用于将电功率馈入到供电网中的方法技术

本发明专利技术涉及一种借助于变流器控制的发电单元、尤其风能设备或风电厂在电网连接点处与具有电网频率的供电网交换电功率的方法，所述方法包括以下步骤：根据控制函数交换电功率，其中，所述电功率能够包括有功功率和无功功率，其中，所述控制函数根据所述供电网的至少一个状态变量来控制所述功率，并能够在正常控制函数与相对于所述正常控制函数不同的支持控制函数之间变换作为控制函数，并且如果识别到所述供电网稳定工作，则使用所述正常控制函数，而如果识别到电网故障或电网故障的终止，使用所述支持控制函数，其中，所述支持控制函数控制所馈入的功率，使得能够对抗供电网中的振荡、特别与所述供电网连接的同步发电机的振荡或通过所述同步发电机引起的振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将电功率馈入到供电网中的方法
本专利技术涉及一种用于与供电网交换电功率的方法。尤其是，本专利技术涉及一种用于在风能设备或风电厂与供电网之间交换电功率的方法。此外，本专利技术涉及一种对应的风能设备或对应的风电厂。
技术介绍
基本上，电功率的交换涉及电功率的馈入，但是特别地，由于不仅会馈入无功功率，而且也会视情况而定提取无功功率，因此也存在用于交换电功率的方法或设备。但是原则上也能够从供电网中提取有功功率。已知的是，借助风能设备将电功率馈入到供电网中。通常风能设备面向供电网中的电网频率，原则上也同样适用于具有多个风能设备的风电厂。这种电网频率通常通过大型发电厂预设并且支持。为此，这种大型发电厂具有直接耦合的同步发电机。这意味着，所述同步发电机或所述同步发电机中的至少一个同步发电机直接与供电网电连接。于是，供电网中的频率直接由同步发电机的转速得出。就此，所述具有大的惯性力矩的发电机能够预设相对稳定的电网频率。但是，如果电网中出现电压骤降、即在电网故障的情况下，由此，所述直接耦合的同步发电机可能处于振荡中，特别通过与供电网的继续回馈。特别是可能因这种电压骤降形成相位跳跃。在电压骤降之后，于是平均磁极转子角能够超前，因为机器、即同步发电机在电压骤降期间不会将全部有功功率输出到电网中。然而，原则上，其他故障也可能导致直接耦合的同步发电机的这种或其他不期望的激励。这种直接耦合的同步发电机，其也能够称为同步电机，也可能由突然并行的有功功率馈入置于振荡中，因为由于这种突然并行的有功功率馈入，同步发电机的工作特性曲线对应地突然改变。如果未足够快速地再次消减同步发电机处的这种过剩能量，则同步发电机可能不能或不能足够块地回复到其正常运行状态中。也存在以下危险：所提及的不同振荡激励大程度地叠加，使得所述振荡激励使同步发电机失步。一个同步发电机或多个对应地直接与供电网耦合的同步发电机的这种性能也在电网中可察觉、例如作为频率振荡。在极端情况下，同步发电机的处于失步也可能导致供电网的失效，如果供电网中没有足够多的其他发生器能够吸收这种情况。在此分散式的发生器、如例如风能设备也能够对供电网的稳定做出贡献。这种分散式的发生器，其借助于变频器馈入到供电网中，不论现在直接通过全变频器设计或使用双馈异步电机，通常能够立即对电网问题做出反应，并且例如在频率下降时立即、至少短时间地调整馈入到供电网的功率。由此，在下文中称为风能设备的这种分散式的发生器能够实现快速的电网支持。越多的风能设备或其他分散式的发生器馈入到供电网中，这种电网支持能够显现为更加有效的。然而，同时危险在于：即这种快速馈入的支持功率也可能是直接耦合的同步发电机的附加的振荡激励的原因。在极端情况下，视边界条件而定，这种有功功率馈入甚至可能导致这种同步发电机的失步情况。但是，即使没有这种极端的后果，也不期望通过分散式的发生器的同步发电机的振荡激励。德国专利商标局已经在对于本PCT申请的优先权申请中检索了以下现有技术：DE102016115431A1和Fu，Y等人的“DampingcontrolofPMSG-basedwindturbinesforpowersystemstabilityenhancement”(发表于：2ndIETRenewablePowerGenerationConference(RPG2013)，北京，2013年)。
技术实现思路
因此，本专利技术所基于的目的在于，解决以上提及的问题中的至少一个问题。尤其，要实现一种解决方案，在所述解决方案中，特别在电网故障之后，避免同步发电机的振荡激励，或甚至在其出现时减少或附加地减少所述同步发电机的振荡激励。至少要针对至今已知的解决方案提出一种替选的解决方案。根据本专利技术，提出根据权利要求1的方法。所述方法涉及一种用于借助于变流器控制的发电单元、尤其风能设备在电网连接点处与具有电网频率的供电网交换电功率的方法。此外，变流器控制的发电单元也能够同义地称为变流器控制的发电单元或变流器控制的馈入器。因此，变流器控制的发电单元与供电网交换功率，所述变流器控制的发电单元能够构成为风能设备或也能够构成为风电厂。首先实现所述交换，使得根据控制函数交换电功率，其中，电功率能够包括有功功率和无功功率。控制函数根据供电网的至少一个状态变量来控制功率。特别根据电网电压和/或电网频率来控制功率。因此，电网电压或电网频率分别形成可行的状态变量。在此特别地，根据电网频率控制有功功率，并且根据电网电压控制无功功率。能够在正常控制函数与相对于正常控制函数不同的支持控制函数之间变换作为控制函数。因此不同的控制函数、特别正常控制函数和支持控制函数可用。然而，特别地，支持控制函数本身能够是可改变的，和/或能够根据需要从不同潜在的支持控制函数中选择。当识别到供电网稳定运行时，使用正常控制函数。这通常涉及正常情况，在正常情况中，即尤其不存在电网故障或电网干扰。在不假定电网故障的情况下，特别地，电网电压与电网电压的额定值之间以及电网频率与电网频率的额定值之间的小的偏差可能出现。正常函数尤其也相关地控制所述值，使得所述正常控制函数也适应于至少更小的变化。但是，如果已经识别到电网故障或这种电网故障的终止，则使用支持控制函数。对于支持控制函数提出，控制所述馈入的功率、即总体上交换的功率，使得能够对抗供电网中的振荡，因此对抗振荡。特别提出一种支持控制函数，其能够对抗供电网中连接的同步发电机的振荡、或通过同步发电机引起的振荡。所提出的方法所基于的构思特别在于，电网故障或电网故障的终止能够触发供电网中的振荡。这特别能够通过一个或多个直接与供电网连接的同步发电机引起。为此提出，为此特别调整支持控制函数。只要供电网无故障地工作，则不需要这种特别的支持控制函数，并且能够使用正常控制函数。但是，如果出现电网故障或电网故障终止，则重要的是，非常快速地以正确的方式和方法做出反应。因此重要的是，在使用合适的控制函数的情况下馈入到供电网，其中，这种合适的控制函数也应该尽可能快速地准备好。为此提出支持控制函数，所述支持控制函数已经适应于这种情况、即电网故障或电网故障的终止，并且同时也对以下情况做好准备，在所述情况中预期有所提及的振荡。通过使用所述支持控制函数，即能够对于这种情况选择已经预设定的参数和/或特性。所述预设定的参数或特性通过所提出的支持控制函数提供，并且然后在电网故障的情况下或在电网故障终止时才需要使用所述参数或特性。这种预设定的参数特别涉及斜坡或部分斜坡的陡度，在故障之后以所述斜坡再次提高无功功率和/或有功功率。这也能够逐步地进行。在此，有功功率和无功功率的所述提及的提高也能够彼此相协调。由此特别能够在所述支持控制函数中保存，再次更快速地提高有功功率和无功功率这两个功率中的一个功率。支持控制函数也能够包括具有定义的斜坡的延迟。由此能够考虑，在故障之后，与供电网耦合的同步电机立即以一定的磁极转子角超前，并且只要不超过稳定性储备，所述同步电机在电压恢复之后开始向后加速。如果出现所述情况，则在所述同步电机附近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于借助于变流器控制的发电单元、尤其风能设备或风电厂在电网连接点处与具有电网频率的供电网交换电功率的方法，所述方法包括以下步骤：/n根据控制函数交换电功率，其中所述电功率能够包括有功功率和无功功率，/n其中所述控制函数根据所述供电网的至少一个状态变量来控制所述功率，以及/n能够在正常控制函数与相对于所述正常控制函数不同的支持控制函数之间变换作为控制函数，以及/n-如果已识别到所述供电网稳定工作，则使用所述正常控制函数，而/n-如果已识别到电网故障或电网故障的终止，则使用所述支持控制函数，其中/n所述支持控制函数控制所馈入的功率，使得能够对抗所述供电网中的振荡、特别与所述供电网连接的同步发电机的振荡或通过所述同步发电机引起的振荡。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180201 DE 102018102220.41.一种用于借助于变流器控制的发电单元、尤其风能设备或风电厂在电网连接点处与具有电网频率的供电网交换电功率的方法，所述方法包括以下步骤：
根据控制函数交换电功率，其中所述电功率能够包括有功功率和无功功率，
其中所述控制函数根据所述供电网的至少一个状态变量来控制所述功率，以及
能够在正常控制函数与相对于所述正常控制函数不同的支持控制函数之间变换作为控制函数，以及
-如果已识别到所述供电网稳定工作，则使用所述正常控制函数，而
-如果已识别到电网故障或电网故障的终止，则使用所述支持控制函数，其中
所述支持控制函数控制所馈入的功率，使得能够对抗所述供电网中的振荡、特别与所述供电网连接的同步发电机的振荡或通过所述同步发电机引起的振荡。


2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个支持控制函数设置用于在故障后运行状况中控制，其中，故障后运行状况描述直接在所述电网故障之后所述供电网的运行状况，特别在所述电网连接点处的显著的电压骤降之后在所述电网连接点处的电压恢复。


3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述支持控制函数设计用于，对抗通过至少一个直接与所述供电网耦合的同步发电机对所述电网故障或所述电网故障的终止的反应所引起的振荡。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-保存有多个预设函数，并且能够从多个所保存的所述预设函数中选择所述支持控制函数，并且尤其
-根据从外部接收的选择信号进行所述支持控制函数的选择。


5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
能够设定所述支持控制函数，尤其通过以下方式：设定所述支持控制函数的参数，并且尤其能够经由数据接口从外部设定所述支持控制函数，和/或
-从外部传输所述支持控制函数。


6.根据方法，
其特征在于，
-根据拓扑信息进行所述支持控制函数的选择或设定，其中所述拓扑信息尤其是从如下列表中选择的信息，所述列表具有：
-所述供电网中的一个或多个开关位置，尤其电网断路器的开关位置，所述电网断路器设置用于分离或连接所述供电网的电网部段，以及
-关于所连接的发电单元的信息、尤其关于所述供电网中处于主导类型的发电单元的信息，并且此外或替选地
-根据预确定的评估逻辑的评估结果进行支持控制函数的选择。


7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-确定变流器饱和，其中所述变流器饱和是用于通过变流器控制的馈入器所馈入的功率相对于通过直接与所述供电网耦合的同步电机所馈入的功率的份额的量度，其中，所述变流器饱和涉及
-所述供电网，
-所述供电网的部分部段，或
-在所述电网连接点周围定义的附近范围，以及
-根据所述确定的变流器饱和，设定或选择所述支持控制函数。


8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-支持控制函数控制有功功率分量和无功功率分量，尤其为此设置有功功率函数和无功功率函数，以及
-所述有功功率分量设置用于实现第一支持目的、尤其用于实现频率支持，以及
-所述无功功率分量设置用于实现第二支持目的、尤其用于实现电压支持，以及
-为了选择或设定所述支持控制函数，根据一个或所述确定的变流器饱和，确定所述第一支持目的和所述第二支持目的的优先级，尤其
-根据所述确定的变流器饱和来选择所述有功功率分量与所述无功功率分量的比例，和/或所述有功功率分量的升高与所述无功功率分量的升高的比例，尤其
-所述确定的变流器饱和越大，则所述有功功率分量或所述有功功率分量的升高相对于所述无功功率分量或所述无功功率分量的升高越大，


9.跟据上述权利要求中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃卡德·奎特曼，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