Способ подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения. Способ подачи электрической мощности (Ps) в электрическую сеть энергоснабжения осуществляют (120) посредством по меньшей мере первого и второго ветровых парков (112). Первая электрическая мощность (PP1) ветрового парка предоставляется посредством первого ветрового парка (112) для подачи в электрическую сеть энергоснабжения (120), и вторая электрическая мощность (PP2) ветрового парка предоставляется посредством второго ветрового парка (112) для подачи в электрическую сеть энергоснабжения (120), а из упомянутых по меньшей мере первой и второй мощностей (PP1, PP2) ветровых парков генерируется суммарная отдаваемая мощность (Ps), которая подается в электрическую сеть (120) энергоснабжения, причем центральный блок (2) управления предназначен для управления суммарной подаваемой мощностью и управляет предоставлением по меньшей мере первой и второй мощностей (PP1, PP2) ветровых парков. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Данное изобретение относится к способу подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения. Кроме того, данное изобретение относится к системе ветрового парка для подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения.
Широко известно, что ветроэнергетические установки могут генерировать и подавать электрическую мощность в электрическую сеть энергоснабжения. Соответствующая ветроэнергетическая установка схематически показана на фиг. 1. Вместо эксплуатации одной-единственной установки, нарастает тенденция к монтажу множества ветроэнергетических установок в ветровом парке, который способен подавать мощность соответственно большой величины в электрическую сеть энергоснабжения. Такой ветровой парк схематически показан на фиг. 2 и отличается, в частности, точкой общего присоединения (ТОП), посредством которой все ветроэнергетические установки ветрового парка осуществляют подачу мощности в электрическую сеть энергоснабжения.
Такие ветровые парки не только способны подавать мощность большой величины в электрическую сеть энергоснабжения, но и обладают соответственно большим потенциалом управления для стабилизации сети энергоснабжения. В этой связи, например, в заявке № 7638893 на патент США предложено решение, в соответствии с которым оператор сети энергоснабжения может, например, обеспечить ветровой парк некоторым параметром мощности, чтобы уменьшать мощность, которую должен подавать ветровой парк, с целью получения дополнительного варианта управления для соединенной с ней сети энергоснабжения.
В зависимости от размеров ветрового парка, такие варианты управления могут оказаться недостаточными и - помимо этого - могут оказаться трудно организуемыми ввиду того, что ветроэнергетические установки и ветровые парки являются децентрализованными производственными блоками, так как они распределены по сравнительно большой площади региона, в котором эксплуатируется соответствующая электрическая сеть энергоснабжения.
Кроме того, во многих странах, таких, как Германия, предпринимаются попытки заменить традиционные крупномасштабные электростанции, в частности, атомные электростанции, генераторами возобновляемой энергии, такими, как ветряные турбины. Однако это приводит к проблеме, заключающейся в том, что с отключением и выводом крупномасштабной электростанции из сети утрачивается также эффект стабилизации сети, вносившийся этой электростанцией. Таким образом, чтобы, по меньшей мере, учесть это изменение стабильности, требуются остающиеся или вновь вводимые блоки, генерирующие энергию.
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы решить, по меньшей мере, одну из вышеупомянутых проблем, а в частности - обеспечить решение для дополнительного повышения или улучшения поддержки электрической сети энергоснабжения посредством ветровых парков, чтобы сделать возможным создание как можно более стабильной электрической сети энергоснабжения. Нужно предложить, по меньшей мере, одно альтернативное решение.
Вследствие этого, в соответствии с изобретением предложен способ по п. 1 формулы изобретения. Соответственно, за основу взяты, по меньшей мере, два ветровых парка для подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения. Таким образом, описываемые первый и второй ветровые парки являются представительными для ситуации двух или более ветровых парков. Следовательно, предлагаемый принцип применим к третьему и дополнительным ветровым паркам. Поэтому упомянутый третий, или соответственно каждый дополнительный ветровой парк имеет такие же механизмы, соединения, варианты управления и поведение, как описываемые для первого и второго ветровых парков.
Таким образом, первый ветровой парк предоставляет, по меньшей мере, первую электрическую мощность ветрового парка, а второй ветровой парк предоставляет, по меньшей мере, вторую электрическую мощность ветрового парка, и обе отдаваемые мощности ветровых парков, в конце концов, подаются в электрическую сеть энергоснабжения. Из этих, по меньшей мере, двух отдаваемых мощностей ветровых парков генерируется суммарная выходная мощность, точнее, сумма этих двух отдаваемых мощностей ветровых парков, а в случае использования более двух ветровых парков, отдаваемая мощность соответствующего ветрового парка соответственно прибавляется к этой суммарной выходной мощности. Теперь в электрическую сеть энергоснабжения подается уже эта суммарная выходная мощность.
Кроме того, предложен центральный блок управления, который управляет выдачей отдаваемых мощностей первого и второго ветровых парков с целью управления суммарной выходной мощностью для подачи. Если суммарная выходная мощность генерируется отдаваемыми мощностями дополнительных ветровых парков, то отсюда следует, что подается отдаваемая мощность третьей и даже дополнительного ветрового парка, а этот центральный блок управления также управляет предоставляемой мощностью этого ветрового парка, чтобы тем самым управлять суммарной выходной мощностью, которая должна подаваться в электрическую сеть энергоснабжения.
Таким образом, здесь предлагается централизованное управление мощностью большой величины, а именно - мощностью, которая представляет собой мощность, по меньшей мере, двух ветровых парков. Вследствие этого, можно увеличить потенциал управления, потому что, в сущности, из соответствующей электрической сети энергоснабжения вместо двух или более мощностей меньшей величины в сеть подается только мощность большой величины, а также возможно управление согласно соответствующим желаемым требованиям.
Таким образом, предлагаемый способ сокращает децентрализованное управление, которое является отличительной чертой ветроэнергетических установок, а также ветровых парков. Вследствие этого, больше ветровых парков оказываются под общим управлением, а отдаваемые мощности отдельных ветровых парков подаются как суммарная выходная мощность, и эта подача координируется центральным блоком управления, тем более что появится возможность преобразовывать децентрализованное управление в централизованное управление.
В частности, появляется возможность избежать своего собственного средства управления на каждом ветровом парке, когда средства управления множества ветровых парков трудно координировать друг с другом и они - в случае наихудшего сценария - даже противодействуют друг другу.
Риск того, что два ветровых парка, которые осуществляют подачу мощности в одну и ту же электрическую сеть энергоснабжения, будут противодействовать друг другу, может возникать также, когда на обоих ветровых парках воплощено одно и то же управление для поддержки электрической сети энергоснабжения. Например, даже малые неточности измерения могут приводить к разному поведению поддержки или, соответственно, поведению управления двух ветровых парков, упомянутых в рассматриваемом примере. Даже минимальные сдвиги во времени между двумя ветровыми парками могут приводить к осложнениям. Даже при наименьшем различии возможен риск того, что один ветровой парк уже вмешивается в управление в сети прежде, чем второй ветровой парк сможет сделать это.
Например, это может означать, что такое управление или, в частности, эффект поддержки со стороны первого ветрового парка уже настолько успешен, что второй ветровой парк даже не попадает в диапазон, в котором он может оказать управляющее воздействие. Результат в этом примере заключается в том, что потенциал управления второго ветрового парка остается неиспользуемым. В экстремальных ситуациях результат может заключаться в том, что второй ветровой парк попытается исключить успех управления со стороны первого ветрового парка, а вследствие этого оба ветровых парка фактически будут противодействовать друг другу. Всего этого можно избежать посредством предлагаемого способа.
Каждый из этих ветровых парков предпочтительно содержит блок управления ветровым парком, предназначенный для управления соответствующим ветровым парком. Центральный блок управления соединен с этим блоком управления ветрового парка, и центральный блок управления управляет предоставлением мощностей первого и второго ветровых парков, а также предоставляемыми мощностями дополнительных ветровых парков, если они применяются, посредством блока управления соответствующего ветрового парка. В частности, центральный блок управления обеспечивает надлежащими командами управления каждый из этих блоков управления ветрового парка. Кроме того, блоки управления соответствующих ветровых парков могут возвращать необходимую информацию в центральный блок управления. Вследствие этого индивидуальные блоки управления ветровых парков могут осуществлять конкретное управление каждым ветровым парком, а центральный блок управления может управлять координацией подходящих ветровых парков друг с другом посредством значений по умолчанию, которые каждый ветровой парк затем соответственно воплощает с помощью своих ветроэнергетических установок.
С этой целью центральный блок управления предпочтительно регистрирует переменные состояния из электрической сети энергоснабжения, которые нужны для этой координации. Центральный блок управления также может регистрировать такие переменные состояния, как частота, фаза и амплитуда напряжения ветрового парка, и обеспечивать их для потребностей координации.
В дополнение или альтернативно центральный блок управления регистрирует значения суммарной выходной мощности, которая подается. Таким образом, центральный блок управления может управлять суммарной выходной мощностью, которая подается из ветровых парков, управляемых упомянутым центральным блоком управления, и при этом такие ветровые парки называются - для простоты - объединяемыми ветровыми парками и могут воплощать подходящие необходимые управления в зависимости от упомянутой мощности. В дополнение или альтернативно предложен центральный блок управления, выполненный с возможностью регистрировать значения по умолчанию, получаемые извне, а в частности - выполненный с возможностью получать такие значения, например, от оператора электрической сети энергоснабжения. Таким образом, значение по умолчанию может быть получено в некотором центральном положении и учтено с целью координации объединяемых ветровых парков на его основе. Например, можно задавать максимальную величину подаваемой мощности и сравнивать ее с суммарной выходной мощностью, которая подается. Централизованное управление может влиять на управление ветровым парком в зависимости от этого сравнения и - если это применимо - может посылать соответствующие сигналы управления на ветровой парк или во множество ветровых парков, чтобы повлиять на отдаваемую мощность соответствующего ветрового парка. Вследствие этого, можно влиять на суммарную выходную мощность и регулировать ее до достижения желаемого значения.
В соответствии с одним вариантом осуществления предложен способ, отличающийся тем, что, по меньшей мере, первый и второй ветровые парки подают мощность, которую они должны обеспечивать, в промежуточную сеть, при этом
- в каждом случае с соответствующим ветровым парком соединяют промежуточную сеть посредством трансформатора для повышения электрического напряжения ветрового парка до более высокого электрического напряжения в промежуточной сети и/или
- соединяют промежуточную сеть с электрической сетью энергоснабжения посредством трансформатора для повышения электрического напряжения в промежуточной сети до более высокого электрического напряжения в электрической сети энергоснабжения.
Таким образом, предложена промежуточная сеть, которая соединяет два ветровых парка или дополнительные ветровые парки, соответственно управляемые посредством предлагаемого способа, в сущности - для сбора отдаваемых мощностей ветровых парков в промежуточной сети, а также формирования здесь суммарной выходной мощности для подачи из промежуточной сети в электрическую сеть энергоснабжения. Повышение напряжений ветровых парков, а значит - и повышение напряжения каждого ветрового парка, может быть выполнено для каждого ветрового парка посредством трансформатора. Таким образом, повышение напряжения каждого ветрового парка происходит до того, как оно обеспечивается в промежуточную сеть. В дополнение или альтернативно обеспечен трансформатор для повышения напряжения в промежуточной сети до напряжения в электрической сети энергоснабжения. Также может быть обеспечено повышение напряжения соответствующего ветрового парка до более высокого напряжения в промежуточной сети, а кроме того - дополнительное повышение более высокого напряжения промежуточной сети до еще более высокого напряжения в электрической сети энергоснабжения. Промежуточная сеть предпочтительно имеет среднее напряжение, в частности, в диапазоне 1-50 кВ, а сеть энергоснабжения имеет высокое напряжение, в частности - имеющее значение приблизительно 110 кВ.
Центральный блок управления предпочтительно регистрирует суммарную мощность, подаваемую в электрическую сеть энергоснабжения в области или, соответственно, в точке соединения, где мощность подается из промежуточной сети в электрическую сеть энергоснабжения. Это преимущественно воплощают в области трансформатора между промежуточной сетью и сетью энергоснабжения, или перед трансформатором.
В дополнительном варианте осуществления изобретения предложено, что центральный блок управления управляет подачей мощности в электрическую сеть энергоснабжения в зависимости от, по меньшей мере, одной переменной состояния в электрической сети энергоснабжения, управляет подачей мощности в зависимости от чувствительности сети электрической сети энергоснабжения по отношению к узлу подачи электропитания, и который - в дополнение или альтернативно - управляет подачей мощности в зависимости от отношения короткого замыкания.
В частности, в качестве переменных состояния используют частоту f сети, изменение ∂f/∂t частоты сети и линейное напряжение U. В частности, центральный блок управления гарантирует, что суммарную мощность подают в электрическую сеть энергоснабжения в соответствии с параметром, который может быть определен оператором электрической сети энергоснабжения. Помимо этого, а именно - в дополнение к этому, можно обеспечить управление подачей мощности в зависимости от переменной состояния, делая возможной динамическую реакцию на события в электрической сети энергоснабжения. Например, можно обеспечить снижение подаваемой суммарной мощности, когда происходит увеличение частоты f сети выше порогового значения, которое лежит выше номинального значения. Таким образом, предложено обеспечить централизованное управление динамическим регулированием для динамической стабилизации или, соответственно, поддержку электрической сети энергоснабжения именно посредством центрального блока управления. Это может быть выполнено таким образом, что центральный блок управления будет передавать надлежащие значения управления или команды управления в блоки управления ветровых парков. Блоки управления ветровых парков, в свою очередь, могут передавать преобразованные значения в отдельные ветроэнергетические установки на надлежащем ветровом парке.
В результате, эти два ветровых парка функционируют как один блок, воздействуя на электрическую сеть энергоснабжения, который вследствие этого обладает очень высоким потенциалом управления, а именно, управления мощностью, по меньшей мере, двух ветровых парков. Вследствие этого, возможно избежать противодействия друг другу отдельных соединенных ветровых парков или даже отдельных ветроэнергетических установок в ветровом парке. Кроме того, этот способ также упрощает управление для оператора электрической сети энергоснабжения, поскольку с целью управления упомянутому оператору нужно лишь отправить целевое значение или иное желаемое значение на центральный блок управления. Тем самым также запускается параметр для блока, имеющего очень большую свободную линию.
Термины «заданная мощность ветрового парка» и «заданная суммарная мощность», в сущности, относятся к активной мощности. Тем не менее, в качестве предпочтительной альтернативы предложен способ, признаки которого, описанные для этой мощности, то есть - активной мощности, в свою очередь, используются для управления реактивной мощностью. Вследствие этого, центральный блок управления может задавать подачу желаемой реактивной мощности для отдельного ветрового парка, чтобы сделать ее способной реализовать желаемую подачу суммарной реактивной мощности и тем самым - подачу суммарной выходной реактивной мощности. Такая подача реактивной мощности используется, в частности, в зависимости от напряжения U электрической сети энергоснабжения. В соответствии с одним вариантом осуществления предложен блок управления, осуществляющий подачу реактивной мощности, увеличиваемой с падением линейного напряжения, когда линейное напряжение падает ниже порогового значения, которое - если привести лишь один пример - ниже номинального напряжения.
Имеется также большой потенциал управления, доступный для такого управления реактивной мощностью посредством центрального блока управления, потому что для центрального блока управления доступен потенциал управления всеми объединяемыми ветровыми парками вместе, то есть, по меньшей мере, двумя ветровыми парками, указанными в рассматриваемом примере. Что касается такого состояния сети, в котором, например, линейное напряжение, заданное в рассматриваемом примере, находится на уровне своего номинального значения или отклоняется, по меньшей мере, лишь в пределах своего диапазона допусков, такое управление реактивной мощностью может обеспечить ситуацию, в которой реактивная мощность не подается.
Дополнительная переменная для улучшения поддержки сети может быть получена посредством наблюдения за чувствительностью сети. Такая чувствительность сети может обеспечивать информацию о силе тока или - соответственно - стабильности электрической сети энергоснабжения, в частности, по отношению к точке подачи суммарной выходной мощности. Вследствие этого, чувствительность сети может вмешиваться в такое управление мощностью; однако, хотя предпочтительно предполагается, что алгоритм управления выбирают, адаптируют и/или модифицируют в зависимости от чувствительность сети, все же упомянутый алгоритм может иметь другие начальные параметры. Вследствие этого, качество и динамику управления сетью можно адаптировать к текущим требованиям электрической сети энергоснабжения, которую можно называть просто сетью.
Термин «чувствительность сети» в данном случае означает реакцию сети, в частности, по отношению к точке общего подсоединения, на изменение параметра, воздействующего на сеть. Чувствительность сети можно охарактеризовать как различие в реакции сети по отношению к различию в параметре влияния на сеть. В частности, в данной заявке используется определение по отношению к подаваемой активной мощности и уровню линейного напряжения. В упрощенном виде, чувствительность сети можно определить следующей формулой:
Здесь, ΔP описывает изменение подаваемой активной мощности, а именно подаваемой суммарной выходной мощности, а ΔU описывает результирующее изменение линейного напряжения U. Эти различия создаются за очень короткий период времени, в частности, в области одной секунды или менее, а преимущественно вместо этой описательной формулы можно также взять частную производную линейного напряжения U, а именно, в частности, его эффективного значения, на основе той подаваемой мощности Р ветрового парка в соответствии c различием в напряжении по отношению к различию в мощности. Другой возможной реакцией сети могло бы стать изменение частоты f сети. Еще одним способом учета чувствительности сети могло бы стать применение следующей формулы:
.
Предпочтительно предложено дополнительно учитывать отношение тока короткого замыкания и управлять подачей электропитания посредством центрального блока управления в зависимости от упомянутого отношения тока короткого замыкания. Для этой цели, в частности, предложено также выбирать, регулировать и/или модифицировать алгоритм управления в зависимости от отношения тока короткого замыкания.
Отношение короткого замыкания (также именуемое ОКЗ) означает отношение мощности короткого замыкания к подсоединяемой нагрузке. Мощность короткого замыкания - это мощность, которую соответствующая сеть энергоснабжения может обеспечить в учтенной точке общего подсоединения, с которой соединяют ветроэнергетическую установку, ветровой парк или - соответственно - предлагаемые объединяемые ветровые парки, если в точке общего подсоединения происходит короткое замыкание. Подсоединяемая нагрузка - это подсоединяемая нагрузка соединенной ветроэнергетической установки, соединенного ветрового парка и или - соответственно - предлагаемых объединяемых ветровых парков, а значит - и, в частности, номинальная мощность генератора, который должен быть подсоединен, или - соответственно - сумма всех номинальных мощностей генераторов ветрового парка или парков. Таким образом, отношение короткого замыкания - это критерий прочности электрической сети энергоснабжения по отношению к такой учтенной точке общего подсоединения. Сеть энергоснабжения, прочная по отношению к упомянутой точке общего подсоединения, обычно имеет большое отношение короткого замыкания, например, ОКЗ = 10 или более.
Признано, что отношение короткого замыкания также может обеспечивать информацию о поведении соответствующей электрической сети энергоснабжения в точке общего подсоединения. Отношение короткого замыкания также может изменяться.
При монтаже объединяемого ветрового парка в первый раз, выгодно учитывать отношение короткого замыкания и адаптировать к нему управление активной мощностью и управление реактивной мощностью. Предпочтительно предложено дополнительно регистрировать отношение короткого замыкания на регулярной основе даже после монтажа и введения объединяемых ветровых парков в эксплуатацию. Регистрировать мощность короткого замыкания можно, например, на основе информации о топологии сети с использованием моделирования. Подсоединяемую нагрузку можно определять просто за счет наличия знаний о ветроэнергетических установках, смонтированных на объединяемых ветровых парках, и/или посредством измерения неограниченной суммарной мощности, подаваемой при номинальном ветре.
Подсоединяемую нагрузку для предлагаемого вычисления и учета отношения короткого замыкания предпочтительно определяют и вычисляют как сумму номинальных мощностей всех соответствующих, доступных в данный момент ветроэнергетических установок. В этом смысле, подсоединяемая нагрузка изменилась бы уже в случае, если бы одна ветроэнергетическая установка вышла из строя, по меньшей мере, временно. Вследствие этого, отношение тока короткого замыкания тоже изменилось бы, и это могло бы запустить изменение в управлении активной мощностью и/или управлении реактивной мощностью.
В одном варианте осуществления предложен центральный блок управления для подачи мощности в электрическую сеть энергоснабжения, выполненный с возможностью:
- управлять величиной подаваемой активной мощности,
- управлять величиной подаваемой реактивной мощности, и/или
- управлять потреблением электрической мощности в устройстве, потребляющем мощность, в частности, в устройстве, обладающем сопротивлением потерь.
Таким образом, центральный блок управления может управлять величиной подаваемой активной мощности и - в дополнение или альтернативно - может управлять величиной подаваемой реактивной мощности, как описано выше в связи с различным вариантами осуществления. В дополнение способ может обуславливать управление потреблением электрической мощности в устройстве, потребляющем мощность. В частности, здесь рассматривается потребление электрической мощности в устройстве, обладающем сопротивлением потерь. С этой целью, такое устройство, потребляющее мощность, может быть обеспечено на одном, во множестве или на всех координируемых ветровых парках. Такое устройство, потребляющее мощность, предпочтительно располагают вне ветровых парков, которые, однако, можно рассматривать просто как парки, и можно управлять ими посредством центрального блока управления.
В частности, когда обеспечена промежуточная сеть, ветровые парки подсоединяют к этой промежуточной сети и, по меньшей мере, одно устройство, потребляющее мощность подсоединяют к этой промежуточной сети. Можно обеспечить избирательное потребление электрической мощности, чтобы временно потреблять избыточную мощность от одного, множества или всех координируемых ветровых парков, например, когда подаваемая мощность должна резко уменьшиться, а ветроэнергетические установки ветровых парков не могут уменьшить отбор мощности ветра достаточно быстро.
В дополнение или альтернативно, предложено также такое устройство, потребляющее мощность, которое определенно создает возможность отбора мощности из электрической сети энергоснабжения в случае, если в ней должен преобладать избыток мощности, а электростанции, которые подают этот избыток, не могут снизить подаваемую ими мощность достаточно быстро.
Если это, по меньшей мере, одно устройство, потребляющее мощность, соединено непосредственно с промежуточной сетью, оно все еще доступно для ветровых парков. В дополнение оно может поглощать избыточную мощность из электрической сети энергоснабжения, не оказывая влияние на ветровой парк.
В качестве устройства, потребляющего мощность, предложено устройство, которое предпочтительно использует любую возможную полезную мощность. Это устройство может выполнять работу или, в частности, может обеспечивать промежуточное хранение избыточной мощности, а в дополнение - если это применимо, - может преобразовывать упомянутую энергию в другую форму энергии для лучшего хранения. Это устройство, потребляющее мощность, предпочтительно является также реверсивным преобразователем мощности или аккумулятором энергии.
В предпочтительном варианте осуществления предложено, чтобы:
- центральный блок управления регистрировал текущие переменные состояния в электрической сети энергоснабжения, в частности, частоту и амплитуду напряжения, и чтобы управление блоком - по меньшей мере, предоставление мощностей первого и второго ветровых парков, - можно было осуществлять в зависимости от этих переменных; и/или
- каждый блок управления ветрового парка обеспечивал информацию, касающуюся, по меньшей мере, одной переменной состояния для соответствующего ветрового парка, а информация содержала бы, по меньшей мере,
- текущую доступную мощность,
- мощность, которая, как ожидается, станет доступной в пределах заранее определенного прогнозируемого периода, и
- ожидаемые изменения в доступной мощности.
Таким образом, центральный блок управления используется также как измерительный блок, в частности, для регистрации амплитуды частоты и амплитуды напряжения, характеризующих напряжение в электрической сети энергоснабжения. Эти переменные можно использовать для управления предоставляемых мощностей первого и второго, а если применимо - то и дополнительных ветровых парков, в зависимости от упомянутых переменных. Исходя из этой обнаруженной частоты напряжения электрической сети энергоснабжения можно также определить изменение в частной производной ∂f/∂t, описанное в связи с вариантом осуществления. Информация может быть также обеспечена для использования координируемых ветровых парков, в частности, блоками управления этих ветровых парков.
В дополнение или альтернативно, каждый блок управления ветрового парка обеспечивает центральный блок управления информацией в отношении текущего состояния ветрового парка и тем самым - переменных состояния для соответствующего ветрового парка и, а именно, в частности, текущей доступной мощности, а также мощности, которая, как ожидается, вскоре станет доступной, и ожидаемых изменений в доступной мощности. Центральный блок управления может соответственно оценивать эту информацию, касающуюся мощности, и - в свете такой информации - может соответственно объединять все координируемые ветровые парки. Информацию в отношении ожидаемой мощности и ожидаемых изменений в мощности можно определять на соответствующем ветровом парке, в частности, посредством прогнозов ветра. В одном случае это может быть метеорологическая оценка. В других случаях, особенно когда ветровой парк распределен в сравнительно большой области, на некоторых ветроэнергетических установках на наветренной стороне можно обнаруживать усиление или ослабление ветра. Ветровой парк, который управляет всеми этими ветроэнергетическими установками и осуществляет их оперативный контроль, может выводить отсюда прогноз для ветроэнергетических установок, находящихся позади тех, что на наветренной стороне, а из этого прогноза можно выводить прогноз мощности и своевременно обеспечивать его в центральный блок управления. Если это применимо, то центральный блок управления может передавать надлежащую информацию оператору электрической сети энергоснабжения на основании той информации или иной информации.
Центральный блок управления предпочтительно подготовлен к функционированию в качестве фазовращателя. Вследствие этого центральный блок управления отбирает мощность из электрической сети энергоснабжения и подает эту мощность в электрическую сеть энергоснабжения в виде подаваемого тока с углом фазы, который модифицируют или, соответственно, регулируют так, как это желательно. Такой центральный блок управления может выполнять эту функцию даже когда ветровые парки не обеспечивают мощность, например, когда стоит мертвый штиль. Вместе с тем, центральный блок управления предпочтительно подготовлен для выполнения такой операции сдвига фазы одновременно с подачей суммарной мощности. Посредством этой объединенной операции, осуществляемой центральным блоком управления, можно увеличить возможность поддержки сети.
Мощность предпочтительно подают в сеть таким образом, что возмущения в электрической сети энергоснабжения компенсируются частично или полностью. С этой целью, центральный блок управления обнаруживает возмущения, например, такие, как гармонические колебания, и подает мощность в качестве компенсации. В этом случае, подают определенный ток, не являющийся идеальным, который можно назвать несинусоидальным током, и этот ток отклоняется от идеальной синусоидальной характеристики таким образом, что эти отклонения, которые сами представляют собой, по существу, возмущения, компенсируют в как можно большей степени или, по меньшей мере, уменьшают возмущения в сети.
Кроме того, предложена система ветровых парков по п. 9 формулы изобретения. Эта система подготовлена для подачи электрической мощности в электрическую сеть энергоснабжения и содержит, по меньшей мере, первой и второй ветровой парки, каждый из которых содержит множество ветроэнергетических установок. Помимо этого, система содержит промежуточную электросеть, которая соединена с ветровыми парками, пропуская отдаваемую электрическую мощность ветрового парка, которая обеспечивается соответствующим ветровым парком. Таким образом, ветровые парки подготовлены к подводу мощности в эту промежуточную сеть. Дополнительно эта система ветровых парков содержит центральный блок управления, который управляет подачей суммарной выходной мощности. Эта суммарная выходная мощность соединяет отдаваемые мощности ветровых парков, подаваемые в промежуточную сеть или обеспечиваемые посредством промежуточной сети, а центральный блок управления подготовлен к управлению этими обеспечиваемыми отдаваемыми мощностями ветровых парков. В частности, центральный блок управления связан с отдельными ветроэлектростанциями, в частности, с блоком управления ветрового парка для каждого парка, посредством информационного соединения. Это соединение может быть проводным или беспроводным.
В частности, предложена система ветровых парков, сконструированная для осуществления, по меньшей мере, одного способа в соответствии с одним из вышеописанных вариантов осуществления.
С этой целью, в центральном блоке управления должны быть воплощены надлежащие функции управления, в частности, управляющие программы, и необходимы соответствующие каналы коммуникации между центральным блоком управления и блоками управления ветровыми парками. В зависимости от используемого варианта осуществления способа, можно обеспечить дополнительные элементы, в частности, датчики и/или инвертор частоты и/или фазосдвигающее устройство.
Кроме того, предложено соединение промежуточной сети с каждым из ветровых парков посредством трансформатора, чтобы повышать электрическое напряжение на ветровом парке до более высокого электрического напряжения в промежуточной сети, а в дополнение или альтернативно обеспечивается соединение промежуточной сети с электрической сетью энергоснабжения посредством трансформатора, чтобы повышать электрическое напряжение в промежуточной сети до более высокого электрического напряжения в электрической сети энергоснабжения. Таким образом, предложена система установок ветроэнергетических установок, которая может выполнять такое повышение напряжения между ветровым парком и промежуточной сетью и/или между промежуточной сетью и сетью энергоснабжения, как описанное в связи с некоторыми вариантами осуществления предлагаемого способа.
Предпочтительно предложено использование как системы ветровых парков, так и способа для подачи мощности, посредством которых оператор электрической сети энергоснабжения может обеспечить, в частности, целевое значение желаемого напряжения для центрального блока управления в качестве опорного значения напряжения электрической сети энергоснабжения извне. В дополнение или альтернативно предложена настройка максимального значения мощности и/или желаемого значения мощности для центрального блока управления. Кроме того, предложена также - как вариант осуществления - отправка желаемой резервной мощности в качестве значения по умолчанию в центральный блок управления. Такая резервная мощность - это мощность, при которой подаваемая суммарная выходная мощность лежит ниже текущей возможной суммарной выходной мощности, которая может быть подана. С этой целью, в центральный блок управления можно пропустить, характеристику резервной мощности, выраженную, например, в процентах или абсолютных значениях.
Центральный блок управления предпочтительно сообщает в блоки управления ветровых парков значение реактивной мощности, которую надлежит подать, в качестве целевого значения реактивной мощности, верхний предел активной мощности в качестве значения мощности, которое соответствующий ветровой парк не должен превышать в текущий момент, и - в дополнение или альтернативно - предложено, что центральный блок сообщает резерв мощности, который также именуют резервной емкостью, в качестве целевого значения в блок управления ветрового парка. Таким образом, отдельные ветровые парки и, а значит - и суммарную выходную мощность в целом, можно эксплуатировать на уровне ниже текущего возможного значения мощности. Следовательно, эта резервная емкость доступна как потенциальный позитивный эксплуатационный резерв, то есть - как мощностью, дополнительная подача которой возможна при необходимости.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления предложено, что каждый блок управления ветрового парка и и/или каждая ветроэнергетическая установка ветрового парка может в каждом случае независимо обеспечивать управление в зависимости от состояния сети, в частности - управление мощностью в зависимости от частоты, а именно, если происходит отказ центрального блока управления или, соответственно, блока управления соответствующего ветрового парка. Однако в той мере, в какой в этом случае произошел отказ лишь обрабатывающих информацию элементов, физическое соединение с электрической сетью энергоснабжения продолжает оставаться доступным, подачу электроэнергии можно продолжать, и даже оказывается возможной динамическая поддержка сети или, соответственно, стабилизация сети.
Таким образом, описаны многие варианты осуществления, как способа, так и системы ветровых парков, на основе данного изобретения, причем эти варианты осуществления обеспечивают, помимо прочего, вариант, в соответствии с которым множество ветровых парков могут координировано подавать мощность в электрическую сеть энергоснабжения и вследствие этого могут - в контексте поведения сети - функционировать как крупномасштабная электростанция. Исключительно в качестве предупреждения, следует отметить, что централизованное управление может развивать полезный эффект, а именно - такой, как описанный выше, даже несмотря на то, что в электрической сети энергоснабжения может быть физически обеспечено множество точек подачи, предназначенных для подачи мощности, при этом подача все равно является централизованной и, в частности, согласованно управляемой. Однако предпочтительно вся суммарная выходная мощность подается в точке общего подсоединения в электрической сети энергоснабжения.
Теперь изобретение будет подробнее описано ниже с использованием вариантов осуществления в качестве примеров со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 схематически показана ветроэнергетическая установка.
На фиг. 2 схематически показан ветровой парк.
На фиг. 3 схематически показана система ветровых парков.
На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100, имеющая мачту 102 и гондолу 104. На гондоле 104 расположены ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и обтекатель 110. Во время эксплуатации, ротор 106 приводится во вращательное движение ветром и поэтому приводит в действие генератор в гондоле 104.
На фиг. 2 показан ветровой парк 112, например, с тремя ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или разными. Таким образом, эти ветроэнергетические установки 100 оказываются представительными для являющегося в основном произвольным количества ветроэнергетических установок в ветровом парке 112. Ветроэнергетические установки 100 обеспечивают свою мощность, в частности, генерируемое электричество, через электросеть 114 ветрового парка. Токи или, соответственно, мощности, генерируемые отдельными ветроэнергетическими установками 100, суммируются. Чаще всего, будет обеспечен трансформатор 116, который перемещает напряжение, имеющееся на ветровом парке, для последующей подачи его в электрическую сеть 120 энергоснабжения в точке 118 подачи, которую в общем случае также именуют точкой общего подсоединения, ТОП. Фиг. 2 представляет собой лишь упрощенную иллюстрацию ветрового парка 112, на которой не показано, например, средство управления, хотя средство управления, конечно же, есть. Сеть 114 ветровых парков также может быть сконструировано по-другому, включая в себя, например, чтобы упомянуть лишь один другой вариант осуществления, трансформатор на выходе каждой ветроэнергетической установки 100.
На фиг. 3 показана система 1 ветровых парков, имеющая - в качестве примера - два ветровых парка 112, которые также могут иметь разную конструкцию, центральный блок 2 управления и устройство 4, потребляющее мощность. Вследствие этого система 1 ветровых парков подсоединена к сети 120 энергоснабжения в точке общего подсоединения 6, причем сеть энергоснабжения лишь обозначена на этом чертеже.
На фиг. 3 показаны в качестве примера два ветровых парка 112, которые имеют множество ветроэнергетических установок 100, для системы 1 ветровых парков. Ветроэнергетические установки 100 каждого ветрового парка 112 генерирует отдаваемую мощность PP1 или - соответственно - PP2 ветрового парка, обеспечиваемую в промежуточную сеть 10 посредством трансформатора 8 ветрового парка, и эти мощности доступны для подачи в качестве суммарной выходной мощности Ps в электрическую сеть 120 энергоснабжения. В предположении, что устройство 4, потребляющее мощность, сначала не активно, суммарная выходная мощность Ps является суммой отдаваемых мощностей PP1 и PP2 ветровых парков и поэтому удовлетворяет уравнению Ps = PP1+PP2.
Эта суммарная выходная мощность Ps соответственно подается в электрическую сеть 120 энергоснабжения в точке 6 подсоединения к сети посредством питающего трансформатора 12.
В данном случае, центральный блок управления находится в зоне точки 6 подсоединения к сети перед питающим трансформатором 12. Поэтому центральный блок управления также может регистрировать подаваемую мощность Ps.
Вследствие этого, центральный блок 2 управления соединен с блоком 16 управления оператора сети 120 энергоснабжения посредством информационного соединения 14 энергоснабжающей компании (ЭСК). Центральный блок 2 управления может получать данные из блока 16 управления оператора сети, например, такие, как значение суммарной выходной мощности Ps, которую подлежит подать, посредством информационного соединения 14 ЭСК, и может передавать данные, например такие, как информация, касающаяся доступной в текущий момент суммарной выходной мощности Ps. В общем все информационные соединения изображены на фиг. 3 пунктирными линиями.
Центральный блок управления соединен с блоком управления 20 каждого ветрового парка, имеющимся на соответствующем ветровом парке 112 посредством управляющего соединения 18 ветрового парка. Посредством этих управляющих соединений 18 ветровых парков, центральный блок 2 управления может сообщать в блок 20 управления соответствующего ветрового парка данные, в частности, целевое значение PP1 или - соответственно - PP2 отдаваемой мощности ветрового парка, которую надлежит подать. Следует отметить, что ссылочные позиции обоих ветровых парков 112 идентичны, за исключением отдаваемой мощности PP1 ветрового парка или - соответственно - PP2, чтобы прояснить аналогии между этими двумя ветровыми парками. Вместе с тем, отдельные элементы, такие, как трансформатор 8 ветрового парка, могут быть выполнены по-разному.
Можно предусмотреть и другие типы коммуникации между центральным блоком 2 управления и блоком 20 управления соответствующего ветрового парка посредством управляющего соединения 18 ветрового парка. При этом, например, блок 20 управления ветрового парка может обеспечивать центральный блок 2 управления информацией, касающейся доступной в данный момент предоставляемой мощности ветрового парка.
В свою очередь, каждый блок 20 управления ветрового парками соединен в пределах своего собственного ветрового парка 112 посредством информационной сети 22 ветрового парка с возможностью обмена данными с соответствующими ветроэнергетическими установками 100. Вследствие этого, блок 20 управления ветрового парка может передавать соответствующее значение по умолчанию, которое он получил из центрального блока 2 управления, в ветроэнергетические установки 100, чтобы управлять ветровым парком 112. Кроме того, блок 20 управления ветрового парка может получать информацию, касающуюся управления, из ветроэнергетических установок 100 и - если это применимо - может оценивать эту информацию, а если желательно - еще и передавать такую информацию в центральный блок 2 управления.
Таким образом, центральный блок 2 управления может управлять подачей суммарной выходной мощности Ps за счет того, что упомянутый центральный блок управления управляет отдельными отдаваемыми мощностями PP1 и PP2 ветровых парков посредством управления блоками 20 управления ветровых парков.
Кроме того, устройство 4, потребляющее мощность, соединено с другим устройством 4, потребляющим мощность, посредством соединения 24, управляющего потреблением. Вследствие этого центральный блок управления может, в частности, осуществлять управление, когда посредством этого устройства 4, потребляющего мощность, должна потребляться избыточная мощность. Это может быть избыточная мощность из ветровых парков 112, или также избыточная мощность из сети 120 энергоснабжения. С этой целью, устройство 4, потребляющее мощность, соединено с промежуточной сетью 10 посредством соединения 26 потребления мощности. Соединение 26 потребления мощности также может образовывать часть промежуточной сети 10.
Устройство 4, потребляющее мощность, обозначено здесь разными символами для разных вариантов осуществления. Вследствие этого, схема 28 прерывателя символизирует теоретический блок потребления мощности, который преобразует электрическую мощность или - соответственно - электрическую энергию - в тепло, что можно сделать с помощью надлежащим образом управляемых тепловых сопротивлений.
Кроме того, символически представлено средство 30 преобразования, которое может преобразовывать электрическую мощность в энергию другого носителя, например, такого, как газ. Это средство 30 преобразования предпочтительно сконструировано таким образом, что энергию от этого носителя, скажем - газа, упомянутого в этом примере, можно также преобразовывать обратно в электрическую энергию, по меньшей мере, частично. В этом случае, результат такого повторного преобразования должен заключаться в том, что устройство 4, потребляющее мощность, также может обеспечивать мощность в промежуточную сеть 10 и в этом смысле, в дополнение к отдаваемым мощностям PP1 и PP2 ветрового парка, суммарная выходная мощность Ps также должна предусматривать потребление возвращаемой мощности.
В заключение отметим, что в устройстве 4, потребляющем мощность, также символически изображен аккумулятор в виде батарейного аккумулятора 32, который выполнен с возможностью непосредственного запасания электрической энергии.
Таким образом, фиг. 3 иллюстрирует систему ветрового парка, которая подготовлена к воплощению способа в соответствии с изобретением для подачи электрической мощности согласно, по меньшей мере, одному из описанных вариантов осуществления.
1. Способ подачи электрической мощности (Ps) в электрическую сеть (120) энергоснабжения посредством по меньшей мере первого и второго ветровых парков (112), включающий в себя этапы, на которых:
- предоставляют первую отдаваемую мощность (PP1) ветрового парка посредством первого ветрового парка (112) для подачи в электрическую сеть (120) энергоснабжения,
- предоставляют вторую отдаваемую мощность (PP2) ветрового парка посредством второго ветрового парка (112) для подачи в электрическую сеть (120) энергоснабжения;
- генерируют суммарную мощность (Ps) из упомянутых по меньшей мере первой и второй отдаваемых мощностей (PP1, PP2) ветровых парков и подают суммарную мощность (Ps) в электрическую сеть (120) энергоснабжения, причем
центральный блок (2) управления, предназначенный для управления подаваемой суммарной мощностью, управляет предоставлением по меньшей мере первой и второй отдаваемых мощностей (PP1, PP2) ветровых парков.
2. Способ по п. 1,
отличающийся тем, что
каждый из по меньшей мере первого и второго ветровых парков (112) содержит блок (20) управления ветрового парка для управления соответствующим ветровым парком (112),
центральный блок (2) управления соединен с этими блоками (20) управления ветровых парков, и
центральный блок (2) управления управляет предоставлением первой и второй отдаваемых мощностей (PP1, PP2) ветровых парков посредством блока (20) управления соответствующего ветрового парка по меньшей мере первого и второго ветрового парка (112).
3. Способ по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
центральный блок (2) управления регистрирует
переменные (U, f) состояния для электрической сети энергоснабжения (120),
значения суммарной мощности (Ps) и/или
значения по умолчанию, получаемые извне.
4. Способ по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
- по меньшей мере первый и второй ветровой парк (112) предоставляют подают свои подаваемые мощности (PP1, PP2), в промежуточную сеть (10), при этом
- промежуточную сеть (10) соединяют с соответствующим ветровым парком (112) в каждом случае посредством трансформатора (8) для повышения электрического напряжения (U) ветрового парка (112) до более высокого электрического напряжения в промежуточной сети (10) и/или
- промежуточную сеть (10) соединяют с электрической сетью (120) энергоснабжения посредством трансформатора (12) для повышения электрического напряжения промежуточной сети (10) до более высокого электрического напряжения (U) в электрической сети энергоснабжения (120).
5. Способ по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
центральный блок (2) управления управляет подачей мощности в электрическую сеть (120) энергоснабжения
- в зависимости от по меньшей мере одной переменной (U, f) состояния в сети (120) энергоснабжения,
- в зависимости от чувствительности сети (NS) сети (120) энергоснабжения по отношению к точке (6) подачи и/или
- в зависимости от отношения короткого замыкания (ОКЗ).
6. Способ по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
центральный блок (2) управления, предназначенный для подачи мощности в электрическую (120) сеть энергоснабжения, управляет
- величиной активной мощности (P),подлежащей подаче,
- величиной реактивной мощности (Q), подлежащей подаче, и/или
- потреблением электрической мощности (P) в устройстве (4), потребляющем мощность, в частности в устройстве (4), обладающем сопротивлением потерь.
7. Способ по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
- центральный блок (2) управления регистрирует фактические переменные (U, f) состояния в сети (120) энергоснабжения, в частности, частоту (f) и амплитуду напряжения (U), и в зависимости от них управляет выдачей по меньшей мере первой и второй отдаваемых мощностей (PP1, PP2) ветровых парков и/или
- каждый блок (20) управления ветрового парка обеспечивает информацию, касающуюся по меньшей мере одной переменной (U, f) состояния, для соответствующего ветрового парка (112), а эта информация включает в себя по меньшей мере одну часть информации из списка, содержащего:
- доступную в настоящий момент мощность (PP1, PP2),
- мощность (P), которая, как ожидается, станет доступной в пределах заранее определенного прогнозируемого периода, и
- ожидаемые изменения доступной мощности (P).
8. Способ по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
- центральный блок (2) управления функционирует в качестве фазовращателя и/или
- мощность подают в сеть (120) таким образом, что возмущения в сети (120) энергоснабжения компенсируются частично или полностью.
9. Система (1) ветровых парков для подачи электрической мощности (Ps) в электрическую сеть (120) энергоснабжения, содержащая:
- по меньшей мере один первый и один второй ветровой парк (112), в каждом случае содержащие множество ветроэнергетических установок (100);
- промежуточную электросеть (10), которая соединена с ветровыми парками (112), причем эта промежуточная электрическая сеть обеспечивает дальнейшую передачу мощностей (PP1, PP2) предоставляемых ветровыми парками (112); и
- центральный блок (2) управления, предназначенный для подачи суммарной выходной мощности (Ps), которая по меньшей мере частично сгенерирована из предоставляемых мощностей (PP1, PP2) ветровых парков, и для управления отдельными мощностями (PP1, PP2) ветровых парков, предоставляемыми присоединенными ветровыми парками (112).
10. Система (1) ветровых парков по п. 9,
отличающаяся тем, что
в этой системе (1) ветровых парков используется способ по любому из пп. 1-8.
11. Система ветровых парков по п. 9 или 10,
отличающаяся тем, что
- в каждом случае промежуточная сеть (10) соединена с соответствующим ветровым парком (112) посредством трансформатора (8), чтобы повышать электрическое напряжение ветрового парка (112) до более высокого электрического напряжения в промежуточной сети (10), и/или
- промежуточная сеть (10) соединена с сетью (120) энергоснабжения посредством трансформатора (12), чтобы повышать электрическое напряжение промежуточной сети (10) до более высокого электрического напряжения (U) в сети (120) энергоснабжения.
