eine Windenergieanlage in den ersten Netzabschnitt einspeisen soll. Bevorzugt wird dieser Leistungssollwert durch den Netzbetreiber vorgegeben, beispielsweise durch eine Rampenfunktion. Die Vorgabe des Netzbetreibers kann dabei in der Steuerung der Windenergieanlage hinterlegt sein oder durch den Netzbetreiber direkt übermittelt werden. Die Windenergie- anläge weist somit eine Steuerung auf, die eine Leistungssteuerung umfasst, die sowohl als Hardware als auch als Software implementiert sein kann und dazu eingerichtet ist, Leistungssollwerte des Netzbetreibers zu empfangen und/oder Leistungssollwerte des Netzbetreibers für den Netzwiederaufbau zu speichern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Steuerung der elektri- sehen Wirkleistung unabhängig von der Steuerung der elektrischen Blindleistung.
Außerdem oder alternativ wird die elektrische Leistung einer Abweichung der Netzfrequenz von der Netz-Nenn-Frequenz so nachgeführt, dass die Abweichung minimiert wird. Die elektrische Leistung wird somit, beispielsweise über einen I- Regler, so gesteuert, dass sie einer Frequenzabweichung der Netzfrequenz von der Netz-Nenn-Frequenz entgegenwirkt.
Vorzugsweise weist die Leistungsteuerung eine Frequenzhaltung auf, die einen Teil der elektrischen Leistung zurückhält, um diesen bei Bedarf zur Frequenzhaltung des ersten Netzabschnittes freizugeben, insbesondere einzuspeisen, und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung begrenzt, wenn der erste Netzab- schnitt eine Netzfrequenz aufweist, die eine Überfrequenz ist.
Die Leistungssteuerung ist somit so ausgelegt, dass sie einen Teil der elektrischen Leistung bewusst zurückhält, um diese für eine Frequenzhaltung zu verwenden, also um damit ggf. die Frequenz der Spannung des elektrischen Versorgungsnetzes zu stützen. Beispielsweise weist die Leistungssteuerung eine Wirkleistungs- rampe mit einem Anstieg auf, die die einzuspeisende elektrische Wirkleistung vorgibt. Weist die Rampe nun einen Wirkleistungssollwert auf, der größer ist als die potentielle Ist-Leistung der Windenergieanlage, weil beispielsweise zu wenig Wind weht, wird die Wirkleistungsrampe nach unten korrigiert und insbesondere der Anstieg der Rampe gemindert, und zwar so, dass der neue Wirkleistungssollwert kleiner ist als die potentielle Ist-Leistung der Windenergieanlage. Die Differenz aus Wirkleistungssollwert und potentieller Ist-Leistung bildet dann die elektrische Leistung aus, die bewusst zurückgehalten wird, um diese bei Bedarf zur Fre- quenzhaltung des ersten Netzabschnittes freizugeben bzw. dem Netzbetreiber anzubieten und bei Abfrage durch den Netzbetreiber entsprechend einzuspeisen. Die Einspeisung der wenigstens einen Windenergieanlage wird somit durch die Frequenzhaltung gedrosselt, um einen Teil für den Bedarfsfall zurückzuhalten.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die wenigstens eine Windenergieanlage durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu eingerichtet ist, zusätzlich eine Regelleistung bereitzustellen, die dazu verwendet werden kann, die Frequenz des ersten Netzabschnittes stabil zu halten und/oder die Frequenz des elektrischen Versorgungsnetzes zu stabilisieren. Darüber hinaus kann die Windenergieanlage diese Regelleistung besonders schnell bereitstellen. Außerdem oder alternativ weist die Leistungssteuerung eine Begrenzer auf, der die eingespeiste Leistung der wenigstens einen Windenergieanlage begrenzt, wenn der erste Netzabschnitt eine Überfrequenz aufweist. Eine Überfrequenz liegt beispielsweise vor, wenn der erste Netzabschnitt eine Netz-Nenn-Frequenz von 50 Hz aufweist und die Netzfrequenz oberhalb von 52,5 Hz liegt bzw. eine Netzfre- quenz erfasst wird, die größer ist als 52,5 Hz.
Vorzugsweise wird die Windenergieanlage so betrieben, dass sie einen vorbestimmten Anteil, insbesondere wenigstens 5 Prozent, insbesondere wenigstens 10 Prozent, ihrer Nennleistung als Regelleistung zurückhält und/oder bei Bedarf einspeist, um auftretende Frequenzschwankung in dem ersten Netzabschnitt zu minimieren, und/oder dem Netzbetreiber für weitere Regelungsmaßnahmen bereitstellt, insbesondere meldet.
Die Windenergieanlage wird somit insbesondere während des Netzwiederaufbaumodus so betrieben, dass sie wenigstens 5 Prozent ihrer Nennleistung als Regelleistung zurückhält und erst bei Bedarf einspeist, um auftretenden Frequenz- Schwankungen im ersten Netzabschnitt zu begegnen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Windenergieanlage unabhängig vom Zustand des ersten Netzabschnittes so betrieben, dass sie wenigstens 5 Prozent ihrer Nennleistung als Regelleistung zurückhält.
Außerdem oder alternativ wird die Windenergieanlage in Abhängigkeit einer Frequenzabweichung gesteuert. Die Windenergieanlage speist somit eine elektrische Wirkleistung in den ersten Netzabschnitt ein, die in Abhängigkeit einer Abweichung der Netzfrequenz von einer vorbestimmten Sollfrequenz eingestellt wird, beispielsweise mittels eines P-Reglers. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Windenergieanlage zudem einen I-Regler auf, der dazu eingerichtet ist, die eingespeiste Wirkleistung der Frequenzabweichung so nachzuführen, bevor- zugt langsam nachzuführen, dass die Abweichung der Netzfrequenz von der Netz- Nenn-Frequenz minimiert wird bzw. ausgeregelt wird.
Vorzugsweise wird für den Netzwiederaufbau modus eine Wetterprognose erfasst, insbesondere zum Bestimmen einer garantierten Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage, wobei die Wetterprognose durch die wenigstens eine Windenergieanlage selbst ermittelt und/oder durch die wenigstens eine Windenergieanlage abgerufen wird, insbesondere beim Netzbetreiber abgerufen wird.
Der Netzwiederaufbaumodus weist somit, bevorzugt zu dem Synchronisationsbetrieb und der Leistungssteuerung, eine Wetterprognose auf. Bevorzugt ist die Wetterprognose wenigstens dazu geeignet, die vorherrschenden Windverhältnisse für die wenigstens eine Windenergieanlage für wenigstens die nächsten zwei, bevorzugt vier, Stunden vorherzusagen. Besonders bevorzugt umfassen die vorherrschenden Windverhältnisse dabei wenigstens eine Windgeschwindigkeit und eine Windrichtung.
Die Windgeschwindigkeit ist bevorzugt eine mittlere Windgeschwindigkeit, die auf Normalnull normiert ist. Mittels eines Korrekturfaktors wird diese mittlere Windgeschwindigkeit dann auf die Nabenhöhe der entsprechenden Windenergieanlage umgerechnet, um den Ertrag der Windenergieanlage zu berechnen. Die mittlere Windgeschwindigkeit ist besonders bevorzugt eine Windgeschwindigkeit, die auf ein Zeitintervall von 15 Minuten gemittelt ist. Mittels der Wetterprognose, und insbesondere unter Berücksichtigung geografi- scher Daten des Standortes der wenigstens einen Windenergieanlage, wie bei- spielsweise Onshore oder Offshore, wird eine garantierte Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage bestimmt. Die Wetterprognose selbst kann dabei durch die wenigstens eine Windenergieanlage selbst oder den Netzbetreiber durchgeführt werden, wobei der Netzbetreiber dann die Wetterprognose bevorzugt an die wenigstens eine Windenergieanlage übermittelt. Das Bestimmen der garantierten Mindestleistung erfolgt dann durch die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. dessen Betreiber.
Vorzugsweise wird eine garantierte Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage bestimmt, insbesondere basierend auf einer bzw. der Wetterprog- nose.
Der Netzwiederaufbau umfasst somit auch das Bestimmen einer garantierten Mindestleistung, die insbesondere auf Basis einer Wetterprognose ermittelt wird. Eine garantierte Mindestleistung ist eine Leistung, die die Windenergieanlage in einem vorbestimmten oder angefragten Zeitraum liefern kann, wobei dieser Wert auch bekannt ist und somit garantiert werden kann bzw. mit wenigsten einer Wahrscheinlichkeit von 3o, bevorzugt 5o, gesichert ist. Die garantierte Mindestleistung ist somit wenigstens mit einer Wahrscheinlichkeit von 93,3% gesichert bzw. fehlerfrei, bevorzugt mit wenigstens einer Wahrscheinlichkeit von 99,77% gesichert bzw. fehlerfrei. Besonders wird hier aufgrund einer Wettervorhersage geprüft, wie viel Windleistung wenigstens zur Verfügung steht. Es werden also Schwankungsbreiten der Wetterprognose mit berücksichtigt und dann wird im Grunde die Leistung genommen, die in jedem Fall geliefert werden kann. Der Netzwiederaufbau erfolgt somit in Abhängigkeit der garantierten Mindestleistung. Insbesondere werden die Regler der Windenergieanlage in Abhängigkeit der garantierten Mindestleistung entsprechend parametriert. Beispielsweise wird in Abhängigkeit einer Wetterprognose eine garantierte Mindestleistung von 2 MW für die nächsten 4 Stunden ermittelt, wobei die Windenergieanlage selbst eine Nennleistung von 4 MW aufweist. Der Regler, insbesondere die Leistungssteuerung, wird dann so eingestellt, dass der maximale Sollwert 2 MW beträgt. Dies kann beispielsweise durch Veränderun- gen der Leistungsrampen oder Begrenzung bzw. einer Parametrierung eines Begrenzers erfolgen. Vorzugsweise wird ein Wert oder eine andere Information einer garantierten Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage an den Netzbetreiber in Abhängigkeit einer bzw. der Wetterprognose übergeben.
Hierbei wird dem Netzbetreiber beispielsweise durch die wenigstens eine Wind- energieanlage selbst oder durch den Betreiber der wenigstens einen Windenergieanlage ein Wert für die garantierte Mindestleistung bzw. eine Information über die garantierte Mindestleistung übergeben, die in Abhängigkeit einer Wetterprognose ermittelt wurde. Damit kann der Netzbetreiber für den Netzwiederaufbau die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. die von ihr als garantierte Leistung ange- gebene Leistung als feste Größe mit berücksichtigen.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass damit auch der Netzbetreiber in der Situation eines Netzwiederaufbaues eine verfügbare Leistung für den entsprechenden Netzabschnitt mit einer sehr hohen Genauigkeit bestimmen kann und entsprechend dieser verfügbaren Leistung einen entsprechenden Fahrplan für den Netz- Wiederaufbau wählen kann. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht es dem Netzbetreiber auch, der wenigstens einen Windenergieanlage gezielte, und insbesondere optimierte, Sollwert, insbesondere Wirk- und Blindleistungssollwerte in Form von Wirk- und Blindleistungsrampen für den Netzwiederaufbau, vorzugeben.
Vorzugsweise wird eine mit der Netzspannung synchronisierte Spannung durch die wenigstens eine Windenergieanlage an dem ersten Netzabschnitt bereitgestellt, insbesondere in Abhängigkeit einer bzw. der Wetterprognose und/oder in Abhängigkeit einer Spannungs-Sollvorgabe des Netzbetreibers, wobei die Spannungs- Sollvorgabe in Abhängigkeit einer Wetterprognose ermittelt wurde, insbesondere durch den Netzbetreiber ermittelt wurde. Die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark stellen somit eine mit der Netzspannung synchronisierte Klemmspannung bereit, die hinsichtlich der Frequenz, des Betrages und der Phasenlage im Wesentlich gleich der Netzspannung ist. Bevorzugt ist diese Spannung in Abhängigkeit einer Spannungs- Sollvorgabe des Netzbetreibers eingestellt, wobei die Spannungs-Sollvorgabe insbesondere den Betrag des Soll-Spannungswertes in Abhängigkeit einer Wetterprognose vorgibt. Beispielsweise besagt die Wetterprognose, dass die vorherrschenden Windverhältnisse in den kommenden Stunden so ausreichend sind, dass die wenigstens eine Windenergieanlage mit Nennleistung betrieben werden kann. Die Spannungs-Sollvorgabe weist dann einen Soll-Spannungswert auf, der oberhalb der Netz-Nenn-Spannung liegt, beispielsweise 105% der Netz-Nenn- Spannung ist. Besagt die Wetterprognose, dass die vorherrschenden Windverhält- nisse nur für 50% der Nennleistung der wenigstens einen Windenergieanlage ausreicht, so weist die Spannungs-Sollvorgabe beispielsweise einen Soll- Spannungswert auf, der unterhalb der Netz-Nenn-Spannung liegt, beispielsweise 95% der Netz-Nenn-Spannung. Die Windenergieanlage speist dann eine dem Soll- Spannungswert der Spannungs-Sollvorgabe entsprechende Blindleistung ein, insbesondere um die Netzspannung des ersten Netzabschnitt zu stützen. Die Windenergieanlage weist somit eine wetterabhängige Blindstromeinspeisung auf, bevorzugt in Abhängigkeit einer Windgeschwindigkeit und einer Windrichtung, prognostiziert für wenigsten 10 Minuten, bevorzugt für wenigstens 30 Minuten, besonders bevorzugt für wenigstens 2 Stunden. Vorzugsweise wird das Bereitstellen der Spannung an dem ersten Netzabschnitt mit einer Spannungshaltung ausgeführt, die in Abhängigkeit einer bzw. der Spannungs-Sollvorgabe durchgeführt wird, um eine im Wesentlichen stabile Spannung an dem ersten Netzabschnitt bereitzustellen. Insbesondere wird die Spannungshaltung mittels Blindleistungseinspeisung durchgeführt. Die Windenergieanlage weist somit wenigstens eine Blindleistungseinspeisung auf, die dazu eingerichtet ist, die Netzspannung in Abhängigkeit einer Spannungs- Sollvorgabe stabil zu halten, insbesondere in einem Toleranzband von 10% der Netz-Nenn-Spannung zu halten, sodass die Netzspannung sich in einem Bereich von 90% bis 1 10% der Netz-Nenn-Spannung befindet. Die Blindleistungseinspei- sung ist somit wenigstens aus einem Regler ausgebildet, dessen Eingangsgröße die erfasste Netzspannung und dessen Ausgangsgröße ein Blindleistungs-Sollwert ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Blindleistungs- Sollwert dabei in Abhängigkeit einer Wetterprognose eingestellt.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes mittels eines Windparks vorgeschlagen, der mehrere Windenergieanlagen umfasst, die dazu eingerichtet sind, ein vorstehend oder nachstehend beschriebenes Verfahren auszuführen, wobei der Windpark wenigstens eine Nennleistung zwischen 4MW und 400MW aufweist und mit dem ersten Netzabschnitt gekoppelt ist.
Es wird somit vorgeschlagen das vorstehend oder nachstehend beschriebene Verfahren mit mehreren Windenergieanlagen, die einen Windpark ausbilden, auszuführen. Ein Windpark ist dabei ein funktionaler Zusammenschluss mehrerer Windenergieanlagen, die insbesondere über einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden sind.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass der Netzbetreiber nur mit einer Windparksteuerung zum Wiederaufbau des elektrischen Versorgungsnetzes kommunizieren muss, anstatt mit einer Vielzahl von Windenergieanlage.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Windenergieanlage einen Transformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite auf, die dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine Windenergieanlage mit einem bzw. dem ersten Netzabschnitt zu verbinden, wobei dieser Netzabschnitt eine Netz-Nenn-Spannung zwischen 10kV und 400kV aufweist.
Der Netzabschnitt mit dem der Windpark verbunden ist, weist somit eine Netz- Nenn-Spannung zwischen 10kV und 400kV auf. Der Netzabschnitt ist mit der Sekundärseite des Transformators verbunden und dadurch ist die Windenergieanlage dazu eingerichtet, eine entsprechende Spannung am Netzabschnitt bereitzu- stellen.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Windenergieanlage umfassend eine Steuereinheit zum Steuern der Windenergieanlage vorgeschlagen, wobei die Windenergieanlage mittels der Steuereinheit gesteuert wird, um ein vorstehend oder nachstehend beschriebenes Verfahren auszuführen. Die Windenergieanlage weist somit wenigstens eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet, die zu einzuspeisende Wirkleistung und die einzuspeisende Blindleistung mittels eines ersten Betriebsmodus, insbesondere einem Normalbetriebsmodus, eines zweiten Betriebsmodus, insbesondere einem Beobachtungsmodus, und eines dritten Betriebsmodus, insbesondere einem Netzwiederaufbaumodus, zu steuern. Bevorzugt ist die Steuerung dabei dazu eingerichtet, die Windenergiean- läge wenigstens zeitweise in Abhängigkeit einer Wetterprognose zu steuern. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit auch eine Kommunikationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Daten mit dem Netzbetreiber für den Netzwiederaufbau auszutauschen. Vorzugsweise ist eine solche Kommunikationseinrichtung dazu vorbereitet, eine drahtlose Kommunikation durchzuführen bzw. vorzubereiten.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Windenergieanlage,
Fig. 2 zeigt schematisch einen Aufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes
Fig. 3 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 4 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage 100, die mittels einer Steuereinheit dazu eingerichtet ist, zum Durchführen eines Verfahrens zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes. Die Windenergieanlage weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblätter 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Aufbau eines elektrischen dreiphasigen Versorgungsnetzes 200.
Das elektrische Versorgungsnetz 200 weist einen ersten Netzabschnitt 210 und einen weiteren Netzabschnitt 220 auf, die jeweils eine Netz-Nenn-Spannung von 25 kV aufweisen. Der erste Netzabschnitt 210 und der weitere Netzabschnitt 220 sind über eine Schalteinrichtung 230 miteinander gekoppelt, um elektrische Energie zwischen den Abschnitten zu übertragen. Die Schalteinrichtung 230 ist ferner dazu eingerichtet, in einem Fehlerfall den ersten Netzabschnitt 210 von dem weiteren Netzabschnitt 220 zu trennen.
Der erste und der weitere Netzabschnitt 210, 220 sind zudem über Transformatoren 232, 234 und weitere Schalteinrichtungen 236, 238 mit anderen Netzabschnit- ten gekoppelt, die beispielsweise eine Netz-Nenn-Spannung von 1 10 kV aufweisen.
Die wenigstens eine Windenergieanlage 240, die bevorzugt als Windpark WP1 ausgebildet ist, ist über den Netzanschlusspunkt 242 mit dem ersten Netzabschnitt 210 und so mit dem elektrischen Versorgungsnetz 200 verbunden. Zudem weist die wenigsten eine Windenergieanlage 240 Mittel zum Erfassen 244 eines Status des ersten Netzabschnittes 210 auf, insbesondere zum Erfassen der Netzspannung des ersten Netzabschnittes 210.
Die wenigstens eine Windenergieanlage 240 ist zudem über Kommunikationsvorrichtungen 246, 247 mit dem Netzbetreiber 250 verbunden, die hier als Datenlei- tungen veranschaulicht sind, insbesondere um einen Fehlerfall zu erfassen und um Soll-Werte zu erhalten. Die Datenleitungen sind dabei beispielsweise als Rundsteuersignale ausgebildet und die Daten werden via power line communication oder Glasfaser übertragen. Mittels der Kommunikationsvorrichtungen 246, 247 können auch weitere Daten übertragen werden, wie beispielsweise eine Wetter- prognose umfassend eine Windgeschwindigkeit und eine Windrichtung oder eine garantierte Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage. Bevorzugt sind die Kommunikationsvorrichtungen 246, 247 drahtlos ausgeführt, beispielsweise über Funk oder W-LAN.
Auch ist die wenigstens eine Windenergieanlage 210 über weitere Kommunikati- onsvorrichtungen 248, 249 mit anderen Windenergieanlagen 260, insbesondere anderen Windparks WP2, verbunden. Dies können dann ebenfalls über Kommunikationseinrichtungen 264, 266 mit dem Netzbetreiber verbunden sein, um Daten auszutauschen.
Zudem ist der Netzbetreiber mit weiteren elektrischen Erzeugern 270 verbunden, um diese zu steuern. Dies ist exemplarisch mittels des Kraftwerkes 270 dargestellt, welches über Kommunikationsvorrichtung 272, 274 mit dem Netzbetreiber verbun- den ist, wobei das Kraftwerk 270 an den weiteren Netzabschnitt 220 angeschlossen ist.
Sofern nun beispielsweise ein Fehlerfall 280 im ersten Netzabschnitt 210 auftritt löst die Schalteinrichtung 230 aus und trennt den ersten Netzabschnitt von dem weiteren Netzabschnitt 220. Der erste Netzabschnitt wird daraufhin spannungslos, er weist also eine Netzspannung von 0 kV auf. Der Netzbetreiber meldet daraufhin einen Fehlerfall F an die wenigstens eine Windenergieanlage 240, woraufhin diese von einem Normalbetriebsmodus in den Beobachtungsmodus wechselt. Ferner wird der Netzbetreiber 250 nun die Störung 280 beheben und mittels eines Fahr- planes eine Netzwiederaufbauspannung am ersten Netzabschnitt bereitstellen, die beispielsweise größer ist als 70% der Netz-Nenn-Spannung des ersten Netzabschnittes. Die Netzwiederaufbauspannung wird somit nicht durch die wenigstens eine Windenergieanlage 240 bereitgestellt, sondern nur von dieser gestützt.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfah- rens 300.
Die Windenergieanlage wird zunächst in einem Normalbetriebsmodus betrieben, sie speist also elektrische Wirkleistung und/oder elektrische Blindleistung in einen ersten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes ein, der eine Netzfrequenz aufweist. Das Einspeisen der elektrischen Wirk- und/oder Blindleistung erfolgt dabei in Abhängigkeit eines vorherrschenden Windes und/oder in Abhängigkeit der Netzfrequenz. Dies ist durch den NOR-Block 310 angedeutet.
Tritt nun ein Fehlerfall, insbesondere ein Spannungsfall, im ersten Netzabschnitt auf, wodurch der Netzabschnitt keine Netzspannung mehr aufweist, trennen die Schalteinrichtungen des elektrischen Versorgungsnetzes den ersten Netzabschnitt von den weiteren Netzabschnitten. Es liegt somit ein Fehlerfall vor, der von der wenigstens einen Windenergieanlage erfasst wird. Dies ist durch den ERR-Block 320 angedeutet.
Auf Grund des Fehlerfalls wechselt die Windenergieanlage von dem Normalbetriebsmodus in den Beobachtungsmodus. In dem Beobachtungsmodus speist die Windenergieanlage keine elektrische Leistung mehr ein, beobachtet aber den Status des Netzabschnittes mittels einer Spannungserfassung. Dies ist durch den WAS-Block 330 angedeutet.
Der Netzbetreiber löst nun einen Fahrplan aus, um den Netzabschnitt wieder aufzubauen, insbesondere um die Netzspannung wieder aufzubauen bzw. wieder herzustellen. Die Windenergieanlage erfasst während dieser Zeit die Netzspannung solange bis der Netzabschnitt eine Netzwiederaufbauspannung aufweist. Dies ist durch den RVO-Block 340 angedeutet.
Wird nun eine Netzwiederaufbauspannung durch die Windenergieanlage erfasst, wechselt die Windenergieanlage von dem Beobachtungsmodus in den einen Netzwiederaufbaumodus, in welchem sie in Abhängigkeit von Sollwerten die Netzspannung stützt. Dies ist durch den GBM-Block 350 angedeutet.
Die Windenergieanlage wird solange in dem Netzwiederaufbaumodus betrieben, bis der Netzbetreiber meldet, dass der Fehlerfall vorüber ist. Dies ist durch den CLE-Block 360 angedeutet. Hat der Netzbetreiber nun gemeldet, dass der Fehler vorüber ist, wechselt die Windenergielage von dem Netzwiederaufbaumodus in einen Normalbetriebsmodus bzw. in den Normalbetriebsmodus zurück. Dies ist durch den zweiten NOR-Block 370 angedeutet, der dem ersten NOR-Block 310 entsprechen kann.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf 400 des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer besonders bevorzugten Ausführungsform.
Das Verfahren unterteilt sich dabei im Wesentlichen in den Beobachtungsmodus 430, den Netzwiederaufbaumodus 450 und in den Normalbetriebsmodus 490.
Die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark wird zunächst normal betrieben bzw. in einem Normalbetriebsmodus betrieben, sie speist also elektri- sehe Wirkleistung und/oder elektrische Blindleistung in einen ersten Netzabschnitt des elektrischen Versorgungsnetzes ein, wobei das Einspeisen der elektrischen Wirk- und/oder Blindleistung in Abhängigkeit eines vorherrschenden Windes und/oder in Abhängigkeit einer Netzfrequenz erfolgt. Zudem überwacht die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark im Normaltbetriebsmodus die Netzspannung des ersten Netzabschnittes. Dies ist durch den NOR-Block 410 angedeutet.
Dass die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark im Normalbetriebsmodus elektrische Wirk- und/oder elektrische Blindleistung in Abhängigkeit eines vorherrschenden Windes und/oder in Abhängigkeit einer Netzfrequenz in den ersten Netzabschnitt einspeist, ist durch den NPM-Block 412 angedeutet.
Sofern nun die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark eine Störung identifiziert, was durch den GVE-Block 414 angedeutet ist, überprüft die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark diese Störung auf ihre Art. Dies ist durch den CVE-Block 416 angedeutet.
Das Überprüfen der Störung erfolgt dabei insbesondere unter einem Abgleich von Störungsdaten und/oder direkt beim Netzbetreiber und/oder bei anderen Erzeugern, die ebenfalls an den ersten Netzabschnitt angeschlossen sind. Dieses Vorgehen ist durch den GOE-Block 418 angedeutet. Durch den Abgleich wird insbe- sondere ermittelt, ob eine normale Störung NVE oder ein Fehlerfall ERR im ersten Netzabschnitt vorliegt.
Liegt nun eine normale Störung vor, also beispielsweise eine kurzfristige Frequenzschwankung, was durch den NVE-Block 422 angedeutet ist, wechselt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark in einen Netzstützungs- modus. Dies ist durch den SWM-Block 442 angedeutet.
Diesen Netzstützungsmodus behält die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark solange bei, bis die Frequenzschwankung vorüber ist. Dass die Frequenzschwankung vorüber ist wird durch CLN-Block 426 angedeutet. Ob die Frequenzschwankung vorüber ist kann entweder durch die wenigstens eine Wind- energieanlage bzw. den Windpark selbst erfasst oder beim Netzbetreiber abgerufen werden.
Sofern die Frequenzschwankung vorüber ist, wechselt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark wieder zurück in den Normalbetriebsmodus. Dies ist durch den NOR-Block 428 angedeutet. Liegt nun aber ein Fehlerfall vor, was durch den ERR-Block 419 angedeutet ist, wechselt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark erfindungsgemäß in einen Beobachtungsmodus, der durch den WAS-Block 430 angedeutet ist. Im Beobachtungsmodus speist die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark keine elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz ein. Dies ist durch den SSM-Block 432 angedeutet. Bevorzugt erzeugt die wenigstens eine Windenergieanlage im Beobachtungsmodus zudem so viel elektrische Leistung, wie sie für den Eigenbedarf benötigt. Im Beobachtungsmodus erstellt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark zudem ständig Wetterprognosen W bzw. fragt diese beim Netzbetreiber oder einem anderen Anbieter ab. In Abhängigkeit dieser Wetterprognosen übersendet die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. Windpark eine garantierte Mindestleistung P an den Netzbetreiber. Die Wetterprognosen können aber auch über den Anlagenbetreiber und/oder eine zentrale Leitwarte empfangen und/oder übermittelt werden, wobei die zentrale Leitwarte dafür zuständig ist, mehrere Windenergieanlagen an unterschiedlichen Aufstellungsorten zu verwalten bzw. zu steuern. Dies ist durch den GOW-Block 434 angedeutet. Zugleich überprüft die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark im Beobachtungsmodus den Status des ersten Netzabschnittes, insbesondere darauf, ob eine Netzwiederaufbauspannung RVO im ersten Netzabschnitt vorliegt. Dies ist durch den GWR- Block 436 angedeutet.
Liegt eine Netzwiederaufbauspannung vor, was durch den RVO-Block 440 angedeutet ist, wechselt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark in den Netzwiederaufbaumodus, der durch den GBM-Block 450 angedeutet ist.
Im Netzwiederaufbaumodus synchronisiert sich die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark mit der Netzwiederaufbauspannung des ersten Netzabschnittes, ohne dabei zunächst elektrische Leistung in den ersten Netzabschnitt einzuspeisen. Bevorzugt wird die Windenergieanlage dabei mit einer Drehzahl betrieben, die oberhalb einer Drehzahl liegt, die bei der vorherrschenden Windgeschwindigkeit üblicherweise verwendet wird und die oftmals auf Basis einer Drehzahl-Leistungs-Kennlinie ermittelbar ist. Die Windenergieanlage bzw. die Wind- energieanlagen des Windparks weisen somit im Netzwiederaufbaumodus eine Überdrehzahl auf. Dies ist durch den ZPM-Block 452 angedeutet. Zudem erfragt bzw. bekommt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark Soll- Werte für den Netzwiederaufbau, die somit vorgegeben werden können, wobei diese Soll-Werte durch den Netzbetreiber in Abhängigkeit der garantierten Mindestleistung bestimmt worden sind. Dies ist durch den VCO-Block 454 angedeutet.
Durch eine Rampenvorgabe des Netzbetreibers, die durch den RAM-Block 456 angedeutet ist, beginnt die Windenergieanlage langsam und stetig die eingespeiste Leistung, insbesondere die eingespeiste Wirkleistung, zu erhöhen. Die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark beteiligt sich somit während des Netzwiederaufbaumodus an einer Frequenzhaltung einer Frequenz des ersten Netzabschnittes. Dies ist durch den FBM-Block 458 angedeutet.
Während der Frequenzhaltung, die durch den FBM-Block 458 angedeutet ist, kommuniziert die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark weiterhin mit dem Netzbetreiber, insbesondere um den Status des ersten Netzabschnittes abzufragen. Dies ist durch den GOC-Block 459 angedeutet.
Meldet der Netzbetreiber nun, dass der Fehlerfall vorüber ist, was durch den CLE- Block 460 angedeutet ist, wechselt die wenigstens eine Windenergieanlage bzw. der Windpark wieder in den Normalbetriebsmodus zurück. Dies ist durch den NOR-Block 490 angedeutet. Der Netzwiederaufbau ist damit dann abgeschlossen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes eines Netzbetreibers mittels wenigstens einer Windenergieanlage, wobei das elektrische Versorgungsnetz einen ersten Netzabschnitt und wenigstens einen weiteren Netzabschnitt aufweist, wobei der erste Netzabschnitt mit der wenigstens einen Windenergieanlage verbunden ist, und eine erste Netz-Nenn-Spannung aufweist, der erste Netzabschnitt über wenigstens eine Schalteinrichtung mit dem wenigstens einen weiteren Netzabschnitt gekoppelt ist, um elektrische Energie zwischen den Netzabschnitten zu übertragen, wobei die wenigstens eine Schalteinrichtungen dazu eingerichtet ist, in einem Fehlerfall den ersten Netzabschnitt von dem wenigstens einen weiteren Netzabschnitt zu trennen, umfassend die Schritte,
Betreiben der wenigstens einen Windenergieanlage in einem Beobachtungsmodus, wenn der Fehlerfall auftritt, wobei die Windenergieanlage in dem Beobachtungsmodus nicht in den ersten Netzabschnitt einspeist und ein Status des ersten Netzabschnittes überprüft wird, und
Betreiben der wenigstens einen Windenergieanlage in einem Netzwiederaufbaumodus, wenn der erste Netzabschnitt eine Netzwiederaufbauspannung aufweist und
Wiederbetreiben der wenigstens einen Windenergieanlage in einem Normalbetriebsmodus, sobald der Fehlerfall vorüber ist.
2. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerfall ein Spannungsfall im ersten Netzabschnitt ist und/oder eine Überfrequenz im ersten Netzabschnitt ist und/oder - eine Unterfrequenz im ersten Netzabschnitt ist.
3. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerfall festgestellt wird: durch eine Meldung des Netzbetreibers und/oder durch ein Erfassen einer Netzspannung des ersten Netzabschnittes, wobei die so erfasste Netzspannung kleiner ist als 90 Prozent der Netz-
Nenn-Spannung.
4. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erkannt wird, dass der Fehlerfall vorüber ist: - durch eine Meldung des Netzbetreiber und/oder durch ein Erfassen einer Netzspannung des ersten Netzabschnittes, wobei die so erfasste Netzspannung größer ist als 70 Prozent, bevorzugt größer ist als 90 Prozent, der Netz-Nenn-Spannung, insbesondere für einen vorbestimmten Mindestzeitraum und/oder - durch ein Erfassen einer Frequenzstabilität, wobei eine Frequenzstabilität vorliegt, wenn die Netzfrequenz sich innerhalb eines Toleranzbandes für einen vorbestimmten Zeitraum bewegt, wobei das Toleranzband eine obere und einer untere Grenze aufweist, insbesondere wobei die obere Grenze oberhalb der Netz-Nenn-Frequenz liegt und die untere Grenze unterhalb der Netz-Nenn-Frequenz liegt, insbeson- dere wobei die obere Grenze 51 Hz beträgt und die untere Grenze 49 Hz und die Netz-Nenn-Frequenz 50 Hz ist und/oder durch eine Netzerkennung, die dazu eingerichtet ist, das Netz anzuregen und den ersten Netzabschnitt zu beobachten, um die Größe des ersten Netzabschnittes zu bestimmen, bevorzugt um die Statik des ersten Netzabschnittes zu bestimmen.
5. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzwiederaufbaumodus einen Synchronisationsbetrieb umfasst, in dem sich die Windenergieanlage mit der Netzspannung des ersten Netzabschnittes synchronisiert, bevorzugt wenn die Netzspannung im Wesentlichen stabil ist.
6. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzwiederaufbaumodus eine Leistungssteuerung umfasst, bei der die Windenergieanlage eine elektrische Leistung in Abhängigkeit eines Leistungssollwertes in den ersten Netzabschnitt einspeist, wobei bevorzugt ein Leistungssollwert vom Netzbetreiber vorgegeben wird und/oder die elektrische Leistung so erhöht, dass sie bei einer bleibenden Regelabweichung langsam nachgeführt wird, insbesondere über einen I-Regler.
7. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuerung eine Frequenzhaltung aufweist, die einen Teil der elektrischen Leistung zurückhält, um diesen bei Bedarf zur Frequenzhaltung des ersten Netzabschnittes freizugeben, insbesondere einzuspeisen und/oder ein Einspeisen elektrischer Leistung begrenzt, wenn der erste Netzabschnitt eine Netzfrequenz aufweist, die eine Überfrequenz ist.
8. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage so betrieben wird, dass sie einen vorbestimmten Anteil, insbesondere wenigstens 5 Prozent, insbesondere wenigstens 10 Prozent, ihrer Nennleistung als Regelleistung zurückhält und/oder bei Bedarf einspeist, um auftretende Frequenzschwankungen in dem ersten Netzabschnitt zu minimieren und/oder dem Netzbetreiber für weitere Regelungsmaßnahmen bereitstellt, insbesondere meldet.
9. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:
Erfassen einer Wetterprognose für den Netzwiederaufbau modus, insbeson- dere zum Bestimmen einer garantierten Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage, wobei die Wetterprognose: durch die wenigstens eine Windenergieanlage selbst ermittelt wird und/oder durch die wenigstens eine Windenergieanlage abgerufen wird, insbe- sondere beim Netzbetreiber.
10. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:
Bestimmen einer bzw. der garantierten Mindestleistung der wenigstens einen Windenergieanlage, insbesondere basierend auf einer bzw. der Wetterprog- nose.
1 1. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: Übergeben eines Wertes oder anderer Information einer garantierten Mindestleistung der Windenergieanlage an den Netzbetreiber in Abhängigkeit einer bzw. der Wetterprognose.
12. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:
Bereitstellen einer mit der Netzspannung synchronisierten Spannung durch die wenigstens eine Windenergieanlage an dem ersten Netzabschnitt, insbesondere in Abhängigkeit einer bzw. der Wetterprognose und/oder in Abhängigkeit einer Spannungs-Sollvorgabe des Netzbetreibers, wobei die Spannungs-Sollvorgabe in Abhängigkeit einer Wetterprognose ermittelt wurde, insbesondere durch den Netzbetreiber ermittelt wurde.
13. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Spannung an dem ersten Netzabschnitt mit einer Spannungshaltung ausgeführt wird, die in Abhängigkeit einer bzw. der Spannungs- Sollvorgabe durchgeführt wird, um eine im Wesentlichen stabile Spannung an dem ersten Netzabschnitt bereitzustellen, insbesondere wird die Spannungshaltung mittels Blindleistungseinspeisung durgeführt.
14. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes mittels eines Windparks, der mehrere Windenergieanlagen umfasst, die dazu eingerichtet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen, wobei der Windpark wenigstens eine Nennleistung zwischen 4MW und 400MW aufweist und mit dem ersten Netzabschnitt gekoppelt ist.
15. Verfahren zum Wiederaufbau eines elektrischen Versorgungsnetzes mittels eines Windparks nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Windenergieanlage einen Transformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite aufweist, die dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine Windenergieanlage mit einem bzw. dem ersten Netzabschnitt zu verbinden, wobei dieser Netzabschnitt eine Netz-Nenn-Spannung zwischen 10kV und 400kV aufweist.
16. Windenergieanlage umfassend eine Steuereinheit zum Steuern der Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage mittels der Steuereinheit gesteuert wird, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.
17. Windpark umfassend wenigstens eine Windenergieanlage nach Anspruch 16 und/oder eine Windparksteuereinheit zum Steuern des Windparks, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.
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