借助于受变流器控制的发电机组尤其风能设备馈送电功率的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于借助于受变流器控制的发电机组(100)在电网连接点(118)处将电功率馈入供给电网(120、300)中的方法，所述供给电网具有电网频率，所述发电机组尤其是风能设备(100)，所述方法包括以下步骤：根据控制功能馈入电功率，其中所述电功率能够包括有功功率和无功功率，并且作为控制功能，能够在正常控制功能和至少一个不同于正常控制功能的频率保持控制功能之间进行选择，并且当识别出所述供给电网(120、300)在正常状态中工作时，选择所述正常控制功能，而当存在稳态频率的运行状态或稳态频率的运行状态准备就绪时，选择频率保持控制功能，其中稳态频率的运行状态描述尤其供给电网(120、300)的一种运行状态，在所述运行状态下电网频率应保持在恒定的值上。

The method of feeding electric power by means of the generator set controlled by the converter, especially the wind energy equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助于受变流器控制的发电机组尤其风能设备馈送电功率的方法
本专利技术涉及一种借助于受变流器控制的发电机组尤其借助于风能设备在电网连接点处将电功率馈送到供给电网的方法。此外，本专利技术涉及一种用于将电功率馈送到供给电网的风能系统，尤其风能设备或风电场。
技术介绍
已知的是，借助于受变流器控制的发电机组将电功率馈送到供给电网中。这种受变流器控制的发电机组尤其是风能设备或风电场。但是，例如也考虑PV设备，仅列举一个实例。这种受变流器控制的发电机组在供给电网中的份额增加并从而会改变电网的结构和特性，有时显著改变，所述供给电网在下文中也可以简称为电网。受变流器控制的发电机组，即借助于变频器或频率逆变器向供给电网馈电的发电机组，目前是电网中调节最快的控制单元。所述发电机组例如能够受控地对频率变化或电压变化或功率要求做出快速反应。在此，这类反应基本上能够通过适当的编程或设定来预设。这又能够导致：每个受变流器控制的发电机组单独并且在此快速地做出反应。由此，这种由受变流器控制的发电机组与大型发电厂有很大的不同，大型发电厂借助直接耦合的同步发电机向电网馈电。更确切地说，这种直接耦合的同步发电机的特征在于，稳定的、基本上由同步发电机的物理性质预设的特性。基本上仅就如下而言预期有快速的反应，如其受同步电机的物理性质所决定。另外，受变流器控制的发电机组大多分散地架设，即在地理上分布于电网的地区上。由此，发电机组的各个调节干预被分配到电网上。对于电网中的一些控制和切换措施，可能重要的是：电网的特性在这种情况下是清楚已知的，尤其能够可靠地预设。特别是在电网重建的情况下，当子电网互联时，这是重要的。由于受变流器控制的发电机组的较高份额，在此产生电网的发生改变的特性。可能的话能够通过如下方式对其做出反应：重新分析如此改变的电网。可能的话也考虑：为受变流器控制的发电机组预设调节特性。然而，仍然存在如下问题：受变流器控制的发电机组受系统所决定与直接与电网耦合的同步发电机不同地表现。如下事实，即这种受变流器控制的发电机组大多分散地架设，由此也可能不改变。仍然存在这样的情况，即，电网由于较高份额的受变流器控制的发电机组由此改变为具有较低份额的受变流器控制的发电机组的电网。在本申请的优先权申请中，德国专利商标局检索了下述现有技术：DE762134A、DE3236071A1、DE102005026062A1、DE102013207264A1、DE102014214151A1、DE102015203367A1和US2015/0260159A1。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下目的：解决上述问题中的至少一个。尤其是，要提出一种解决方案，该解决方案在电网中进行干预时，尤其是在电网重建的情况下连接子电网时，即使在电网中受变流器控制的发电机组份额高也能够实现使电网稳定。至少要提出一种针对迄今为止已知的解决方案的替选方案。根据本专利技术，提出一种根据权利要求1所述的方法。据此，提出一种用于借助于受变流器控制的发电机组在电网连接点上将电功率馈送到供电网中的方法。供电网在此具有电网频率。在此，提出根据控制功能来馈送电功率，其中电功率能够包括有功功率和无功功率。也就是说，提出：根据控制功能馈送有功功率和/或无功功率。特别考虑的是，控制功能建立在所馈入的功率与供电网中的状态之间的关联性。供电网的这种状态能够是电压水平、电压变化、频率水平，频率变化抑或电网运营商的信号，其例如能够说明功率需求或功率供应过剩，仅列举一些实例。于是提出，作为控制功能能够在正常控制功能和不同于正常控制功能的至少一个频率保持控制功能之间进行选择。当已识别出供电网在正常状态中工作时，选择正常控制功能。在这种情况下，这种正常状态是供电网的如下状态，在所述状态中受变流器控制的发电机组以及供电网中的其他发电机组基本上以如下工作：它们将电功率馈入电网以为用电器供电，而无需注意如电网重建的特殊性。但是，在正常状态下，在供电网中也会出现电网频率的波动或电压的波动，甚至程度到使得变频器控制的发电机组必须对此做出反应。因此，正常控制功能也能够维持：例如对电网频率随着所馈入的有功功率的降低而增加做出反应，仅列举一个实例。当存在或准备稳态频率的运行状态时，选择频率保持控制功能。稳态频率的这种运行状态是供给电网的如下运行状态，在所述运行状态中电网频率保持在恒定的值上。原则上，这也可能发生在如下电网部段中，所述电网部段不是或此刻不是供给电网的一部分。但是，原则上该稳态频率的运行状态是供给电网的运行状态。在此，稳态频率的这种运行状态能够由供给电网的运营商预设，也称为电网运营商，或者通过另一中央控制单元来预设。就此而言，电网运营商还能够在配置由其计划的状况中向受变流器控制的发电机组提供相应的信息，在所述状况中所述电网运营商需要稳态频率的运行状态。由此，所述电网运营商也已经能够在配置这种运行状态时选择或允许选择频率保持控制功能。稳态频率的运行状态在此是如下运行状态，在所述运行状态中将电网频率保持在恒定的值上。自然，原则上总是为供给电网设置基本上恒定的电网频率，但是该电网频率能够在一定界限内波动并且也允许波动。特别地，受变流器控制的发电机组，特别是当它们能够在所谓的电网并联运行中工作时，通常匹配于该频率。这意味着，它们持续地检测电网频率并且此外也持续地检测所属的相位，并且使其功率以相应频率和相位匹配与此以用于馈电。就此而言，这种特性也是正常控制功能的特性。并且如果需要这种特性，那么就此而言也存在正常状态。但是替代于此，在稳态频率的运行状态下应将电网频率保持在恒定的值上，并且这可能意味着，受变流器控制的发电机组不会尝试跟踪连续检测的电网频率，而是以固定的频率值进行馈电，或者至少花费特别高的耗费来保持频率。相反，正常状态区分地基本上可以表示所有不涉及稳态频率的运行状态的运行状态。优选提出，频率保持控制功能至少根据供给电网的电网频率来控制功率，使得辅助电网频率，其中电网保持控制功能构成和/或参数化为，使得其与辅助电网频率的正常控制功能相比更强地辅助电网频率。如已经在上文中所提到的那样，正常控制功能能够具有与频率相关的控制或调节，如例如与频率相关的功率控制，其中接下来控制或控制功能原则上也能够包括调节或调节功能。这种控制因此对于电网频率的频率变化进行反应，所述反应应抵抗这种频率变化。对于此一个重要的例子是在频率提高时降低所馈入的功率，而在频率降低时提高所馈入的功率。这抵抗所检测到的频率变化或所检测到的过高或过低的频率值。这通常已经针对正常控制功能设置。对于频率保持控制功能而言，此时提出，更强地选择该控制特性。在最简单的情况下，这可能意味着放大系数的提高或调节静态性的斜率的提高。例如，如果在正常控制功能中针对0.1％的频率降低提供了5％的功率提高，那么在频率保持控制功能中为此能够提供所馈入的功率的20％的提高，这是一个直观的实例。然而，也可以考虑，这种与频率相关的控制功能，即用于保持电网频率的控制功能，原则上完全不同地工作。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于借助于受变流器控制的发电机组(100)在电网连接点(118)处将电功率馈入供给电网(120、300)中的方法，所述供给电网具有电网频率，所述发电机组尤其是风能设备(100)，所述方法包括以下步骤：/n-根据控制功能馈入电功率，其中所述电功率能够包括有功功率和无功功率，并且/n-作为控制功能，能够在正常控制功能和至少一个不同于正常控制功能的频率保持控制功能之间进行选择，并且/n-当已识别出所述供给电网(120、300)在正常状态中工作时，选择所述正常控制功能，并且/n-当存在稳态频率的运行状态或稳态频率的运行状态准备就绪时，选择所述频率保持控制功能，其中稳态频率的运行状态描述特别是所述供给电网(120、300)的一种运行状态，在所述运行状态下所述电网频率应保持在恒定的值上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170613 DE 102017112936.71.一种用于借助于受变流器控制的发电机组(100)在电网连接点(118)处将电功率馈入供给电网(120、300)中的方法，所述供给电网具有电网频率，所述发电机组尤其是风能设备(100)，所述方法包括以下步骤：
-根据控制功能馈入电功率，其中所述电功率能够包括有功功率和无功功率，并且
-作为控制功能，能够在正常控制功能和至少一个不同于正常控制功能的频率保持控制功能之间进行选择，并且
-当已识别出所述供给电网(120、300)在正常状态中工作时，选择所述正常控制功能，并且
-当存在稳态频率的运行状态或稳态频率的运行状态准备就绪时，选择所述频率保持控制功能，其中稳态频率的运行状态描述特别是所述供给电网(120、300)的一种运行状态，在所述运行状态下所述电网频率应保持在恒定的值上。


2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述频率保持控制功能至少根据所述供给电网(120、300)的电网频率来控制功率，使得辅助所述电网频率，其中所述频率保持控制功能构成和/或参数化为，使得与所述正常控制功能对所述电网频率的辅助相比，所述频率保持控制功能更强地辅助电网频率。


3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
-所述频率保持控制功能包括利用具有虚拟惯性力矩的虚拟转动飞轮质量模仿同步电机的特性，并且
-馈入具有如下频率的功率，所述频率与所述虚拟转动飞轮质量的转速成比例地预设，其中优选地所述虚拟惯性力矩是可设定的。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-所述控制功能包括利用具有虚拟惯性力矩的虚拟转动质量模仿同步电机的特性，并且
-馈入具有如下频率的功率，所述频率与所述虚拟飞轮质量的转速成比例地预设，其中
-所述虚拟惯性力矩是可设定的，并且针对所述频率保持控制功能，与针对所述正常控制功能相比，设定更大的虚拟惯性力矩。


5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
相较于所述正常控制功能，所述频率保持控制的虚拟惯性力矩至少被设定到2倍的值上，优选至少设定到5倍的值上，并且尤其至少设定到10倍的值上。


6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-为了馈入所述功率，馈入具有频率和相位的电流，
-所馈入的电流的频率和可选地相位通过以虚拟转速(ωv)转动的虚拟质量预设，
-所述虚拟转动质量具有可设定的虚拟惯性力矩(Jv)，使得在转动质量中存储根据如下公式的虚拟动能(Ev)：
Ev＝1/2Jvωv2
-其中所馈入的电流的频率(f)与虚拟转速(ωv)成比例，尤其具有如下关系：ωv＝2πf，并且
-所述虚拟动能根据功率偏差改变，其中所述功率偏差量化所馈入的有功功率对初始有功功率或者对预设的有功功率的超出，并且
-所述虚拟动能的改变尤其进行为，使得所述虚拟动能改变了关于时间积分的偏差功率并且在此相应地改变其虚拟的转速改变。


7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-检测实际频率，尤其是在电网连接点(118)处检测，
-将频率偏差确定为检测到的实际频率与参考频率的偏差，
-所述频率保持控制功能根据频率偏差经由具有可设定的调节器增益的调节器函数来预设待馈入的功率，尤其有功功率，并且
-预设所述调节器增益，使得与通过使用所述正常控制功能相比，更强地辅助所述电网频率。


8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
-所述正常控制功能根据所述频率偏差经由具有可设定的调节器增益的调节器函数也预设待馈入的功率，尤其有功功率，其中
-与所述正常控制功能相比，所述频率保持控制的调节器增益被至少设置为2倍的值，优选至少设置为5倍的值，和尤其是至少设置为10倍的值。


9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
作为参考频率或所述参考频率，使用检测到的频率或检测到的频率的平均值，尤其在切换到所述频率保持控制功能的时刻在电网连接点处的电网频率作为恒定的频率值。


10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-仅在预定的稳态频率时间段内使用所述频率保持控制，并且
-预定的稳态频率时间段小于1分钟，优选小于30秒，和特别是小于15秒。


11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-受变流器控制的所述发电机组包括或者是至少一个具有空气动力学转子的风能设备(100)，
-所述频率保持控制与所述正常控制功能相比使用更多功率来辅助所述电网频率，使得在频率稳态时间段或所述频率稳态时间段内，能够将附加的功率馈入所述电网中，或者也能够从所述电网中提取附加的功率，并且
-从所述转子(106)的动能中获取所述附加的功率或其一部分，或者将其作为动能存储到所述转子(106)中。


1...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯·布龙巴赫，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE