岛网络以及操作岛网络的方法技术

本发明专利技术涉及具有至少一个电力发生器的岛网络，其使用可再生能源，其中所述电力发生器优选为一风力站，其具有一第一同步发生器；一直流电压中间电路，其具有至少一个第一整流器和逆变器；一第二同步发生器和可连接到所述第二同步发生器的内燃机。为了实现岛网络，提供了一完全可控的风力站（１０），和第二同步发生器（３２）和内燃机（３０）之间的一电磁耦合（３４），只要所述风力站产生足够的电力，用于以最高的可能效率连接的所有负载，则此网络中的内燃机可完全停用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有至少一个电力发生器的电岛网络，其连接到一第一发生器。进一步提供了一第二发生器，其可连接到一内燃机。在此岛网络中，连接到第一发生器的电力发生器通常是一再生电力发生器，例如，风力站、水利发电站等。
技术介绍
这种岛网络通常是已知的，尤其用于向以下区域提供电力，即未连接到中央供电网络，但是其中可以利用可再生的能源，如，风力和/或太阳能和/或水力等的区域。这些区域，例如，可以是岛屿，或者就其大小、位置和/或气象模式而言具有特征的遥远的或难以到达的区域。当然，必须向这些区域提供电力、水或热能。这些系统所需的能量，至少是电能，是通过岛网络提供和分配的。然而，为使无故障运行，现代电子设备需要对所述岛网络中的电压和/或频率波动维持相当严格的极限值。为了能够维持这些极限值，其中，采用了所谓的风-柴油机(系统，风力站用作其基本的能源。由风力站所产生的交流电被整流并经一逆变器转换成具有所要求的网络电力频率的交流电。这一方法产生了独立于风力站发生器的每分钟转数(rpm)，从而独立于其频率的网络功率频率。因此，网络功率频率由逆变器决定。这里，可以利用两种不同的变型。第一变型是所谓的自整流逆变器，其本身可产生一稳定的网络功率频率。然而，这种自整流逆变器需要高技术费用因此相当昂贵。自整流逆变器的一个变型是网络换相逆变器，其使其输出电压的频率与既存网络同步。这种逆变器被认为比自整流逆变器更为经济，但是总是需要一个网络，使其可与之同步。因此，对于网络换相逆变器来说，总是需要一网络发生器，其为逆变器的网络控制提供必要的控制参数。这种网络发生器在已知的岛网络中可以是，例如，由内燃机(柴油发动机)驱动的同步发生器。这意味着内燃机必须连续运转，以驱动作为网络发生器的同步发生器。从维护要求、燃料消耗和向周围环境增加废气来看，这也是不利的，因为即使内燃机只需提供其可利用的一小部分电力来驱动作为网络电力发生器的电机，能量通常只有3-5kW，然而燃料消耗并非无关紧要，而是每小时相当于几升汽油。现有的岛网络的另一问题是，必须提供所谓的倾泻负载(dumploads)，这消耗了由主电力发生器所产生的过量电能，使得当关掉负荷时，主电力发生器并不处于空转运行，这反过来会由于rpm(每分钟转数)过高而导致对主电力发生器的机械损伤。这对于风力站作为主电力发生器的情况来说更成问题。
技术实现思路
本专利技术的任务就是防止岛网络(island network)的上述缺点和提高岛网络的效率。该任务是根据专利技术的具有权利要求1至16所述特征的电岛网络和权利要求19所述的岛网络操作控制方法来实现的。在从属权利要求书中描述了有优势的改进。本专利技术是基于以下知识，即，具有网络发生器功能的第二发生器也可由主电力发生器(风力发电站)的电能来驱动，从而可完全关闭内燃机并将其与第二发生器分离。这里，第二发生器不再处于发生器操作，而是处于发动机操作，其中用于该功能的电能是由主电力发生器或其发生器传递的。如果第二发生器和内燃机之间是电磁耦合，则该耦合可通过从主电力发生器或其发生器提供电力来激活。如果在耦合时切断电源，则该耦合断开。接着，由上述主电力发生器的电能对第二发生器供电，并进行驱动(发动机操作)，用于去激活内燃机的操作，使得尽管内燃机被去激活，网络发生器仍然处于操作中。一旦激活内燃机，且由此要求第二发生器的发生器操作，则内燃机可被启动，并通过电激活耦合与第二发生器连接，从而该第二发生器可在该发生器操作下为电岛网络提供额外能量。使用完全可控的风力站允许消除“倾泻负载”(dump loads)，这是因为风力站能够通过其完全可控性产生需要的电力，由此获得可变的转数和可变叶片位置，从而由于风力站产生了确切数量的所需电力，因而不需要“处置”过剩的能量。从而，使得风力站仅产生了网络中所需的能量(或中间存储设备充电所需的能量)，不需要无用地消耗过量的电力，风力站乃至整个岛网络的总效率大大优于使用倾泻负载的情况。在本专利技术的一个优选实施例中，风力站包含一同步发生器，其连接于一逆变器之后。该逆变器包含一整流器，一直流电压中间电路，和一频率变流器。如果在该岛网络中包含提供另一直流电压(直流电流)的另一能源，例如，一光电元件，则其优点在于，这样的其他主电力发生器，例如，光电元件，连接到逆变器的直流电压中间电路，使得附加的可再生能源的能量被引入到直流电压中间电路。该构造可增加由第一主电力发生器产生的可用的电力。一方面，为均衡可利用的电力的波动和/或自发的增加电力的要求，及另一方面，为能够使用可利用的能量，该能源在此刻不需要，则最好提供中间存储设备，用于存储电能且可根据需要迅速放出该电能。此存储设备可以是，例如，电化学存储设备，如蓄电池，也可以是电容器或者化学存储设备如，氢存储设备，其存储由过量电能的电解产生的氢气。为了释放其电能，这些存储设备也被直接或通过相应的充电/放电电路连接到逆变器的直流电压中间电路。另一种形式的能量存储是转化成存储在飞轮中的转动能量。在本专利技术的一优选实施例中，该飞轮被连接到第二同步发生器，从而也允许存储的能量被用于驱动网络发生器。当岛网络中的能量消耗低于主电力发生器，例如，风力站的功率容量时，可向所有的存储设备提供电能。例如，如果主电力发生器是具有1.5MW额定功率的风力站，或是具有几个10MW额定功率的风力站的风阵列，且风型使得主电力发生器可运行于通常模式，尽管岛网络中的能源消耗明显小于主电力发生器的额定功率，在这种模式下(特别是夜间和岛网络中低消耗时)，控制主电力发生器，使得所有的能量存储设备充电。这样，能量存储设备仅在某些情况下，在岛网络中的能源消耗大于主电力发生器所产生的可利用的电力时被暂时地激活。在本专利技术的一个优选实施例中，除了连接到第二发生器(内燃机，飞轮)的能量元件之外，所有的电力发生器和中间存储设备都连接到一公共直流电压中间电路，其构造类似为一总线形式，且以一单独的网络换相变流器(逆变器)终止。在直流电压中间电路上使用单独的网络换相逆变器是非常经济的一种设置。其进一步的优点是，当电力需求大于从可再生能量电力发生器和存储的电力得到的电力时，提供其他(冗余)内燃机以及可连接到这些内燃机的第三发生器(例如，同步发生器)，以通过运行所述其他(冗余)发生器系统来产生电力。一般的，网络中的功率频率可用于确定可利用的电力是否与需要的电力一致。电力供应过剩时，网络功率频率增加，而电力供应不足时，网络功率频率下降。然而，这种频率偏离显出滞后，且随着网络复杂度的增加，补偿这种频率偏离变得越来越困难。为了达到对电力的快速适应，一种能够检测网络中所需电力的装置被连接到母线上。这样，可识别电力需求或电力供应过量，并在网络功率频率基本显出波动之前迅速进行补偿。附图说明下面，作为示例更加详细地说明本专利技术的实施例。其中，图1是根据本专利技术的岛网络的电路框图； 图2是示于图1中的原理图的一种变形；图3是根据本专利技术的岛网络的一优选实施例。具体实施例方式图1显示了具有下行变流器的风力站，其由整流器20和逆变器24组成，其中，所述风力站借助于所述整流器20被连接到一直流电压中间电路28，所述逆变器24连接到所述直流电压中间电路28的输出。与逆变器24的输出平行，连接有第二同步发生器32，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有至少一个第一电力发生器的电岛网络，其使用一可再生能源，其中，该电力发生器最好是具有一发生器的风力站，其中，提供一第二发生器，其可连接至一内燃机上，其特征在于，可根据风力站的每分钟转数和叶片位置来控制风力站，且所述风力站具有一母线，用于将产生的电力供给到该网络中，且提供一连接到母线上的设备，用于检测网络中需要的电力。

【技术特征摘要】
DE 2002-3-8 10210099.31.具有至少一个第一电力发生器的电岛网络，其使用一可再生能源，其中，该电力发生器最好是具有一发生器的风力站，其中，提供一第二发生器，其可连接至一内燃机上，其特征在于，可根据风力站的每分钟转数和叶片位置来控制风力站，且所述风力站具有一母线，用于将产生的电力供给到该网络中，且提供一连接到母线上的设备，用于检测网络中需要的电力。2.根据权利要求1的电岛网络，其特征在于，所述第一电力发生器具有一同步发生器，其包含一具有直流电压中间电路的变流器，所述直流电压中间电路具有至少一第一整流器和一逆变器。3.根据权利要求1或2的电岛网络，其特征在于，连接到所述直流电压中间电路的至少一个电元件用于供给具有直流电压的电能。4.根据权利要求3的电岛网络，其特征在于，所述电元件是作为电子中间存储设备的光电元件和/或机械能量存储设备和/或电化学的存储设备和/或电容器和/或化学存储设备。5.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，飞轮可被连接到所述第二或第三发生器。6.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，具有几个内燃机，其每一个都可耦合到一发生器。7.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，具有一个控制器，用于控制所述岛网络。8.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，在所述电元件和直流电压中间电路之间具有一升压/降压变流器(22)。9.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，在所述电存储元件和直流电压中间电路之间具有充电/放电电路(26)。10.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，具有带有一发生器的飞轮和一下游整流器(20)，用于向直流电压中间电路(28)提供电能。11.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，所有的电力发生器(10，12)使用可再生能源，且中间存储设备(14，16，18)对一公共直流电压中间电路供电。12.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，具有一网络换相逆变器。13.根据上述权利要求之一的电岛网络，其特征在于，用于操作电磁耦合的能量通过电存储设备和/或主电力发生器获得。14.根据上述权利要求之一的岛网络，其特征在于，当主电力发生器提供的电力大于连接到所述岛网络的其他电负载的电力消...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾劳埃斯乌本，
申请(专利权)人：艾劳埃斯乌本，
类型：发明
国别省市：DE[德国]