專利名稱：具有穩(wěn)健的無(wú)功功率調(diào)節(jié)的風(fēng)電場(chǎng)和使其運(yùn)行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)，該風(fēng)電場(chǎng)具有至少兩個(gè)風(fēng)能設(shè)備，這些風(fēng)能設(shè)備分別具有轉(zhuǎn)子、利用該轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、和控制裝置并且這些風(fēng)能設(shè)備通過(guò)連接線路與干線連接；連接點(diǎn)，該連接點(diǎn)將該干線與輸電網(wǎng)連接；以及場(chǎng)主機(jī)，該場(chǎng)主機(jī)被構(gòu)造用于無(wú)功功率調(diào)節(jié)并且具有用于將控制信號(hào)傳輸?shù)斤L(fēng)能設(shè)備的通信線路。本發(fā)明還涉及一種用于使這樣的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的方法。
在風(fēng)能設(shè)備領(lǐng)域中的發(fā)展是通過(guò)變大的趨勢(shì)來(lái)表征的。這不僅涉及單個(gè)的風(fēng)能設(shè)備，而且也涉及由變得越來(lái)越多并越來(lái)越大的風(fēng)能設(shè)備構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng)。因此大大提高的安裝功率正好在大多數(shù)的并且首先大的風(fēng)電場(chǎng)所處的鄉(xiāng)村空間中由于能量輸送網(wǎng)絡(luò)的有限的容量而造成困難。為了能夠維持足夠的供電質(zhì)量對(duì)風(fēng)電場(chǎng)在其電網(wǎng)兼容性方面提出提高的要求。
電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要標(biāo)準(zhǔn)是電壓的穩(wěn)定性。這在高的饋電功率的情況下、亦即尤其對(duì)于連接在高壓電網(wǎng)和最高壓電網(wǎng)上的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)更加適用。已知的是，對(duì)于電壓水平的支撐有利的是，將(特別是電容)無(wú)功功率饋入到電網(wǎng)中。另外的重要的標(biāo)準(zhǔn)是例如電流負(fù)荷能力的電網(wǎng)的傳輸能力、諸如電網(wǎng)閃變(Flicker)的連接標(biāo)準(zhǔn)和例如線路損耗的其他效應(yīng)。
已知的是，在風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的連接點(diǎn)上設(shè)置用于復(fù)數(shù)功率的測(cè)量部位并且借助風(fēng)電場(chǎng)主導(dǎo)計(jì)算機(jī)(場(chǎng)主機(jī))與用于功率因數(shù)的額定設(shè)定值進(jìn)行比較(EP-A-1519040，WO-A-01/73518)。場(chǎng)主機(jī)由此確定用于各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的功率因數(shù)額定值或無(wú)功功率額定值。于是這些風(fēng)能設(shè)備通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)設(shè)定值，即它們提供更多或更少的無(wú)功功率。但是因此風(fēng)電場(chǎng)的線路和變壓器上的電壓和電流發(fā)生變化。一種類似的具有分布式調(diào)節(jié)的方案已在EP-A-1512869中被提出。這個(gè)已知方案的缺陷是，特別是在風(fēng)電場(chǎng)中位于長(zhǎng)線路的末端的風(fēng)能設(shè)備的情況下可能發(fā)生不希望的電壓升高，這些電壓升高導(dǎo)致不穩(wěn)定性。各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的不希望的切斷或者甚至變頻器的損壞可能是后果。
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，如此對(duì)開頭所述類型的風(fēng)電場(chǎng)和運(yùn)行方法進(jìn)行改進(jìn)，以致實(shí)現(xiàn)更好的電網(wǎng)支撐。
根據(jù)本發(fā)明的解決方案在于獨(dú)立權(quán)利要求的特征。有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
一種風(fēng)電場(chǎng)具有至少兩個(gè)風(fēng)能設(shè)備，這些風(fēng)能設(shè)備分別具有轉(zhuǎn)子、利用該轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)和控制裝置并且這些風(fēng)能設(shè)備通過(guò)連接線路與干線連接；使干線與輸電網(wǎng)連接的連接點(diǎn)；和場(chǎng)主機(jī)，該場(chǎng)主機(jī)被構(gòu)造用于無(wú)功功率調(diào)節(jié)并且具有用于將控制信號(hào)傳輸?shù)斤L(fēng)能設(shè)備的通信線路，在該風(fēng)電場(chǎng)中按照本發(fā)明規(guī)定，無(wú)功功率調(diào)節(jié)裝置被實(shí)施為分布式調(diào)節(jié)器，該分布式調(diào)節(jié)器包括在場(chǎng)主機(jī)上的上調(diào)節(jié)器和在風(fēng)能設(shè)備上的下調(diào)節(jié)器，該上調(diào)節(jié)器被構(gòu)造用于為了調(diào)節(jié)被輸送到輸電網(wǎng)中的功率的全局功率系數(shù)而確定額定電壓(Usoll)并且作為信號(hào)通過(guò)通信線路輸出，而下調(diào)節(jié)器分別被構(gòu)造用于根據(jù)用于額定電壓的信號(hào)計(jì)算出局部無(wú)功功率額定值，檢測(cè)風(fēng)能設(shè)備的實(shí)際輸出的電壓并且在與額定電壓(Usoll)比較之后校正該局部無(wú)功功率額定值。
本發(fā)明所基于的構(gòu)思是，將期望的功率系數(shù)的調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓方法相耦合。為此設(shè)置有分布式調(diào)節(jié)裝置。該場(chǎng)主機(jī)為了遵循相對(duì)于輸電網(wǎng)(電網(wǎng))確定的功率系數(shù)為各個(gè)風(fēng)能設(shè)備預(yù)先設(shè)定確定的額定電壓。該額定電壓由上調(diào)節(jié)器計(jì)算，以便產(chǎn)生相對(duì)于電網(wǎng)期望的(全局)功率系數(shù)。該額定電壓作為信號(hào)被輸出并且通過(guò)通信線路被施加到各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的下調(diào)節(jié)器上。下調(diào)節(jié)器基于用于額定電壓的信號(hào)獨(dú)立地確定局部無(wú)功功率額定值。借助控制裝置，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以便無(wú)功功率和有效功率按照設(shè)定值被產(chǎn)生。輸出電壓被測(cè)量并且被引回到閉合調(diào)節(jié)環(huán)中的下調(diào)節(jié)器。只要可能，各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的控制裝置就這樣調(diào)節(jié)期望的額定電壓。在場(chǎng)主機(jī)上的上調(diào)節(jié)器確定實(shí)際產(chǎn)生的總功率因數(shù)并在必要時(shí)校正下調(diào)節(jié)器的額定電壓。
下面將解釋所采用的概念概念“功率系數(shù)”被理解為描述在相應(yīng)的有效功率的情況下所要求的無(wú)功功率的參數(shù)。在較狹窄的意義上屬于功率系數(shù)的有功率因數(shù)cos及其變型tan、sin以及角度本身，但在較廣泛的意義上還有無(wú)功功率Qv或期望的電網(wǎng)電壓UVN的設(shè)定值。后者尤其在較大的直接連接到高壓電網(wǎng)上的發(fā)電站的情況下是合宜的。優(yōu)選地，在這樣的情況下在風(fēng)電場(chǎng)中設(shè)置有所謂的無(wú)功功率靜態(tài)模塊，借助其根據(jù)期望的電網(wǎng)電壓的設(shè)定值來(lái)確定所要求的無(wú)功功率或功率系數(shù)的相應(yīng)的設(shè)定值。
發(fā)電機(jī)被理解為將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)器。包括直流電機(jī)以及單相或多相交流電機(jī)?？梢陨婕昂?jiǎn)單地或雙重地被饋電的同步或異步電動(dòng)機(jī)。通常，發(fā)電機(jī)具有變頻器，但這不是絕對(duì)必要的。變頻器可以被實(shí)施為全變頻器(Vollumrichter)或部分變頻器(Teilumrichter)。結(jié)構(gòu)形式是任意的，特別是它可以被實(shí)施為直接變頻器或間接變頻器。
風(fēng)電場(chǎng)被理解為由至少兩個(gè)風(fēng)能設(shè)備和中心主導(dǎo)裝置所構(gòu)成的總體。該中心主導(dǎo)裝置被稱為場(chǎng)主機(jī)。它監(jiān)視整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)相對(duì)于該風(fēng)電場(chǎng)所連接的供電網(wǎng)的特性。此外它影響各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的運(yùn)行。
全局功率系數(shù)涉及由作為總體的風(fēng)電場(chǎng)輸出到電網(wǎng)的功率，局部功率系數(shù)涉及必要時(shí)在所分配的補(bǔ)償設(shè)備的影響下由各個(gè)風(fēng)能設(shè)備輸出的功率。
本發(fā)明已認(rèn)識(shí)到，如果場(chǎng)主機(jī)為各個(gè)風(fēng)能設(shè)備預(yù)先設(shè)定額定電壓并且委托各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的調(diào)節(jié)裝置基于此局部地負(fù)責(zé)相應(yīng)的無(wú)功功率設(shè)定值及其實(shí)現(xiàn)，使得結(jié)果在連接點(diǎn)處產(chǎn)生期望的功率系數(shù)，則風(fēng)電場(chǎng)就其穩(wěn)定性而言的運(yùn)行特性可以被明顯地改善。
借助于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)顯著的優(yōu)點(diǎn)第一，執(zhí)行對(duì)各個(gè)風(fēng)能設(shè)備上的電壓的控制。各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的最大可能的無(wú)功功率可以因此毫無(wú)困難地被調(diào)用。不存在導(dǎo)致部件不穩(wěn)定或損壞的危險(xiǎn)，因?yàn)椴怀霈F(xiàn)有害的電壓偏離。安全性降低是不必要的或者只在減小的范圍內(nèi)是必要的。
第二，不再出現(xiàn)在迄今的方案中出現(xiàn)的問題，即在電網(wǎng)中有脈沖式電壓變化(峰值)的情況下雖然可以計(jì)算出新的cos，但是由于有限的通信速度而不再能夠足夠快地傳輸?shù)礁鱾€(gè)風(fēng)能設(shè)備上，因此這些風(fēng)能設(shè)備仍以老的cos嘗試跟蹤該峰值。借助本發(fā)明即使在這樣快速的過(guò)程中各個(gè)風(fēng)能設(shè)備也正確地運(yùn)行，它們保持在所設(shè)置的無(wú)功功率額定值。
第三，雖然預(yù)先設(shè)定功率系數(shù)的確定的額定值但在連接點(diǎn)上不需要分別單獨(dú)地詳細(xì)地規(guī)定各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的功率系數(shù)。在那里，借助于下調(diào)節(jié)器，分別正確的有效功率和無(wú)功功率之比獨(dú)立地出現(xiàn)。因此也實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)相對(duì)于各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的錯(cuò)誤行為或不足的無(wú)功功率提供的穩(wěn)健的特性。
因此本發(fā)明以聰明的方式將在穩(wěn)健和快速的特性方面的優(yōu)點(diǎn)統(tǒng)一起來(lái)。
合宜地，上調(diào)節(jié)器具有用于到風(fēng)能設(shè)備的連接線路的補(bǔ)償裝置。因此在計(jì)算額定電壓時(shí)可以考慮由必要時(shí)包括干線和/或中間連接的變壓器在內(nèi)的連接線路造成的影響。因此這是有意義的，因?yàn)樵谶B接線路上的(額定)電壓改變的情況下也產(chǎn)生關(guān)于連接線路等上的電壓降的其他情況。
按照一種優(yōu)選的實(shí)施形式，上調(diào)節(jié)器具有校正值存儲(chǔ)器，在該校正值存儲(chǔ)器中針對(duì)風(fēng)能設(shè)備包含有連接線路的單獨(dú)的校正值、特別是線路參數(shù)。因此能實(shí)現(xiàn)，在(復(fù)數(shù))線路參數(shù)的情況下考慮差別。每個(gè)風(fēng)能設(shè)備的額定值都能以其電參數(shù)單獨(dú)地匹配于相應(yīng)的傳輸線路。這尤其在風(fēng)電場(chǎng)具有多個(gè)依次布置在一條線路上的風(fēng)能設(shè)備的情況下是一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)。也可以單獨(dú)地針對(duì)每個(gè)風(fēng)能設(shè)備采用另外的校正值。因此即使在各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的特性在電氣上大大不同的情況下借助場(chǎng)主機(jī)也得到對(duì)各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的更好的導(dǎo)向。
經(jīng)常變得足夠的是，將預(yù)先設(shè)定的值存儲(chǔ)到校正值存儲(chǔ)器中。但是有利地設(shè)置有用于單獨(dú)的校正值、特別是線路參數(shù)的自適應(yīng)識(shí)別裝置，該自適應(yīng)識(shí)別裝置也選擇性地與補(bǔ)償裝置協(xié)同作用。因此不再需要由用戶主動(dòng)地預(yù)先設(shè)定值。這尤其在由于拓?fù)涠y以被確定的風(fēng)電場(chǎng)的情況下是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。此外校正值如此自動(dòng)地匹配于由于環(huán)境影響或部件老化而產(chǎn)生的逐漸變化。
合宜地，該連接點(diǎn)被布置在高壓電網(wǎng)上并通過(guò)高壓變壓器與干線連接。尤其對(duì)于具有高安裝功率的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這是一種有利的電網(wǎng)連接方式。但它帶來(lái)的缺陷是，不同于在中壓線路的情況下，高壓線路由于其不能被忽略的電容而具有所謂的自然功率，在自然功率的情況下產(chǎn)生最佳的運(yùn)行。在偏離的情況下必須相應(yīng)地用無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償。有利的是，為此目的該測(cè)量點(diǎn)被布置在變壓器的高壓側(cè)。不過(guò)這以復(fù)雜并且昂貴的高壓測(cè)量裝置為條件。由此優(yōu)選地可以規(guī)定，將測(cè)量裝置布置在高壓變壓器的干線側(cè)。只要高壓變壓器的傳輸特性是公知的，這就使得能夠使用更廉價(jià)的傳感器。
優(yōu)選地，該分布式調(diào)節(jié)器如此被構(gòu)造，以致它的導(dǎo)向特性(Fuehrungsverhalten)具有時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間常數(shù)明顯大于脈沖式短電壓波動(dòng)(電壓瞬變)的時(shí)間常數(shù)。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，脈沖式短電壓波動(dòng)保持不影響調(diào)節(jié)器。此外，因此能實(shí)現(xiàn)，將下調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成對(duì)干擾迅速作出反應(yīng)。因此即使在受干擾的條件下也保持風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)健的運(yùn)行特性。
在一種經(jīng)受過(guò)考驗(yàn)的實(shí)施形式中，該分布式調(diào)節(jié)器具有用于額定電壓的限制裝置。因此確保，不會(huì)由于過(guò)高的額定電壓而發(fā)生對(duì)發(fā)電機(jī)或其變頻器的損害。這特別是對(duì)于連接在相當(dāng)長(zhǎng)的連接線路上的風(fēng)能設(shè)備來(lái)說(shuō)是有意義的。在那里，由于連接線路的復(fù)數(shù)阻抗，電壓水平可能不同于在場(chǎng)主機(jī)處的電壓水平，特別是該電壓水平可能更高。在沒有限制的情況下它可能容易地導(dǎo)致?lián)p壞，該損壞借助限制被防止。合宜地，在相應(yīng)的下調(diào)節(jié)器上設(shè)置限制裝置。這能夠?qū)崿F(xiàn)與各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的改進(jìn)的單獨(dú)匹配。但是也可以規(guī)定在上調(diào)節(jié)器上的布置。
合宜地，設(shè)置有從下調(diào)節(jié)器通向上調(diào)節(jié)器的用于信號(hào)回引的返回通道，該返回通道傳輸由下調(diào)節(jié)器輸出的過(guò)載信號(hào)。因此當(dāng)一個(gè)風(fēng)能設(shè)備不能提供期望的無(wú)功功率時(shí)就用信號(hào)通知上調(diào)節(jié)器。由此使上調(diào)節(jié)器能夠?qū)嵤┫鄳?yīng)的相對(duì)于其他風(fēng)能設(shè)備的補(bǔ)償措施。
優(yōu)選地設(shè)置有附加的移相器。這些移相器能夠以不同的本身已知的方式被構(gòu)造。已經(jīng)證明有效的是在風(fēng)能設(shè)備上的電容器組。因此一方面實(shí)現(xiàn)用于無(wú)功功率提供的擴(kuò)大的調(diào)節(jié)范圍。另一方面可以使必須開關(guān)該分布式調(diào)節(jié)器的頻率減小。這能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的更加保護(hù)材料的運(yùn)行。
本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的方法。關(guān)于更詳細(xì)的說(shuō)明請(qǐng)參閱上面的描述。
下面參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，在附圖中示出了一個(gè)有利的實(shí)施例。


圖1示出具有場(chǎng)主機(jī)和風(fēng)能設(shè)備的本發(fā)明風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)施例的示意圖，圖2示出按照?qǐng)D1中所示的實(shí)施例具有上調(diào)節(jié)器的場(chǎng)主機(jī)的示意圖，以及圖3示出按照?qǐng)D1中所示的實(shí)施例具有下調(diào)節(jié)器的風(fēng)能設(shè)備的控制裝置的示意圖。
在圖1中示出了本發(fā)明風(fēng)電場(chǎng)的一個(gè)實(shí)施例。該風(fēng)電場(chǎng)包括多個(gè)(在所示出的實(shí)施例中為5個(gè))風(fēng)能設(shè)備(1-5)和中央主導(dǎo)計(jì)算機(jī)(場(chǎng)主機(jī))7。風(fēng)能設(shè)備1-5是通過(guò)連接線路10、20、30、40、50與干線60的末端連接的。
風(fēng)能設(shè)備1-5的結(jié)構(gòu)示例性地借助風(fēng)能設(shè)備1來(lái)解釋。風(fēng)能設(shè)備1包括轉(zhuǎn)子14，該轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地被布置在塔架16的尖端處的機(jī)器殼體15上。轉(zhuǎn)子14驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未示出)。優(yōu)選地涉及雙重饋電的異步發(fā)電機(jī)，但是也可以實(shí)現(xiàn)其他的結(jié)構(gòu)形式。變頻器17與該發(fā)電機(jī)連接。該變頻器將由發(fā)電機(jī)提供的電功率轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄潭l率(電網(wǎng)頻率)的三相交流電。風(fēng)能設(shè)備1的運(yùn)行由控制裝置18控制。該控制裝置通過(guò)適當(dāng)?shù)?未示出的)控制線路作用于風(fēng)能設(shè)備1的各個(gè)部件。另外，在風(fēng)能設(shè)備1上設(shè)置有變壓器(未示出)，該變壓器將由變頻器17輸出的電壓變換到更高的水平上。
由風(fēng)能設(shè)備1產(chǎn)生的電能到干線60上的繼續(xù)傳送通過(guò)連接線路10來(lái)實(shí)現(xiàn)。該連接線路在圖1中用其電氣等效電路圖來(lái)表示。該連接線路分別具有被表示為集中元件的電感、阻抗和電容。它們總體上被稱為復(fù)數(shù)阻抗11。風(fēng)能設(shè)備1的連接線路10直接連接到干線60的末端上。在這個(gè)分支上緊接著被布置的風(fēng)能設(shè)備3通過(guò)其連接線路30并且進(jìn)一步通過(guò)連接線路10被連接到干線60上。相應(yīng)地，風(fēng)能設(shè)備5通過(guò)其連接線路50和連接線路30以及10被連接到干線60上。
在干線60的另一末端處通過(guò)連接點(diǎn)69連接有供電企業(yè)(EVU)的供電網(wǎng)(電網(wǎng))9。連接點(diǎn)69用于將由風(fēng)能設(shè)備1-5產(chǎn)生的并被引導(dǎo)到干線60中的電功率的饋電。按照風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)施方案，該干線60可以具有可觀的長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度可能為幾千米，在海上風(fēng)電場(chǎng)的情況下甚至超過(guò)50km。電網(wǎng)9在所示出的實(shí)施例中是高壓電網(wǎng)。為了使干線60的處于中壓層的電壓升高，設(shè)置有高壓變壓器66。
為了控制被饋入到電網(wǎng)9中的電功率，設(shè)置有場(chǎng)主機(jī)7。該場(chǎng)主機(jī)行使對(duì)風(fēng)能設(shè)備1-5的主導(dǎo)功能。場(chǎng)主機(jī)7包括主導(dǎo)計(jì)算機(jī)70、輸入/輸出單元71和作為根據(jù)本發(fā)明的分布式調(diào)節(jié)裝置的組成部分的上調(diào)節(jié)器73。在主導(dǎo)計(jì)算機(jī)70中實(shí)施風(fēng)電場(chǎng)的主導(dǎo)策略，該主導(dǎo)計(jì)算機(jī)附加地具有用于EVU電網(wǎng)9的運(yùn)營(yíng)商的主導(dǎo)指示的輸入端72。這個(gè)輸入端在圖2中示例性地通過(guò)用于期望功率系數(shù)(，cos，tan，無(wú)功功率值Q或電網(wǎng)電壓設(shè)定值UVN)的輸入端來(lái)表示。如果功率系數(shù)如在高壓電網(wǎng)的情況下那樣通常通過(guò)電網(wǎng)電壓設(shè)定值被設(shè)置時(shí)，則另外設(shè)置有無(wú)功功率靜態(tài)模塊75。該無(wú)功功率靜態(tài)模塊包括可預(yù)先設(shè)定的特性曲線，該特性曲線使設(shè)定電壓與無(wú)功功率相關(guān)。此外在場(chǎng)主機(jī)7上連接有用于被輸送到電網(wǎng)中的功率和/或功率系數(shù)的測(cè)量裝置68。在所示出的實(shí)施例中，這些測(cè)量裝置是用于電網(wǎng)電壓Un的電壓傳感器和用于被饋入到電網(wǎng)中電流In的電流傳感器。但是也可以規(guī)定，將測(cè)量裝置部分地(68′)或者完全地布置在高壓變壓器66的干線側(cè)。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，能夠使用更簡(jiǎn)單的為中壓水平設(shè)計(jì)的傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的分布式調(diào)節(jié)裝置具有作為主要部件的場(chǎng)主機(jī)7上的上調(diào)節(jié)器73和各個(gè)風(fēng)能設(shè)備1-5上的下調(diào)節(jié)器。上調(diào)節(jié)器73由期望功率系數(shù)確定干線60的額定電壓Usoll的值。這個(gè)值通過(guò)輸入/輸出裝置71和通信線路74被傳輸?shù)礁鱾€(gè)風(fēng)能設(shè)備1-5的控制裝置的下調(diào)節(jié)器。該控制裝置的結(jié)構(gòu)和工作方式在下面借助風(fēng)能設(shè)備1的控制裝置18的在圖3中所示的實(shí)例進(jìn)行解釋。
控制裝置18包括輸入/輸出單元181、運(yùn)行單元180、限制裝置182和下調(diào)節(jié)器184以及變頻器控制裝置189。通信線路74連接到該輸入/輸出單元181上。由場(chǎng)主機(jī)7傳輸?shù)脑O(shè)定值和控制指令按照信號(hào)被繼續(xù)傳送到運(yùn)行單元180和/或下調(diào)節(jié)器184。用于額定電壓Usoll的信號(hào)被引導(dǎo)通過(guò)限制裝置182。該限制裝置被構(gòu)造用于，將過(guò)高的值限制于還允許的量度。另外，該量度通過(guò)減法器183被施加到下調(diào)節(jié)器184上。該下調(diào)節(jié)器由用于額定電壓Usoll的信號(hào)計(jì)算出適宜的用于變頻器控制裝置189的控制信號(hào)。如果必要，該控制信號(hào)則通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧⒗鐬V波器被修正，以便避免多個(gè)風(fēng)能設(shè)備的下調(diào)節(jié)器的相互影響。在所示出的實(shí)施例中，該額定電壓作為用于變頻器17的輸出電壓的信號(hào)被繼續(xù)傳送(也可以使用另外的量、例如無(wú)功功率)。運(yùn)行單元180在本實(shí)施例中將用于額定有效功率的信號(hào)輸出給變頻器控制裝置189。變頻器17由變頻器控制裝置189以本身已知的方式按照所設(shè)置的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。它在按照所設(shè)置的值的輸出電壓U的情況下在它的輸出端上提供電有效功率和無(wú)功功率P及Q并且將其饋入到連接線路10中。該輸出電壓被測(cè)量并被引回到減法器183。與額定值Usoll的可能的偏差可以因此被調(diào)節(jié)。風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能設(shè)備2-5以相應(yīng)的方式運(yùn)行。
連接線路10、20、30、40、50具有復(fù)數(shù)阻抗。由風(fēng)能設(shè)備輸出的電壓的變化也導(dǎo)致連接線路10、20、30、40、50上的變化的電壓降。為了補(bǔ)償由此造成的干擾影響，在上調(diào)節(jié)器73上設(shè)置有補(bǔ)償裝置77。該補(bǔ)償裝置根據(jù)復(fù)數(shù)阻抗11上預(yù)期的電壓降來(lái)改變所計(jì)算出的額定電壓。因此連接線路10、20、30、40、50對(duì)分布式調(diào)節(jié)裝置的影響被減小。因?yàn)楦鱾€(gè)風(fēng)能設(shè)備1-5被布置在連接線路的不同位置上，故對(duì)于每個(gè)風(fēng)能設(shè)備來(lái)說(shuō)產(chǎn)生直至干線60的不同的復(fù)數(shù)阻抗。這導(dǎo)致，各個(gè)風(fēng)能設(shè)備1-5的電壓比彼此不同。因此特別是相對(duì)于后置的風(fēng)能設(shè)備5在連接線路10、30、50上出現(xiàn)高的電壓降。這蘊(yùn)藏的危險(xiǎn)是，在針對(duì)額定電壓Usoll設(shè)定相同的值時(shí)，該風(fēng)能設(shè)備5的輸出電壓達(dá)到不允許的高值。為了抵制該高值，設(shè)置有校正值存儲(chǔ)器78。在該校正值存儲(chǔ)器中針對(duì)風(fēng)能設(shè)備1-5中的每一個(gè)由連接線路10、20、30、40、50的不同的復(fù)數(shù)阻抗產(chǎn)生的電壓降單獨(dú)地被考慮。該額定電壓Usoll可利用相應(yīng)的校正值如此來(lái)修正，以便到各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的相應(yīng)連接線路的影響被補(bǔ)償。相應(yīng)的校正值由自適應(yīng)識(shí)別裝置76通過(guò)識(shí)別方法來(lái)確定并且被寫入到校正值存儲(chǔ)器78中。由此，如果連接線路上的情況(例如由于老化或環(huán)境影響)緩慢地變化或它們由于拓?fù)涠荒芾щy地被預(yù)計(jì)，則也確定有效的校正值。
在風(fēng)能設(shè)備上可選地布置電容器組49。在圖1中出于簡(jiǎn)明的原因只示出了風(fēng)能設(shè)備4上的一個(gè)電容器組；在其余的風(fēng)能設(shè)備上電容器組也可以相應(yīng)地被設(shè)置。這些電容器組呈現(xiàn)附加的用于提供無(wú)功功率的可能性。由此，根據(jù)本發(fā)明的分布式調(diào)節(jié)裝置的工作范圍被擴(kuò)大。此外通過(guò)電容器組49可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的粗略的預(yù)調(diào)。為了操作電容器組49，在上調(diào)節(jié)器73上設(shè)置有移相開關(guān)單元79。該移相開關(guān)單元可以被實(shí)施為低通濾波器或移動(dòng)平均濾波器。因此實(shí)現(xiàn)，要由變頻器47執(zhí)行的用于適配無(wú)功功率的開關(guān)過(guò)程的次數(shù)被減少。這對(duì)系統(tǒng)特性(特別是電網(wǎng)閃變)和使用壽命有積極貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場(chǎng)，具有至少兩個(gè)風(fēng)能設(shè)備(1-5)，這些風(fēng)能設(shè)備分別具有轉(zhuǎn)子(14)、利用該轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、和控制裝置(18)并且這些風(fēng)能設(shè)備通過(guò)連接線路(10)與干線(60)相連接；連接點(diǎn)(69)，該連接點(diǎn)將干線(60)與輸電網(wǎng)(9)相連接；以及場(chǎng)主機(jī)(7)，該場(chǎng)主機(jī)被構(gòu)造用于無(wú)功功率調(diào)節(jié)并且具有用于將控制信號(hào)傳輸?shù)斤L(fēng)能設(shè)備(1-5)的通信線路(74)，其特征在于，無(wú)功功率調(diào)節(jié)裝置被實(shí)施為分布式調(diào)節(jié)器，包括在場(chǎng)主機(jī)(7)上的上調(diào)節(jié)器(73)，該上調(diào)節(jié)器被構(gòu)造用于為了調(diào)節(jié)被輸送到輸電網(wǎng)(69)中的功率的全局功率系數(shù)而確定額定電壓(Usoll)并且將該額定電壓作為信號(hào)通過(guò)通信線路(74)輸出，和在風(fēng)能設(shè)備(1-5)上的下調(diào)節(jié)器(184)，該下調(diào)節(jié)器分別被構(gòu)造用于根據(jù)用于額定電壓的信號(hào)計(jì)算出局部無(wú)功功率額定值，檢測(cè)風(fēng)能設(shè)備(1-5)的實(shí)際輸送的電壓并且在與額定電壓(Usoll)比較之后校正該局部無(wú)功功率額定值。
2.按權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，上調(diào)節(jié)器(73)具有用于到風(fēng)能設(shè)備(1-5)的連接線路(10，20，30，40，50)的補(bǔ)償裝置(77)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，上調(diào)節(jié)器(73)具有校正值存儲(chǔ)器(78)，在該校正值存儲(chǔ)器中特別是針對(duì)風(fēng)能設(shè)備(1-5)包含有單獨(dú)的校正值、特別是連接線路(10，20，30，40，50)的線路參數(shù)。
4.按權(quán)利要求2或3所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，設(shè)置有用于補(bǔ)償裝置(77)和/或單獨(dú)的校正值的自適應(yīng)識(shí)別裝置(76)。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，連接點(diǎn)(69)被布置在高壓電網(wǎng)(9)上并且通過(guò)高壓變壓器(66)與干線(60)相連接。
6.按權(quán)利要求5所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，在高壓變壓器(66)的干線側(cè)布置有測(cè)量裝置(68′)。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，該分布式調(diào)節(jié)器的導(dǎo)向特性具有時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間常數(shù)顯著大于電壓瞬變的時(shí)間常數(shù)。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，該分布式調(diào)節(jié)器具有用于額定電壓(Usoll)的限制裝置(182)。
9.按權(quán)利要求8所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，該限制裝置(182)被設(shè)置在下調(diào)節(jié)器(184)上。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，設(shè)置有附加的無(wú)源移相器。
11.按權(quán)利要求10所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，在風(fēng)能設(shè)備(1-5)上設(shè)置有作為移相器的電容器組(49)。
12.用于使風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的方法，該分電場(chǎng)具有至少兩個(gè)風(fēng)能設(shè)備(1-5)，這些風(fēng)能設(shè)備分別具有轉(zhuǎn)子(14)、利用該轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)、和控制裝置(18)并且這些風(fēng)能設(shè)備通過(guò)連接線路(10，20，30，40，50)與干線(60)相連接；連接點(diǎn)(69)，該連接點(diǎn)將干線(60)與輸電網(wǎng)(9)相連接；和場(chǎng)主機(jī)(7)，該場(chǎng)主機(jī)被構(gòu)造用于無(wú)功功率調(diào)節(jié)并具有用于將控制信號(hào)傳輸?shù)斤L(fēng)能設(shè)備(1-5)的通信線路(74)，其特征在于，借助分布式調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，該分布式調(diào)節(jié)裝置包括在場(chǎng)主機(jī)(7)上的上調(diào)節(jié)器(73)，該上調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)被輸送到輸電網(wǎng)(69)中的功率的全局功率系數(shù)、確定額定電壓(Usoll)并且通過(guò)通信線路(74)將該額定電壓(Usoll)作為信號(hào)輸出，和在風(fēng)能設(shè)備(1-5)上的下調(diào)節(jié)器(184)，該下調(diào)節(jié)器分別根據(jù)用于額定電壓(Usoll)的信號(hào)計(jì)算出局部無(wú)功功率額定值，檢測(cè)風(fēng)能設(shè)備(1-5)的實(shí)際輸送的電壓并且與額定電壓(Usoll)相比較，以便校正該局部無(wú)功功率額定值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)，其具有至少兩個(gè)風(fēng)能設(shè)備(1－5)，這些風(fēng)能設(shè)備通過(guò)連接線路(10)與干線(60)連接；連接點(diǎn)(69)，該連接點(diǎn)將干線(60)與輸電網(wǎng)(9)相連接；和場(chǎng)主機(jī)(7)，其被構(gòu)造用于無(wú)功功率調(diào)節(jié)并具有用于將控制信號(hào)傳輸?shù)斤L(fēng)能設(shè)備(1－5)的通信線路(74)。按照本發(fā)明規(guī)定，無(wú)功功率調(diào)節(jié)裝置被實(shí)施為分布式調(diào)節(jié)器。該分布式調(diào)節(jié)器包括在場(chǎng)主機(jī)(7)上的上調(diào)節(jié)器(73)和在風(fēng)能設(shè)備(1－5)上的下調(diào)節(jié)器(184)，該上調(diào)節(jié)器被構(gòu)造用于為了調(diào)節(jié)輸送到輸電網(wǎng)(69)中的功率的全局功率系數(shù)而確定額定電壓(Usoll)并且作為信號(hào)通過(guò)通信線路(74)輸出，而下調(diào)節(jié)器分別被構(gòu)造用于根據(jù)用于額定電壓的信號(hào)計(jì)算出局部無(wú)功功率額定值，檢測(cè)風(fēng)能設(shè)備(1－5)的實(shí)際輸出的電壓并且在與額定電壓(Usoll)比較之后校正該局部無(wú)功功率額定值。本發(fā)明還涉及一種使這種風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的方法。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101091057SQ200580033147
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者J·福特曼, H·-H·勒塔斯 申請(qǐng)人:再生動(dòng)力系統(tǒng)股份公司