WO2020011675A1 - Verfahren zum steuern einer einspeiseanordnung - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a feed arrangement.
  • the present invention also relates to a method for controlling a wind turbine having an infeed arrangement.
  • the invention also relates to a corresponding feed arrangement and it also relates to a corresponding wind energy installation, which namely has a feed arrangement.
  • the invention also relates to a wind farm with a plurality of wind energy plants.
  • Such an infeed arrangement generally has an inverter which generates an alternating current from a direct current or a direct voltage, which is particularly adapted to the frequency and phase of the electrical supply network, in order to thus feed it into the electrical supply network.
  • Such an inverter is regularly supplied from a DC voltage intermediate circuit which provides the DC voltage or the DC current.
  • reference is generally made to a DC voltage in connection with a DC voltage intermediate circuit, but this also analogously includes designs with a corresponding DC current.
  • Such a direct voltage intermediate circuit receives its energy from a corresponding generator, namely in the case of a wind energy installation from the generator of the wind energy installation.
  • an alternating current is generated by the generator, which is rectified by means of a rectifier and fed to the DC voltage intermediate circuit.
  • a step-up converter is also used.
  • the inverter can therefore always feed as much power into the electrical supply network as is input into the DC voltage intermediate circuit by such a generator, in particular a generator. If, for example, the wind speed fluctuates in the case of a wind energy installation, the power generated by the generator also fluctuates and thus the power provided in the DC voltage intermediate circuit. Finally, the power fed into the electrical supply network also fluctuates.
  • the present invention is therefore based on the object of addressing at least one of the problems mentioned above.
  • a solution is to be proposed that enables the feed to be stabilized with as little effort as possible for the feed arrangement mentioned.
  • At least an alternative solution to previously known solutions is to be proposed.
  • a method according to claim 1 is proposed. This method thus controls a feed arrangement for feeding electrical power into an electrical supply network.
  • a rectifier is used to rectify a first AC voltage into a DC voltage and to provide it at a DC link. With a coupled to the DC link Inverters, the DC voltage is alternated into a second AC voltage.
  • a voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit be varied via a control of the rectifying device in order to control charging or discharging of an electrical store coupled to the DC voltage intermediate circuit.
  • a generator of a wind power plant can provide an AC voltage that forms a first AC voltage and that is rectified by the rectification device into the DC voltage.
  • the inverter ensures that the resulting DC voltage is alternated into a second AC voltage, namely for feeding into the electrical supply network.
  • the second AC voltage is therefore adapted to an AC voltage in the electrical supply network, particularly in terms of amount, frequency and phase.
  • the amount, ie the amplitude of the AC voltage can differ from the amplitude of the mains voltage if, for example, a transformer is arranged between the feed arrangement and the electrical supply network.
  • an electrical memory is coupled to the DC link.
  • electrical power flows from the DC voltage intermediate circuit into the electrical memory or from the electrical memory into the DC voltage intermediate circuit. In the fully balanced case, no power flows.
  • the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit be varied by controlling the rectification device. If the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit is controlled to a high voltage level, power will flow to the electrical storage device accordingly and the electrical storage device is thereby charged. If the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit is controlled to a low voltage level, the electrical memory delivers power to the DC voltage intermediate circuit. Then the supply of electrical power into the electrical supply network is additionally provided with this power delivered by the electrical storage. It was particularly recognized here that a step-up converter and / or step-down converter or current controller as a control unit between the DC voltage intermediate circuit and the electrical store can be saved.
  • the electrical memory be coupled to the DC voltage intermediate circuit without the interposition of a control unit.
  • the rectification device and / or the inverter had to be controlled anyway and that charging or discharging of the electrical storage device can now only be controlled by means of a variation of the control, without additional hardware having to be used.
  • a switch can be provided between the electrical store and the DC voltage intermediate circuit, particularly for safety reasons.
  • This control of the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit can be carried out via the rectification device, which can also include a step-up converter or can be designed as an active rectifier. In principle, however, it is also possible to control this voltage level via the inverter, because this also influences this voltage level depending on how much power it feeds into the electrical supply network. In particular, the interaction between the inverter and the rectifying device can control this voltage level.
  • a variant of the control of this voltage level can consist in that the inverter receives a fixed power value, namely in particular a fixed active power value, which specifies a setpoint value of the power, accordingly the inverter feeds power into the electrical supply network.
  • the rectifying device can then control the voltage level accordingly, whether it inputs more or less power into the DC voltage intermediate circuit.
  • the rectification device, the DC voltage intermediate circuit and the inverter form a feed part arrangement and the feed part arrangement is designed as a bidirectional converter, and / or the inverter is designed as a bidirectional inverter.
  • the electrical memory coupled to the direct voltage intermediate circuit can also be charged from the electrical supply network without additional equipment. This also makes it possible to support the network in this way, in which power is drawn from the electrical supply network, in order to react particularly to an oversupply of power in the electrical supply network.
  • the inverter regardless of the variation in the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit, alternates a predetermined electrical power and makes it available for feeding into the electrical supply network.
  • the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit forms the input variable for the inverter and it is proposed here that the The inverter thus adapts to the varying input voltage, i.e. to the variation in the voltage level of the input voltage, to the extent that the specified electrical power to be fed in is generated and fed in with the same possible value, whether the voltage level of the DC voltage in the DC voltage intermediate circuit is high or is low.
  • the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit is preferably varied between an upper voltage level and a lower voltage level. This allows limit values to be set. This can ensure that the voltage level of the DC voltage, which thus forms the input of the inverter, is in any case kept in a range in which the inverter can operate.
  • the upper voltage level is preferably selected to a value of 1000 V, to a value of 1200 V, or to a value in a range from 1000 V to 1200 V.
  • a value of approximately 600 V is preferably selected for the lower voltage level.
  • This range specifies a range that can be used by the inverter and, at the same time, enables a sufficient variation in the voltage level so that the electrical store can also be charged and discharged accordingly. It should be noted that, especially when using a battery storage as the electrical storage, there are no very large voltage differences between the charged and discharged state.
  • the electrical memory coupled to the DC voltage intermediate circuit has a memory connection via which it is coupled to the DC voltage intermediate circuit.
  • the electrical storage device be characterized by an electrical charging potential, which causes the electrical storage device to be charged when this charging potential is present at the storage connection.
  • the electrical store is characterized by an electrical discharge potential which causes the electrical store to be discharged when a voltage at this discharge potential is applied to the storage connection. lies.
  • the charging potential is less than a maximum voltage level of the DC voltage to which the inverter is designed. It is proposed for the discharge potential that this is greater than a minimum voltage level of the direct voltage that the inverter requires for the inverter.
  • the charging potential is less than the upper voltage level and that the discharge potential is greater than the lower voltage level.
  • the maximum voltage level can thus correspond to the upper voltage level and the minimum voltage level to the lower voltage level.
  • the maximum voltage level or the upper voltage level and the minimum voltage level or the lower voltage level can thus form a voltage band in which the DC voltage is maintained.
  • the electrical storage device is designed such that it can be operated well in this area, in particular in this voltage band. The same applies to the inverter.
  • the electrical storage device is preferably electrically coupled directly to the DC voltage intermediate circuit in such a way that the electrical storage device is charged and / or discharged by adjusting the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit. It is therefore proposed that the voltage level alone controls the charging and discharging and that no control unit is provided between the electrical store and the DC voltage intermediate circuit.
  • no so-called DC / DC actuator which can also be referred to synonymously as a current regulator, is provided between the electrical store and the DC voltage intermediate circuit.
  • Such a DC / DC actuator can thus be saved by controlling the rectification device in particular in order to control charging and discharging via the voltage level of the DC link.
  • the rectification device is advantageously actively controlled so that the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit is varied for charging and / or discharging the electrical storage device.
  • An active rectifier is therefore particularly suggested here.
  • the voltage level of its output and thus the voltage level of the DC voltage intermediate circuit can be controlled during rectification, particularly of a stator current emitted by a generator.
  • the power fed into the DC voltage intermediate circuit can be controlled by such an active rectifier in order to thereby control the voltage level of the DC voltage intermediate circuit.
  • the rectification device perform the rectification by an actively controlled rectifier without using a step-up converter.
  • a step-up converter is also proposed.
  • the first alternating voltage is preferably provided by a generator of a wind energy plant.
  • this method can be used particularly well for feeding in electrical power from a wind energy installation.
  • Such an infeed arrangement can also be referred to as STATCOM and it is therefore preferably proposed that the infeed arrangement be designed as STATCOM.
  • the electrical memory creates the possibility of absorbing and releasing active power in order to react to corresponding power fluctuations in the electrical supply network.
  • the feed arrangement can be designed as a wind energy installation and comprise a synchronous generator and a full converter, or such a feed arrangement can be part of a wind energy installation that has a synchronous generator and a full converter, wherein the full converter can be viewed as a feed arrangement or as part of the feed arrangement.
  • a feed arrangement is also proposed. This is intended for feeding electrical power into the electrical supply network. It comprises a rectification device for rectifying a first AC voltage into a DC voltage. In addition, it comprises a DC voltage intermediate circuit coupled to the rectification device for providing the DC voltage. Furthermore, it comprises an inverter coupled to the DC voltage intermediate circuit for converting the DC voltage into a second AC voltage.
  • the rectification device with the inverter and the DC voltage intermediate circuit can be referred to as a full converter. Such a full converter would then be supplemented with an electrical memory.
  • the rectification device comprises a rectification control and is directed to vary a voltage level of the DC voltage at the DC voltage intermediate circuit in such a way that the electrical store coupled to the DC voltage intermediate circuit is charged or discharged via the voltage level.
  • this feed arrangement is controlled according to at least one method according to an embodiment described above and that the feed arrangement is prepared accordingly for this or has the correspondingly explained components.
  • the inverter is preferably set up to convert a predetermined electrical output from the direct voltage intermediate circuit independently of the variation in the voltage level of the direct voltage of the direct voltage intermediate circuit and to make it available for feeding into the electrical supply network.
  • the inverter is set up to feed this power into the electrical supply network. This can also be done according to an embodiment of a method described above.
  • a feed arrangement is preferably characterized in that the rectification device is set up to vary the voltage level of the DC voltage of the DC voltage intermediate circuit between an upper voltage level, preferably approximately 1000 to 1200 V, and a lower voltage level, preferably approximately 600 V, or the voltage level the DC voltage in this area. This variation or control of the voltage level can ensure that the inverter receives a sufficient input voltage and, at the same time, charging or discharging of the electrical storage can be controlled without additional hardware, in any case without additional DC controller, as required or specified.
  • the electrical memory be coupled directly to the DC voltage intermediate circuit, without the interposition of a converter, step-down converter or step-up converter, wherein a converter can also be referred to as a current converter.
  • the rectification device is formed by an actively controlled rectifier or the rectification device is formed by a passive rectifier with a step-up converter. In both cases, the voltage level in the DC link can be controlled. It is proposed that the rectification device, the DC intermediate circuit and the inverter form a feed arrangement, the feed arrangement being designed as a bidirectional converter.
  • the inverter can thus inverts from the DC voltage intermediate circuit and feed into the electrical supply network. Alternatively, however, it can also rectify an alternating current or an alternating voltage and supply corresponding power to the direct voltage intermediate circuit. In the same way, the rectifier can also invert. This is particularly advantageous for STATCOM operations.
  • At least the inverter preferably works bidirectionally and can therefore draw power from the electrical supply network and feed it into the DC voltage intermediate circuit.
  • the bidirectional inverter can form the rectification device and the inverter at the same time, which makes sense in any case if there is no connection to a generator for the STATCOM case or is temporarily not used, i.e. if only reactive power is fed into the electrical supply network , By the proposed control of the voltage level of the DC link, this power can also be stored further in the electrical memory.
  • the feed arrangement is preferably set up to carry out a method according to one of the embodiments described above.
  • a wind power plant is also proposed and this has an aerodynamic rotor and a generator coupled to the aerodynamic rotor for generating electrical power from wind, and it has a feed arrangement for feeding electrical power into an electrical supply network.
  • the feed arrangement is designed according to an embodiment of a feed arrangement described above.
  • it is set up to carry out a method for controlling a feed arrangement in accordance with an embodiment described above for this purpose.
  • the wind power plant have a feed-in control which is set up to control one or the rectifying device and / or one or the inverter.
  • a wind power installation can be supplemented particularly advantageously by an electrical store, which can be controlled without essential additional hardware, in particular without additional current controllers. This can be particularly simple A way to equalize the power feed of a wind turbine.
  • a wind farm which has at least two wind turbines.
  • This wind farm also has at least one feed arrangement in accordance with at least one embodiment of a feed arrangement described above. It can be provided here that the feed arrangement is arranged at a central point in the park and receives alternating current or alternating voltage on the input side from a plurality of wind energy installations of the wind farm, in particular from all wind energy installations of the wind farm.
  • This AC voltage obtained from several wind energy plants would then correspond to a first AC voltage explained above.
  • This central or common feed arrangement can then work with this first AC voltage as described above in accordance with embodiments for the method for controlling a feed arrangement or embodiments of a feed arrangement.
  • the wind farm can also have one or, in particular, a plurality of wind energy installations according to an embodiment of a wind energy installation described above. In particular, all wind turbines of the wind farm are designed in accordance with an embodiment of a wind turbine described above.
  • the wind farm is set up to carry out a method according to an embodiment of a method for controlling a feed arrangement.
  • a wind farm can thus also be equipped in a simple manner with an additional electrical store, or with several such electrical stores, the control being carried out in a simple manner and thus in a simple manner, particularly with little hardware expenditure, a continuation of the wind power fed in by the wind farm can be achieved.
  • Figure 1 shows a wind turbine in a perspective view.
  • Figure 2 shows a wind farm in a schematic representation.
  • Figure 3 shows a feed arrangement in a schematic representation.
  • FIG. 4 shows a voltage diagram for explaining a voltage band.
  • FIG. 1 shows a wind energy installation 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set into a rotary movement by the wind and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • FIG. 2 shows a wind farm 112 with three wind turbines 100 by way of example, which can be the same or different.
  • the three wind energy plants 100 are therefore representative of basically any number of wind energy plants of a wind farm 112.
  • the wind energy plants 100 provide their power, namely in particular the electricity generated, via an electrical parking network 114.
  • the currents or powers of the individual wind turbines 100 generated in each case are added up and a transformer 116 is usually provided, which transforms up the voltage in the park and then into the supply network 120 at the feed point 118, which is also generally referred to as PCC feed.
  • FIG. 2 is only a simplified illustration of a wind farm 112, which shows no control, for example, although of course there is a control.
  • FIG. 3 shows a feed arrangement 300.
  • the generator 302 generates a power and, in the embodiment shown, provides this as a three-phase stator current at a generator output 304.
  • the generator 302 thus generates an alternating current, which is three-phase here.
  • a six-phase arrangement is also possible, for example, in which the generator 302 generates and provides two three-phase stator currents. In principle, however, other generator types can also be considered.
  • the alternating current generated in this way by the generator 302 is rectified by the rectification device 306, which can also be referred to simply as a rectifier, and thus this rectification device 306 then feeds a DC voltage intermediate circuit 308.
  • This DC voltage intermediate circuit 308 then has a DC voltage UDC which is variable according to the invention.
  • This DC voltage UDC of the DC voltage intermediate circuit 308 is then passed to an inverter 310.
  • the inverter 310 then generates a three-phase AC voltage signal at its inverter output 312.
  • This AC voltage signal or a correspondingly generated AC current is fed into an electrical supply network 314.
  • further elements such as a transformer or circuit breaker, can be arranged between the inverter output 312 and the electrical supply network 314, which is not explained in detail here.
  • the rectification device 306 is designed as an active rectifier.
  • This active rectifier thus internally has a circuit arrangement, in particular two controlled semiconductor switches per phase, which selectively control each phase in such a way that the rectification process does not take place passively, but is carried out in order to thereby also set the voltage level of the DC voltage UDC in the DC voltage intermediate circuit 308.
  • a passive rectifier can also be used in combination with a downstream step-up converter.
  • the rectifier can be designed as a passive and inexpensive component and thus rectify a first DC voltage intermediate circuit.
  • the step-up converter can then set the required DC voltage from such a first DC voltage intermediate circuit on a second DC voltage intermediate circuit.
  • the DC link 308 shown would then correspond to the second DC link.
  • an electrical memory 316 is also connected to the DC voltage intermediate circuit.
  • This electrical storage 316 is illustrated here as an electrical battery and this electrical storage is preferably also designed as a battery or battery bank.
  • This electrical memory 316 can then be charged or discharged by appropriate selection or by correspondingly setting the voltage level of the DC voltage UDC, charging and discharging also including partial charging or partial discharging. This means that power can be saved or withdrawn. This can be controlled via the voltage level of the DC voltage UDC, which will be explained in connection with FIG. 4.
  • a bidirectional direct current controller 318 can be saved.
  • Such a DC chopper 318 is shown in FIG. 3 only for illustration and therefore only via a dashed lead is connected to the DC voltage intermediate circuit 308.
  • it is also connected in dashed lines to an electrical store 316 ′, which can correspond to the electrical store 316.
  • this arrangement does not need to be implemented using the DC regulator 318, which obviously means that the DC regulator 318 can be saved.
  • the diagram in FIG. 4 explains that the DC voltage UDC can vary in a voltage band between an upper voltage level 440 and a lower voltage level 442.
  • the values for the upper voltage level 440 and lower voltage level 442 are given here as examples with 800 and 600 V.
  • the upper voltage level 440 in particular can also be 1000 V or 1200 V, for example.
  • the upper voltage level 440 and the lower voltage level 442 thus span a voltage band 444 in which the voltage level of the DC voltage UDC should be.
  • the DC voltage UDC is now conducted in such a way that it is carried approximately in the upper region of the voltage band 444 when the electrical store 316 is to be charged.
  • an operating point C is shown at which the electrical storage 316 is charged according to FIG. 3.
  • a voltage level of the DC voltage UDC is selected in a lower region of the voltage band 444. This is exemplified by an operating point D, which causes the electrical storage 316 to be discharged.
  • the inverter 310 is particularly controlled so that it adjusts to the voltage level of the DC voltage UDC in the DC voltage intermediate circuit 308. For example, if the voltage level of the DC voltage UDC in the DC voltage intermediate circuit 308 is low in order to extract electrical power from the electrical memory 316, the inverter 310 can compensate for this in particular by means of corresponding switching concepts or pulse patterns or pulse widths. Possibly. It can be accepted that, for example, an output voltage at the inverter output 312 drops somewhat, but at the same time the inverter generates a higher current for feeding into the electrical supply network 314 by means of appropriate switching patterns or switch controls.
  • the voltage level of the DC voltage UDC of the DC voltage intermediate circuit can then be freely selected and then selected for charging or discharging the electrical store directly connected to the DC voltage intermediate circuit.
  • the voltage level of the DC voltage UDC is particularly preferably controlled by an active rectifier.
  • Such a technology is therefore preferably used particularly in a wind energy installation which has a rectifier and an inverter anyway.
  • This can now be supplemented in a simple manner by means of an electrical storage device, the circuitry complexity being able to be kept low by the fact that in particular a direct current controller for charging and discharging the electrical storage device can be dispensed with.
  • the power fed in can also be better equalized in a simple manner.
  • a central inverter and / or a central rectifier and correspondingly a central electrical store are provided in a wind farm.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Einspeiseanordnung (300) zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz, wobei mit einer Gleichrichtvorrichtung (306) eine erste Wechselspannung in eine Gleichspannung (UDC) gleichgerichtet und an einem Gleichspannungszwischenkreis (308) bereitgestellt wird und mit einem mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten Wechselrichter (310) die Gleichspannung (UDC) in eine zweite Wechselspannung wechselgerichtet wird, wobei eine Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkreises (308) über eine Steuerung der Gleichrichtvorrichtung (306) und/oder des Wechselrichters (310) variiert wird, um ein Laden oder Entladen eines mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten elektrischen Speichers (316) zu steuern.

Description

Verfahren zum Steuern einer Einspeiseanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Einspeiseanordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern einer eine Einspeiseanordnung aufweisende Windenergieanlage. Ferner betrifft die Erfindung auch eine entsprechende Einspeiseanordnung und sie betrifft auch eine entsprechende Windenergieanlage, die nämlich eine Einspeiseanordnung aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen.
Windenergieanlagen, aber auch andere dezentrale Einspeiser, speisen heutzutage mit einer Einspeiseanordnung in ein elektrisches Versorgungsnetz ein. Eine solche Einspeiseanordnung weist regelmäßig einen Wechselrichter auf, der aus einem Gleichstrom bzw. einer Gleichspannung einen Wechselstrom erzeugt, der besonders an Frequenz und Phase des elektrischen Versorgungsnetzes angepasst ist, um ihn somit in das elektrische Versorgungsnetz einzuspeisen. Versorgt wird ein solcher Wechselrichter regelmäßig aus einem Gleichspannungszwischenkreis, der die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom bereitstellt. Nachfolgend wird im Zusammenhang mit einem Gleichspannungszwischenkreis grundsätzlich auf eine Gleichspannung Bezug genommen, was aber sinngemäß auch Ausführungen mit einem entsprechenden Gleichstrom beinhaltet.
Ein solcher Gleichspannungszwischenkreis erhält seine Energie von einem entsprechenden Erzeuger, nämlich im Falle einer Windenergieanlage vom Generator der Windenergieanlage. Dazu wird von dem Generator ein Wechselstrom erzeugt, der mittels eines Gleich- richters gleichgerichtet und dem Gleichspannungszwischenkreis zugeführt wird. Ggf. kommt auch ein Hochsetzsteller zum Einsatz. Der Wechselrichter kann somit immer so viel Leistung in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen, wie durch solch einen Erzeuger, insbesondere Generator, in den Gleichspannungszwischenkreis eingegeben wird. Schwankt beispielsweise im Falle einer Windenergieanlage die Windgeschwindigkeit, schwankt auch die vom Generator erzeugte Leistung und damit die in dem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Leistung. Schließlich schwankt auch die in das elektrische Versorgungsnetz eingespeiste Leistung.
Um hier eine gewisse Verstetigung zu erreichen, sind Lösungen vorgeschlagen worden, die einen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie oder eine Batteriebank, direkt mit dem Gleichspannungszwischenkreis koppeln. Durch einen Hochsetzsteller und/oder Tiefsetzsteller bzw. allgemein einen Stromsteller kann Leistung von dem Gleichspannungszwischenkreis in die Batterie eingespeichert werden und bei Bedarf von der Batterie in den Gleichspannungszwischenkreis gegeben werden.
Allerdings sind solche Batteriespeicher mit solchen Stromstellern kostspielig und auch die Stromsteller müssen zusätzlich angesteuert werden. Besonders durch diese zusätzliche Ansteuerung entsteht ein höherer Steuerungsaufwand und ggf. muss auch eine solche Ansteuerung besagter Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller mit dem Betrieb der Einspeiseanordnung, insbesondere mit dem Betrieb des einspeisenden Wechselrichters koordiniert werden. Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2009 050 402 A1 , US 2007 / 0 246 943 A1 , DE 10 2012 215 978 A1 und DE 10 2012 209 995 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen wer- den, die für eine genannte Einspeiseanordnung eine Verstetigung der Einspeisung mit möglichst geringem Aufwand ermöglicht. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren steuert somit eine Einspeiseanordnung zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elekt- risches Versorgungsnetz. Dabei wird mit einer Gleichrichtvorrichtung eine erste Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichgerichtet und an einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt. Mit einem mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelten Wechselrichter wird die Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung wechselgerichtet. Dazu wird vorgeschlagen, dass eine Spannungshöhe der Gleichspannung des Gleich- spannungszwischenkreises über eine Steuerung der Gleichrichtvorrichtung variiert wird, um ein Laden oder Entladen eines mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelten elektrischen Speichers zu steuern. Beispielsweise kann ein Generator einer Windenergieanlage eine Wechselspannung bereitstellen, die eine erste Wechselspannung bildet, und die von der Gleichrichtvorrichtung in die Gleichspannung gleichgerichtet wird. Der Wechselrichter sorgt dafür, dass die so entstandene Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung wechselgerichtet wird, nämlich zum Einspeisen in das elektrische Versorgungs- netz. Die zweite Wechselspannung ist also an eine Wechselspannung im elektrischen Versorgungsnetz angepasst, besonders nach Betrag, Frequenz und Phase. Besonders der Betrag, also die Amplitude der Wechselspannung, kann sich aber von der Amplitude der Netzspannung unterscheiden, wenn beispielsweise zwischen der Einspeiseanordnung und dem elektrischen Versorgungsnetz ein Transformator angeordnet ist. Außerdem ist ein elektrischer Speicher mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt. Je nach Spannungshöhe des Gleichspannungszwischenkreises und des elektrischen Speichers, der ebenfalls eine Gleichspannung aufweist, fließt elektrische Leistung von dem Gleichspannungszwischenkreis in den elektrischen Speicher oder vom elektrischen Speicher in den Gleichspannungszwischenkreis. Im vollständig ausgeglichenen Fall fließt keine Leistung.
Hierfür wird nun vorgeschlagen, dass die Spannungshöhe der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises über ein Steuern der Gleichrichtvorrichtung variiert wird. Wird also die Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises auf eine hohe Spannungshöhe gesteuert, wird entsprechend Leistung zum elektrischen Speicher fließen und der elektrische Speicher wird dadurch geladen. Wird die Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises auf eine niedrige Spannungshöhe gesteuert, gibt der elektrische Speicher Leistung an den Gleichspannungszwischenkreis ab. Dann steht der Einspeisung elektrischer Leistung in das elektrische Versorgungsnetz diese von dem elektrischen Speicher abgegebene Leistung zusätzlich zur Verfügung. Hier wurde besonders erkannt, dass dadurch ein Hochsetzsteller und/oder Tiefsetzsteller bzw. Stromsteller als Steuereinheit zwischen dem Gleichspannungszwischenkreis und dem elektrischen Speicher eingespart werden kann. Insbesondere wird somit auch vorgeschlagen, dass der elektrische Speicher mit dem Gleichspannungszwischenkreis ohne Zwischenschaltung einer Steuereinheit gekoppelt ist. Besonders wurde auch erkannt, dass die Gleichrichtvorrichtung und/oder der Wechselrichter ohnehin angesteuert werden müssen und nun nur über eine Variation der Steuerung ein Laden oder Entladen des elektrischen Speichers mit gesteuert werden kann, ohne dass zusätzliche Hardware verwendet werden muss. Natürlich kann trotzdem, besonders aus sicherheitstechnischen Gründen heraus, bspw. ein Schalter zwischen dem elektrischen Speicher und dem Gleichspannungszwischenkreis vorgesehen sein.
Über die Gleichrichtvorrichtung, die auch einen Hochsetzsteller beinhalten kann, oder als aktiver Gleichrichter ausgebildet werden kann, kann diese Steuerung der Spannungshöhe der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises durchgeführt werden. Es kommt grundsätzlich aber auch in Betracht, diese Spannungshöhe über den Wechselrichter zu steuern, denn auch der beeinflusst diese Spannungshöhe abhängig davon, wieviel Leistung er in das elektrische Versorgungsnetz einspeist. Besonders das Zusammenspiel zwischen Wechselrichter und Gleichrichtvorrichtung kann diese Spannungshöhe steuern.
Eine Variante der Steuerung dieser Spannungshöhe kann darin bestehen, dass der Wech- selrichter einen festen Leistungswert bekommt, nämlich insbesondere einen festen Wirkleistungswert, der einen Sollwert der Leistung angibt, dementsprechend der Wechselrichter Leistung in das elektrische Versorgungsnetz einspeist. Die Gleichrichtvorrichtung kann dann entsprechend dadurch, ob sie mehr oder weniger Leistung in den Gleichspannungszwischenkreis eingibt, die Spannungshöhe steuern. Zudem ist vorgesehen, dass die Gleichrichtvorrichtung, der Gleichspannungszwischenkreis und der Wechselrichter eine Einspeiseteilanordnung bilden und die Einspeiseteilanordnung als bidirektionaler Umrichter ausgebildet ist, und/oder der Wechselrichter als bidirektionaler Wechselrichter ausgebildet ist. Damit kann erreicht werden, dass der mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelte elektrische Speicher ohne zusätzlichen appa- rativen Aufwand auch aus dem elektrischen Versorgungsnetz geladen werden kann. Damit ist auch eine derartige Netzstützung möglich, bei der Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz aufgenommen wird, um besonders auf ein Leistungsüberangebot des elektrischen Versorgungsnetzes zu reagieren.
Vorzugsweise wird durch den Wechselrichter unabhängig von dem Variieren der Span- nungshöhe der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises eine vorgegebene elektrische Leistung wechselgerichtet und zum Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz bereitgestellt. Die Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises bildet die Eingangsgröße für den Wechselrichter und es wird hier vorgeschlagen, dass sich der Wechselrichter somit an die variierende Eingangsspannung, also an die Variation der Spannungshöhe der Eingangsspannung insoweit anpasst, als dass die vorgegebene elektrische Leistung, die er einspeisen soll, mit möglichst gleichem Wert erzeugt und eingespeist wird, ob nun die Spannungshöhe der Gleichspannung im Gleichspannungszwi- schenkreis hoch oder niedrig ist. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Toleranzbandverfahren zum Einspeisen verwendet wird und somit ein der einzuspeisenden Leistung entsprechender Einspeisestrom vorgegeben werden kann und überdas Toleranzbandverfahren gesteuert wird, dass der erzeugte Abgabestrom des Wechselrichters in diesem Toleranzband liegt. Dabei kann es bspw. sein, dass zum Erzeugen der gewünschten Leistung beispielsweise bei etwas niedrigerer Spannungshöhe der Gleichspannung entsprechende Halbleiterschalter zum Modulieren des Einspeisestroms jeweils etwas länger geschlossen sind, als bei einer höheren Spannungshöhe der Gleichspannung.
Vorzugsweise wird die Spannungshöhe der Gleichspannung des Gleichspannungszwi- schenkreises zwischen einer oberen Spannungshöhe und einer unteren Spannungshöhe variiert. Dadurch können Grenzwerte festgelegt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Spannungshöhe der Gleichspannung, die somit den Eingang des Wechselrichters bildet, in jedem Fall in einem Bereich gehalten wird, in dem der Wechselrichter arbeiten kann. Vorzugsweise wird die obere Spannungshöhe auf einen Wert von 1000 V, auf einen Wert von 1200 V, oder auf einen Wert in einem Bereich von 1000 V bis 1200 V gewählt. Vorzugsweise wird für die untere Spannungshöhe ein Wert von etwa 600 V gewählt. Durch diesen Bereich wird ein für den Wechselrichter nutzbarer Bereich vorgegeben, der gleichzeitig eine ausreichende Variation der Spannungshöhe so ermöglicht, dass der elektrische Speicher auch entsprechend geladen und entladen werden kann. Es ist zu beachten, dass besonders bei Verwendung eines Batteriespeichers als der elektrische Speicher keine sehr großen Spannungsunterschiede zwischen geladenem und entladenem Zustand existieren.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der mit dem Gleichspannungs- zwischenkreis gekoppelte elektrische Speicher einen Speicheranschluss aufweist, über den er mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt ist. Hierzu wird vorgeschlagen, dass der elektrische Speicher durch ein elektrisches Ladepotential gekennzeichnet ist, das ein Laden des elektrischen Speichers bewirkt, wenn dieses Ladepotential am Speicheranschluss anliegt. Außerdem oder alternativ ist der elektrische Speicher gekennzeichnet durch ein elektrisches Entladepotential, das ein Entladen des elektrischen Speichers bewirkt, wenn eine Spannung in Höhe dieses Entladepotentials am Speicheranschluss an- liegt. Dazu wird vorgeschlagen, dass das Ladepotential kleiner ist als eine Maximalspannungshöhe der Gleichspannung, auf die der Wechselrichter ausgelegt ist. Für das Entladepotential wird vorgeschlagen, dass dieses größer ist als eine Mindestspannungshöhe der Gleichspannung, die der Wechselrichter zum Wechselrichten benötigt. Besonders wird vorgeschlagen, dass das Ladepotential kleiner als die obere Spannungshöhe ist und dass das Entladepotential größer als die untere Spannungshöhe ist. Somit kann die Maximalspannungshöhe der oberen Spannungshöhe und die Mindestspannungshöhe der unteren Spannungshöhe entsprechen. Die Maximalspannungshöhe bzw. die obere Spannungshöhe und die Mindestspannungshöhe bzw. die untere Spannungshöhe können somit ein Spannungsband bilden, in dem die Gleichspannung gehalten wird. Entsprechend ist der elektrische Speicher so ausgelegt, dass er in diesem Bereich, insbesondere in diesem Spannungsband gut betrieben werden kann. Gleiches gilt für den Wechselrichter.
Vorzugsweise ist der elektrische Speicher elektrisch direkt mit dem Gleichspannungszwi- schenkreis so gekoppelt, dass der elektrische Speicher durch ein Einstellen der Span- nungshöhe der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises geladen und/oder entladen wird. Somit wird vorgeschlagen, dass allein die genannte Spannungshöhe das Laden und Entladen steuert und keine Steuereinheit zwischen dem elektrischen Speicher und dem Gleichspannungszwischenkreis vorgesehen ist. Insbesondere ist kein sogenannter DC/DC-Steller, der auch synonym als Stromsteller bezeichnet werden kann, zwischen dem elektrischen Speicher und dem Gleichspannungszwischenkreis vorgesehen. Somit kann ein solcher DC/DC-Steller eingespart werden, indem besonders die Gleichrichtvorrichtung entsprechend angesteuert wird, um das Laden und Entladen über die Spannungshöhe des Gleichspannungszwischenkreises zu steuern.
Vorteilhafterweise wird die Gleichrichtvorrichtung aktiv so gesteuert, dass die Spannungs- höhe der Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises zum Laden und/oder Entladen des elektrischen Speichers variiert wird. Hier wird somit besonders ein aktiver Gleichrichter vorgeschlagen. Durch diesen aktiven Gleichrichter kann beim Gleichrichten besonders eines von einem Generator abgegebenen Statorstroms die Spannungshöhe seines Ausgangs und damit die Spannungshöhe des Gleichspannungszwischenkreises gesteuert werden. Besonders kann durch einen solchen aktiven Gleichrichter die in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeiste Leistung gesteuert werden, um dadurch die Spannungshöhe des Gleichspannungszwischenkreises zu steuern. Vorzugsweise wird somit vorgeschlagen, dass die Gleichrichtvorrichtung das Gleichrichten durch einen aktiv gesteuerten Gleichrichter ohne Verwendung eines Hochsetzstellers durchführt. Alternativ wird zusätzlich ein Hochsetzsteller vorgeschlagen.
Vorzugsweise wird die erste Wechselspannung durch einen Generator einer Windenergie- anlage bereitgestellt. Dadurch kann dieses Verfahren besonders gut zum Einspeisen elektrischer Leistung einer Windenergieanlage eingesetzt werden. Es kommt aber auch in Betracht, die erste Wechselspannung durch das Versorgungsnetz selbst bereitzustellen. Das kann besonders für einen sogenannten STATCOM-Betrieb vorgesehen sein, wenn die Einspeiseanordnung im Wesentlichen eine Phasenverschiebung durchführt bzw. einen Blindstrom einspeist. Eine solche Einspeiseanordnung kann auch als STATCOM bezeichnet werden und vorzugsweise wird somit vorgeschlagen, dass die Einspeiseanordnung als STATCOM ausgebildet ist. Zusätzlich wird durch den elektrischen Speicher die Möglichkeit geschaffen, Wirkleistung aufzunehmen und wieder abzugeben, um dadurch auf entsprechende Leistungsschwankungen im elektrischen Versorgungsnetz zu reagieren. Alternativ kann die Einspeiseanordnung als Windenergieanlage ausgebildet sein und einen Synchrongenerator und einen Vollumrichter umfassen bzw. eine solche Einspeiseanordnung kann Teil einer Windenergieanlage sein, die einen Synchrongenerator und einen Vollumrichter aufweist, wobei der Vollumrichter als Einspeiseanordnung oder als Teil der Einspeiseanordnung angesehen werden kann. Erfindungsgemäß wird auch eine Einspeiseanordnung vorgeschlagen. Diese ist zum Einspeisen elektrischer Leistung in das elektrische Versorgungsnetz vorgesehen. Sie umfasst eine Gleichrichtvorrichtung zum Gleichrichten einer ersten Wechselspannung in eine Gleichspannung. Außerdem umfasst sie einen mit der Gleichrichtvorrichtung gekoppelten Gleichspannungszwischenkreis zum Bereitstellen der Gleichspannung. Weiterhin umfasst sie einen mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelten Wechselrichter zum Wechselrichten der Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung. Schließlich umfasst sie auch noch einen mit dem Gleichspannungszwischenkreis gekoppelten elektrischen Speicher zum Speichern elektrischer Energie. Besonders kann die Gleichrichtvorrichtung mit dem Wechselrichter und dem Gleichspannungszwischenkreis als Vollumrichter bezeichnet werden. Ein solcher Vollumrichter wäre dann mit einem elektrischen Speicher ergänzt.
Weiter wird nun vorgeschlagen, dass bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einspeiseanordnung die Gleichrichtvorrichtung eine Gleichrichtsteuerung umfasst und dazu ein- gerichtet ist, eine Spannungshöhe der Gleichspannung am Gleichspannungszwischen- kreis so zu variieren, dass ein Laden oder Entladen des mit dem Gleichspannungszwi- schenkreis gekoppelten elektrischen Speichers über die Spannungshöhe erfolgt. Besonders wird vorgeschlagen, dass diese Einspeiseanordnung gemäß wenigstens einem Ver- fahren gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform gesteuert wird und dass die Einspeiseanordnung dafür jeweils entsprechend vorbereitet ist bzw. die entsprechend erläuterten Komponenten aufweist.
Vorzugsweise ist der Wechselrichter dazu eingerichtet, eine vorgegebene elektrische Leistung unabhängig von dem Variieren der Spannungshöhe der Gleichspannung des Gleich- spannungszwischenkreises aus dem Gleichspannungszwischenkreis wechselzurichten und für ein Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz bereitzustellen. Insbesondere ist der Wechselrichter dazu eingerichtet, diese Leistung in das elektrische Versorgungsnetz einzuspeisen. Auch das kann gemäß einer Ausführungsform eines vorstehend beschriebenen Verfahrens erfolgen. Vorzugsweise ist eine Einspeiseanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Spannungshöhe der Gleichspannung des Gleichspan- nungszwischenkreises zwischen einer oberen Spannungshöhe, vorzugsweise etwa 1000 bis 1200 V, und einer unteren Spannungshöhe, vorzugsweise etwa 600 V, zu variieren, oder die Spannungshöhe der Gleichspannung in diesem Bereich zu führen. Durch dieses Variieren bzw. Führen der Spannungshöhe kann sichergestellt werden, dass der Wechselrichter eine ausreichende Eingangsspannung erhält und gleichzeitig je nach Bedarf oder Vorgabe ein Laden oder Entladen des elektrischen Speichers ohne zusätzliche Hardware gesteuert werden kann, jedenfalls ohne zusätzlichen Gleichstromsteller.
Somit wird vorzugsweise auch vorgeschlagen, dass der elektrische Speicher direkt an den Gleichspannungszwischenkreis gekoppelt ist, ohne Zwischenschaltung eines Stromrichters, Tiefsetzstellers oder Hochsetzstellers, wobei ein Stromrichter auch synonym als Stromsteller bezeichnet werden kann. Somit können diese Elemente eingespart werden.
Eine weitere Ausführungsform schlägt vor, dass die Gleichrichtvorrichtung durch einen aktiv gesteuerten Gleichrichter ausgebildet ist oder die Gleichrichtvorrichtung durch einen passiven Gleichrichter mit einem Hochsetzsteller ausgebildet ist. In beiden Fällen kann eine Steuerung der Spannungshöhe im Gleichspannungszwischenkreis erreicht werden. Es wird vorgeschlagen, dass die Gleichrichtvorrichtung, der Gleichspannungszwischen- kreis und der Wechselrichter eine Einspeiseanordnung bilden, wobei die Einspeiseanordnung als bidirektionaler Umrichter ausgebildet ist. Somit kann der Wechselrichter von dem Gleichspannungszwischenkreis wechselrichten und ins elektrische Versorgungsnetz ein- speisen. Alternativ aber kann er auch einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung gleichrichten und entsprechende Leistung in den Gleichspannungszwischenkreis geben. In gleicher Art und Weise kann die Gleichrichtvorrichtung auch wechselrichten. Das ist besonders vorteilhaft für einen STATCOM-Betrieb. Vorzugsweise arbeitet zumindest der Wechselrichter bidirektional und kann somit Leistung aus dem elektrischen Versorgungs- netz entnehmen und in den Gleichspannungszwischenkreis einspeisen. In diesem Fall kann der bidirektionale Wechselrichter die Gleichrichtvorrichtung und den Wechselrichter zugleich bilden, was jedenfalls dann sinnvoll ist, wenn für den STATCOM-Fall keine Verbindung zu einem Generator besteht, oder temporär nicht genutzt wird, wenn also nur Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist wird. Durch die vorgeschlagene Steuerung der Spannungshöhe des Gleichspannungszwischen- kreises kann auch diese Leistung dann weiter in den elektrischen Speicher eingespeichert werden.
Vorzugsweist ist die Einspeiseanordnung dazu eingerichtet, ein Verfahren gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Erfindungsgemäß wird auch eine Windenergieanlage vorgeschlagen und diese hat einen aerodynamischen Rotor und einen mit dem aerodynamischen Rotor gekoppelten Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, und sie hat eine Einspeiseanordnung zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz. Die Einspeiseanordnung ist dabei gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer Ein- speiseanordnung ausgebildet. Außerdem oder alternativ ist sie dazu eingerichtet, ein Verfahren zum Steuern einer Einspeiseanordnung gemäß einer dazu vorstehend beschriebenen Ausführungsform auszuführen. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage eine Einspeisesteuerung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine bzw. die Gleichrichtvorrichtung und/oder einen bzw. den Wechselrichter zu steuern. Damit kann besonders vorteilhaft eine Windenergieanlage um einen elektrischen Speicher ergänzt werden, der ohne wesentliche Zusatzhardware, besonders ohne zusätzliche Stromsteller angesteuert werden kann. Dadurch kann besonders auf möglichst einfache Art und Weise eine Vergleichsmäßigung der Leistungseinspeisung einer Windenergieanlage erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird auch ein Windpark vorgeschlagen, der wenigstens zwei Windenergieanlagen aufweist. Dieser Windpark weist außerdem wenigstens eine Einspeiseanord- nung gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer Einspeiseanordnung auf. Hier kann vorgesehen sein, dass die Einspeiseanordnung an einer zentralen Stelle des Parks angeordnet ist und eingangsseitig Wechselstrom bzw. Wechselspannung von mehreren Windenergieanlagen des Windparks, insbesondere von allen Windenergieanlagen des Windparks erhält. Diese von mehreren Windenergieanlagen er- haltene Wechselspannung entspräche dann einer vorstehend erläuterten ersten Wechselspannung. Diese zentrale oder gemeinsame Einspeiseanordnung kann dann mit dieser ersten Wechselspannung so arbeiten, wie vorstehend gemäß Ausführungsformen zum Verfahren zum Steuern einer Einspeiseanordnung oder Ausführungsformen einer Einspeiseanordnung beschrieben wurde. Der Windpark kann auch eine oder insbesondere mehrere Windenergieanlagen gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer Windenergieanlage aufweisen. Insbesondere sind alle Windenergieanlagen des Windparks gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer Windenergieanlage ausgebildet.
Außerdem oder alternativ ist der Windpark dazu eingerichtet, ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern einer Einspeiseanordnung durchzuführen.
Damit kann auch ein Windpark auf einfache Art und Weise mit einem zusätzlichen elektrischen Speicher ausgestattet werden, oder mit mehreren solcher elektrischen Speicher, wobei die Ansteuerung auf einfache Art und Weise erfolgt und somit auf einfache Art und Weise, besonders mit geringem Hardwareaufwand, eine Verstetigung der durch den Windpark eingespeisten Windleistung erreicht werden.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beispielhaft näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Darstellung. Figur 2 zeigt einen Windpark in einer schematischen Darstellung. Figur 3 zeigt eine Einspeiseanordnung in einer schematischen Darstellung.
Figur 4 zeigt ein Spannungsdiagramm zum Erläutern eines Spannungsbandes.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 ange- ordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Figur 2 zeigt einen Windpark 112 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 112. Die Windenergieanlagen 100 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches Parknetz 114 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 100 aufaddiert und meist ist ein Transformator 116 vorgesehen, der die Spannung im Park hochtransformiert, um dann an dem Einspeisepunkt 118, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versor- gungsnetz 120 einzuspeisen. Fig. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 112, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist. Auch kann beispielsweise das Parknetz 114 anders gestaltet sein, in dem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen. Figur 3 zeigt eine Einspeiseanordnung 300. Diese ist mit einem Generator 302 verbunden, der auch Teil der Einspeiseanordnung 300 sein kann. Der Generator 302 erzeugt eine Leistung und stellt diese in der gezeigten Ausführungsform als dreiphasigen Statorstrom an einem Generatorausgang 304 bereit. Der Generator 302 erzeugt somit einen Wechselstrom, der hier dreiphasig ist. Es kommt aber beispielsweise auch eine sechsphasige An- Ordnung in Betracht, bei der der Generator 302 zwei dreiphasige Statorströme erzeugt und bereitstellt. Es kommen grundsätzlich aber auch andere Generatortypen in Betracht.
Der so vom Generator 302 erzeugte Wechselstrom wird von der Gleichrichtvorrichtung 306, die vereinfachend auch als Gleichrichter bezeichnet werden kann, gleichgerichtet und damit speist diese Gleichrichtvorrichtung 306 dann einen Gleichspannungszwischenkreis 308. Dieser Gleichspannungszwischenkreis 308 weist dann eine Gleichspannung UDC auf, die erfindungsgemäß variabel ist. Diese Gleichspannung UDC des Gleichspannungszwischenkreises 308 wird dann an einen Wechselrichter 310 gegeben. Der Wechselrichter 310 erzeugt dann daraus ein dreiphasiges Wechselspannungssignal an seinem Wechselrichterausgang 312. Dieses Wechselspannungssignal bzw. ein entsprechend erzeugter Wechselstrom wird in ein elektrisches Versorgungsnetz 314 eingespeist. Dazu können zwischen dem Wechselrichterausgang 312 und dem elektrischen Versorgungsnetz 314 weitere Elemente angeordnet sein, wie beispielsweise ein Transformator, oder Schutzschalter, was hier nicht im Detail ausgeführt wird.
Zum Erzeugen und Steuern der Gleichspannung UDC des Gleichspannungszwischenkrei- ses 308 ist die Gleichrichtvorrichtung 306 als aktiver Gleichrichter ausgeführt. Dieser aktive Gleichrichter weist somit intern eine Schaltungsanordnung auf, insbesondere zwei gesteuerte Halbleiterschalter je Phase, die gezielt jede Phase so ansteuern, dass der Gleichrichtvorgang nicht passiv abläuft, sondern geführt wird, um dadurch auch die Spannungshöhe der Gleichspannung UDC im Gleichspannungszwischenkreis 308 einzustellen. Alternativ kann auch ein passiver Gleichrichter in Kombination mit einem nachgeschalteten Hochsetzsteller verwendet werden. Hierdurch kann der Gleichrichter als passives und kostengünstiges Bauelement ausgeführt sein und damit auf einen ersten Gleichspannungszwischenkreis gleichrichten. Von einem solchen ersten Gleichspannungszwischenkreis kann der Hochsetzsteller dann auf einem zweiten Gleichspannungszwischenkreis die ge- forderte Gleichspannung einstellen. Der gezeigte Gleichspannungszwischenkreis 308 entspräche dann dem zweiten Gleichspannungszwischenkreis.
Es wird nun vorgeschlagen, dass an dem Gleichspannungszwischenkreis zudem ein elektrischer Speicher 316 angeschlossen ist. Dieser elektrische Speicher 316 ist hier als elektrische Batterie veranschaulicht und vorzugsweise wird dieser elektrische Speicher auch als Batterie oder Batteriebank ausgeführt. Dieser elektrische Speicher 316 kann dann durch entsprechende Wahl bzw. durch entsprechendes Einstellen der Spannungshöhe der Gleichspannung UDC aufgeladen oder entladen werden, wobei Aufladen und Entladen auch ein teilweises Aufladen bzw. teilweises Entladen beinhaltet. Es kann dadurch also Leistung eingespeichert oder ausgespeichert werden. Das ist über die Spannungshöhe der Gleich- Spannung UDC steuerbar, was noch im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert wird.
Dadurch kann ein bidirektionaler Gleichstromsteller 318 eingespart werden. Ein solcher Gleichstromsteller 318 ist in Figur 3 nur veranschaulichend dargestellt und daher nur über eine gestrichelte Zuleitung mit dem Gleichspannungszwischenkreis 308 verbunden. Außerdem ist er ebenfalls gestrichelt mit einem elektrischen Speicher 316' verbunden, der dem elektrischen Speicher 316 entsprechen kann. Durch die vorgeschlagene Lösung braucht somit diese Anordnung unter Verwendung des Gleichstromstellers 318 nicht reali- siert werden, wodurch offensichtlich der Gleichstromsteller 318 eingespart werden kann.
Dazu wird in dem Diagramm der Figur 4 erläutert, dass die Gleichspannung UDC in einem Spannungsband zwischen einer oberen Spannungshöhe 440 und einer unteren Spannungshöhe 442 variieren kann. Die Werte für die obere Spannungshöhe 440 und untere Spannungshöhe 442 sind hier exemplarisch mit 800 und 600 V angegeben. Besonders die obere Spannungshöhe 440 kann aber beispielsweise auch 1000 V oder 1200 V betragen.
Die obere Spannungshöhe 440 und die untere Spannungshöhe 442 spannen somit ein Spannungsband 444 auf, in dem die Spannungshöhe der Gleichspannung UDC liegen soll. Die Gleichspannung UDC wird nun so geführt, dass sie etwa im oberen Bereich des Spannungsbandes 444 geführt wird, wenn der elektrische Speicher 316 aufgeladen werden soll. Zum Veranschaulichen eines solchen Ladens im oberen Bereich des Spannungsbandes 444 ist ein Betriebspunkt C gezeigt, bei dem der elektrische Speicher 316 gemäß Figur 3 geladen wird.
Soll der elektrische Speicher entladen werden, wird eine Spannungshöhe der Gleichspannung UDC in einem unteren Bereich des Spannungsbandes 444 gewählt. Das ist exempla- risch durch einen Betriebspunkt D dargestellt, der ein Entladen des elektrischen Speichers 316 verursacht.
Es ist zu beachten, dass besonders bei der Verwendung einer Batterie als elektrischen Speicher, was eine Batteriebank als Möglichkeit einschließt, diese abhängig ihres Ladezustands auch geringe Spannungsvariationen aufweist. Diese sind aber nicht sehr groß und gehen besonders auch nicht auf einen Spannungswert von null herunter. Es ist eher von Schwankungen im Bereich von etwa 10% der Ausgangsspannung einer solchen Batterie zwischen vollständig entladen und vollständig geladen auszugehen. Unter vollständig entladen ist dabei natürlich keine Tiefenentladung zu verstehen, die die Batterie zerstört, sondern ein so niedriger Ladezustand, dass ohne Beschädigung der Batterie keine weitere Energie mehr entnommen werden kann oder sollte. Durch die Wahl der Spannungshöhe der Gleichspannung UDC kann somit gesteuert werden, ob die Batterie geladen oder entladen wird, ob also Leistung eingespeichert oder ausgespeichert wird, wobei der Ladezustand mit berücksichtigt werden kann. Auch kann gesteuert werden, wieviel Leistung eingespeichert bzw. ausgespeichert wird, nämlich durch eine entsprechend große oder kleine Spannungsdifferenz zwischen Gleichspannung UDC am Gleichspannungszwischenkreis 308 und einer internen Batteriespannung des elektrischen Speichers 316.
Im Übrigen wird der Wechselrichter 310 besonders so gesteuert, dass er sieh an die Spannungshöhe der Gleichspannung UDC im Gleichspannungszwischenkreis 308 anpasst. Ist also beispielsweise die Spannungshöhe der Gleichspannung UDC im Gleichspannungszwischenkreis 308 gering, um elektrische Leistung aus dem elektrischen Speicher 316 auszuspeichern, so kann der Wechselrichter 310 das besonders durch entsprechende Schaltkonzepte bzw. Pulsmuster oder Pulsbreiten ausgleichen. Ggf. kann in Kauf genommen werden, dass beispielsweise eine Ausgangsspannung am Wechselrichterausgang 312 et- was abfällt, wenn gleichzeitig aber der Wechselrichter durch entsprechende Schaltmuster oder Schalteransteuerungen einen höheren Strom zum Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz 314 erzeugt.
Somit wird hier eine Lösung vorgeschlagen, die nicht nur gemäß der gezeigten Figuren, sondern allgemein eine Reduzierung von Systemkosten zukünftiger Windenergieanlagen optimieren hilft. Insbesondere in Kombination mit einem elektrischen Speicher kann hierdurch die leistungselektronische Auslegung kostengünstig umgesetzt werden, besonders weil ein Gleichstromsteller, besonders der gezeigte bidirektionale Gleichstromsteller 318, eingespart werden kann. Diese Einsparung kann durch entsprechende Ansteuerung der Gleichrichtvorrichtung und des Wechselrichters ausgeglichen werden. Durch entsprechende Anpassung des Wechselrichters, insbesondere seine Ansteuerung, ist es möglich, unabhängig von der Zwischenkreisspannung, also unabhängig von der Spannungshöhe der Gleichspannung UDC, die Generatorleistung, die insbesondere der Generator 302 erzeugt, in ein elektrisches Versorgungsnetz, insbesondere das gezeigte elektrische Versorgungsnetz 314, einzuspeisen. Dadurch kann dann die Spannungshöhe der Gleichspannung UDC des Gleichspannungszwischenkreises frei gewählt werden und dann zum Laden bzw. Entladen des direkt an dem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Speichers gewählt werden. Besonders bevorzugt wird die Steuerung der Spannungshöhe der Gleichspannung UDC durch einen aktiven Gleichrichter durchgeführt.
Vorzugsweise wird daher eine solche Technologie besonders in einer Windenergieanlage eingesetzt, die ohnehin einen Gleichrichter und einen Wechselrichter aufweist. Diese kann nun auf einfache Art und Weise durch einen elektrischen Speicher ergänzt werden, wobei der schaltungstechnische Aufwand dadurch gering gehalten werden kann, dass besonders ein Gleichstromsteller zum Laden und Entladen des elektrischen Speichers entbehrlich wird. Dadurch kann auch auf einfache Art und Weise die eingespeiste Leistung besser vergleichsmäßigt werden. Alternativ kommt aber auch in Betracht, dass in einem Windpark ein zentraler Wechselrichter und/oder ein zentraler Gleichrichter und entsprechend ein zentraler elektrischer Speicher vorgesehen sind.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Einspeiseanordnung (300) zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz, wobei mit einer Gleichrichtvorrichtung (306) eine erste Wechselspannung in eine Gleich- Spannung (UDC) gleichgerichtet und an einem Gleichspannungszwischenkreis (308) bereitgestellt wird und mit einem mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten Wechselrichter (310) die Gleichspannung (UDC) in eine zweite Wechselspannung wechselgerichtet wird, wobei eine Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkrei- ses (308) über eine Steuerung der Gleichrichtvorrichtung (306) und/oder des Wechselrichters (310) variiert wird, um ein Laden oder Entladen eines mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten elektrischen Speichers (316) zu steuern, und die Gleichrichtvorrichtung (306), der Gleichspannungszwischenkreis (308) und der
Wechselrichter (310) eine Einspeiseteilanordnung bilden und die Einspeiseteilanordnung als bidirektionaler Umrichter ausgebildet ist, und/oder der Wechselrichter (310) als bidirektionaler Wechselrichter ausgebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch den Wechselrich- ter (310) unabhängig von dem Variieren der Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkreises (308) eine vorgegebene elektrische Leistung wechselgerichtet und zum Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkreises (308) zwischen ei- ner oberen Spannungshöhe (440), vorzugsweise etwa 1000 V bis 1200V, und einer unteren Spannungshöhe (442), vorzugsweise etwa 600 V, variiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelte elektrische Speicher (316) einen Speicheranschluss aufweist, über den er mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelt ist, und gekennzeichnet ist durch ein elektrisches Ladepotential, das ein Laden des elektrischen Speichers (316) bewirkt, wenn es am Speicheranschluss anliegt, und/oder - ein elektrisches Entladepotential, das ein Entladen des elektrischen Speichers (316) bewirkt, wenn es am Speicheranschluss anliegt, wobei das Ladepotential kleiner ist als eine Maximalspannungshöhe der Gleichspannung (UDC), auf die der Wechselrichter (310) ausgelegt ist und/oder das Entladepotential größer ist als eine Mindestspannungshöhe der Gleichspannung (UDC), die der Wechselrichter (310) zum Wechselrichten benötigt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Speicher (316) elektrisch direkt mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) so gekoppelt ist, dass der elektrische Speicher (316) durch ein Einstellen der Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkreises (308) gela- den und/oder entladen wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtvorrichtung (306) aktiv so gesteuert wird, dass die Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkreises (308) zum Laden und/oder Entladen des elektrischen Speichers (316) variiert wird. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtvorrichtung (306) das Gleichrichten durch einen aktiv gesteuerten Gleichrichter ohne Verwendung eines Hochsetzstellers durchführt oder die Gleichrichtvorrichtung (306) das Gleichrichten durch einen passiven Gleichrichter und einen Hochsetzsteller durchführt. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Wechselspannung durch einen Generator (302) einer Windenergieanlage bereitgestellt wird oder die erste Wechselspannung durch das Versorgungsnetz bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einspeiseanordnung (300) als Windenergieanlage, umfassend einen Synchrongenerator und einen Vollumrichter, ausgebildet ist oder die Einspeiseanordnung (300) als STATCOM ausgebildet ist.
10. Einspeiseanordnung (300) zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz, umfassend: eine Gleichrichtvorrichtung (306) zum Gleichrichten einer ersten Wechselspannung in eine Gleichspannung (UDC) einen mit der Gleichrichtvorrichtung (306) gekoppelten Gleichspannungszwischen- kreis (308) zum Bereitstellen der Gleichspannung (UDC), - einen mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten Wechselrichter
(310) zum Wechselrichten der Gleichspannung (UDC) in eine zweite Wechselspannung, und einen mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten elektrischen Speicher zum Speichern elektrischer Energie, wobei die Gleichrichtvorrichtung (306) eine Gleichrichtsteuerung umfasst und dazu eingerichtet ist, eine Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) am Gleichspannungszwischenkreis (308) so zu variieren, dass ein Laden oder Entladen des mit dem Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelten elektrischen Speichers über die Span- nungshöhe erfolgt, und die Gleichrichtvorrichtung (306), der Gleichspannungszwischenkreis (308) und der Wechselrichter (310) eine Einspeiseteilanordnung bilden und die Einspeiseteilanordnung als bidirektionaler Umrichter ausgebildet ist, und/oder der Wechselrichter (310) als bidirektionaler Wechselrichter ausgebildet ist. 11. Einspeiseanordnung (300) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Wechselrichter (310) dazu eingerichtet ist, eine vorgegebene elektrische Leistung unab- hängig von dem Variieren der Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspan- nungszwischenkreises (308) aus dem Gleichspannungszwischenkreis (308) wechselzurichten und für ein Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz bereitzustellen.
12. Einspeiseanordnung (300) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtvorrichtung (306) dazu eingerichtet ist, die Spannungshöhe der Gleichspannung (UDC) des Gleichspannungszwischenkreises (308) zwischen einer oberen Spannungshöhe (440), vorzugsweise etwa 1000 V bis 1200V, und einer unteren Spannungshöhe (442), vorzugsweise etwa 600 V, zu variieren und/oder dass der Gleichspannungszwischenkreis (308) dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung (UDC) zwischen einer obe- ren Spannungshöhe (440), vorzugsweise etwa 1000V bis 1200V, und einer unteren Spannungshöhe (442), vorzugsweise etwa 600V, zu führen.
13. Einspeiseanordnung (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Speicher (316) direkt an den Gleichspannungszwischenkreis (308) gekoppelt ist, ohne Zwischenschaltung eines Stromrichters, Tiefsetzstellers oder Hochsetzstellers.
14. Einspeiseanordnung (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtvorrichtung (306) durch einen aktiv gesteuerten Gleichrichter ausgebildet ist oder die Gleichrichtvorrichtung (306) durch einen passiven Gleichrichter mit einem Hochsetzsteller ausgebildet ist. 15. Einspeiseanordnung (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseanordnung (300) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
16. Windenergieanlage (100), mit einem aerodynamischen Rotor und einem mit dem aerodynamischen Rotor gekop- pelten Generator (302) zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, und einer Einspeiseanordnung (300) zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz, wobei die Einspeiseanordnung (300) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15 ausgebildet ist und/oder dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, und die Windenergieanlage (100) eine Einspeisesteuerung aufweist, die dazu eingerich- tet ist, eine bzw. die Gleichrichtvorrichtung (306) und/oder einen bzw. den Wechselrichter (310) zu steuern.
17. Windpark (1 12) umfassend wenigstens zwei Windenergieanlagen (100), dadurch gekennzeichnet, dass der Windpark wenigstens eine Einspeiseanordnung (300) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 aufweist und/oder wenigstens eine Windenergieanlage ge- maß Anspruch 16 aufweist und/oder dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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