DE10019362A1 - Pulsed converter operation method for energy conversion in wind power plants, involves calculating effective power conducted to network, and forming feedback from one or more converters. - Google Patents
Pulsed converter operation method for energy conversion in wind power plants, involves calculating effective power conducted to network, and forming feedback from one or more converters.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Verfahren für einen oder mehre re parallele Puls-Stromrichter (1) mit Spannungs-Zwischenkreis (2) gemäß Fig. 1, wobei alle Generatortypen verwendet werden können. Ersatzweise dargestellt ist ein Synchrongenerator mit gesteuerter Erregung. Das Verfahren gilt für beliebige Anzahl von Generator- oder Netzphasen.The invention relates to the use of methods for one or more re parallel pulse power converter ( 1 ) with voltage intermediate circuit ( 2 ) according to FIG. 1, wherein all types of generator can be used. A synchronous generator with controlled excitation is shown as an alternative. The procedure applies to any number of generator or grid phases.
Bekanntermaßen wird die Leistung von Windkraftgeneratoren dadurch geregelt, daß im Wechselrichter der Generatorseite (4) die Leistung beeinflußenden Parameter über eine fest eingestellte Kennlinie in Abhängigkeit der Drehzahl verändert werden, oder daß bei Betrieb ohne Wechselrichter mit zunehmender Drehzahl die Einstel lung der Rotorblätter oder eine entsprechende Kennlinie der Rotorblätter zu einer Begrenzung der Leistung führen, oder daß der Stromrichter eine läuferseitige Re gelung ausführt. Der netzseitige Wechselrichter (5) hat prinzipiell die Aufgabe die Energie aus dem Zwischenkreis in das Netz einzuspeisen.As is known, the power of wind power generators is regulated in that the parameters influencing the power are changed in the inverter on the generator side ( 4 ) via a fixed characteristic curve as a function of the speed, or that when operating without an inverter, the setting of the rotor blades or a corresponding one increases with increasing speed Characteristic curve of the rotor blades lead to a limitation of the power, or that the converter carries out a rotor-side control. The main task of the grid-side inverter ( 5 ) is to feed the energy from the intermediate circuit into the grid.
Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß die Leistungskennlinie der Windturbine stark von Toleranzen der elektrischen Maschinen oder von Verlusten abhängig ist, und somit die zum Netz gelieferte Wirkleistung nur ungenau einstellbar ist, und zumindest kurzzeitige Überleistung nicht verhindert werden kann. Weiter hin bewirkt die zunehmende Erhöhung der Einspeisung von Wirkleistung, insbeson dere bei schwachen Netzknoten, eine Erhöhung der Netzspannung.The known methods have the disadvantage that the performance characteristic of Wind turbine heavily from electrical machine tolerances or losses is dependent, and thus the active power supplied to the network can only be set imprecisely is, and at least short-term over-performance cannot be prevented. Next towards the increasing increase in the feed of active power, in particular in the case of weak network nodes, an increase in the network voltage.
Bekannt ist, daß sich der Winkel zwischen Strom und Spannung am Ausgang eines Pulsstromrichters derart einstellen läßt, daß eine gewünschte Blindleistung erzeugt werden kann, wie zum Beispiel bereits 1974 in "Elektrische Bahnen, DK621.33.025.3 /621337.077.65 beschrieben auf Seite 138", und sich somit die Gesamtspannung bestehend aus Wirk- und Blindanteil reduziert. Stand der Technik ist weiterhin, daß zur Regelung der Ausgangsspannung an Stromaggregaten die vom Generator auf genommene Leistung variiert wird, was zum Beispiel bei einer Fahrzeug-Lichtmaschine durch variable Erregung erfolgt. Bei einem Windkraftwerk wird durch derarti ge Regelung die maximale Abgabeleistung des Windkraftwerkes unnötig limitiert.It is known that the angle between current and voltage at the output of a Pulse converter can be set so that a desired reactive power is generated can be, as for example already in 1974 in "Electrical railways, DK621.33.025.3 /621337.077.65 described on page 138 ", and thus the total voltage consisting of active and reactive components reduced. State of the art is also that to regulate the output voltage on generator sets from the generator power consumed is varied, for example in a vehicle alternator done by variable excitation. In a wind power plant, suchi ge regulation unnecessarily limits the maximum output of the wind power plant.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Verfahren vermeidet diese Nachteile da durch, daß die Generator-Wirkleistung variiert wird, in dem die dem Netz zugeführte Wirkleistung gemessen und zur Regelung oder Korrektur der Generator-Wirklei stung beiträgt. Die Kenngrößen zur Bestimmung der Wirkleistung und der daraus entstehende Stell- oder Korrekturwert (10) werden zwischen netzseitigem Ausgang des Stromrichters (6) und dem Netzknoten (7) durch Messung von Strom (8) und Spannung (9) ermittelt. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit der tatsächlichen Netz- Wirkleistung, gegenüber Verfahren, die auf der Generatorseite mit Drehmonent- Sollwerten in Abhängigkeit der Drehzahl, eine Steuerung der Generatorleistung ausführen.The method on which the invention is based avoids these disadvantages by virtue of the fact that the active generator power is varied by measuring the active power supplied to the network and contributing to the regulation or correction of the generator efficiency. The parameters for determining the active power and the resulting manipulated or correction value ( 10 ) are determined between the network-side output of the converter ( 6 ) and the network node ( 7 ) by measuring current ( 8 ) and voltage ( 9 ). This increases the accuracy of the actual active network power compared to methods that control the generator power on the generator side with torque setpoints as a function of the speed.
Vorzugsweise erfolgt die Berechnung des Kennwertes zur Korrektur der Generator- Wirkleistung innerhalb des Controllers für den Netzwechselrichter, da diesem be reits Spannungs- und Stromwerte vorliegen.The characteristic value is preferably calculated to correct the generator Active power within the controller for the grid inverter, since this be Voltage and current values are already available.
Wahlweise kann die Berechnung der Wirkleistung auch durch Messung und Rech nung auf der Generatorseite erfolgen, jedoch muß dann ein zusätzlicher Korrektur wert für die Verlustleistung im Wechselrichter, in den Drosseln und Filtern, oder für im Zwischenkreis abgenommene Leistung eingerechnet werden, um auf die Netzlei stung zu schließen, und für den Generator ein Steuersignal zu generieren, das eine Nachführung der Wirkleistung ermöglicht. Als Variante wird der Stellwert auch da durch ermittelt, daß der gemessene Strom mit den internen Werten der Spannungs- Aussteuerung des Wechselrichters verrechnet wird.Alternatively, the calculation of the active power can also be carried out by measurement and calculation voltage on the generator side, but then an additional correction must be made value for the power loss in the inverter, in the chokes and filters, or for Power taken off in the DC link can be included in order to the network to close and generate a control signal for the generator, the one Real power tracking enabled. As a variant, the manipulated variable is also there determined by that the measured current with the internal values of the voltage Control of the inverter is charged.
Vorzugsweise wird der berechnete Leistungs-Kennwert derart verwendet, daß eine Korrektur der Generatorleistung erst erfolgt, wenn ein Betrieb im Bereich der Nenn leistung stattfindet, jedoch kann aber auch z. B. durch Vergleich mit einer hinterlegten Leistungs-Soll-Kennlinie, oder durch eine externe Vorgabe, eine Regelung auf eine gewünschte Kennlinie erfolgen. The calculated power characteristic value is preferably used in such a way that a Correction of the generator power only takes place when operation in the nominal range performance takes place, but also z. B. by comparison with a deposited Performance-target characteristic curve, or by an external specification, a regulation on a desired characteristic.
Eine weitere Variante zur Stabilisierung der Generatorleistung besteht bei Syn chronmaschinen derart, daß bei Betrieb mit Pulsstromrichter die Möglichkeit vorhan den ist, daß die Stator Klemmenspannung durch Steuerung des Erregerstromes auf einen möglichst konstanten Wert knapp unterhalb der Zwischenkreispannung gere gelt wird, insbesondere bei Nennleistung. Erfindungsgemäß wird die gemessene Klemmenspannung nach Soll-Istvergleich verwendet um den Erregerstrom nachzu stellen. Eine Ausgestaltung und ganz erhebliche Verbesserung dieses Verfahrens besteht darin nicht die gemessene Generator-Klemmenspannung zu verwenden, sondern die im Stromrichter vorhandene Variable der Aussteuerung für die Span nung, oder eine andere Größe die mit der Ausgabespannung gekoppelt ist, als Kor rektur- oder Stellwert für den Erregerstrom zu verwenden, wodurch eine aufwendige Meßschaltung entfällt.Another variant for stabilizing the generator power is available from Syn Chron machines in such a way that the possibility exists when operating with a pulse converter is that the stator terminal voltage by controlling the excitation current a value as constant as possible just below the DC link voltage applies, especially at nominal power. According to the measured Terminal voltage after target / actual comparison used to readjust the excitation current put. A design and very substantial improvement of this process is not to use the measured generator terminal voltage, but the variable of the modulation for the chip present in the converter voltage, or another variable that is coupled to the output voltage, as Cor rectification or control value to use for the excitation current, which makes a complex Measuring circuit is omitted.
Eine weitere Ergänzung um möglichst konstant hohe Leistung zum Netz liefern zu können, ohne daß ein zu großer Anstieg der Netzspannung entsteht, besteht darin, daß die Höhe der netzseitigen Spannung durch Variation der Phasenwinkel zwi schen Strom und Spannung beeinflußt werden kann. Das Verfahren gemäß Erfin dung besitzt eine Regelung oder Nachstellung des Phasenwinkels in Abhängigkeit der Höhe der Netzspannung (gemäß Fig. 2), und somit wird Blindleistung in Abhän gigkeit der Spannungshöhe erzeugt.A further addition in order to be able to deliver the highest possible power to the network without causing an excessive increase in the network voltage is that the level of the network-side voltage can be influenced by varying the phase angle between the current and voltage. The method according to the inven tion has a control or readjustment of the phase angle depending on the level of the mains voltage (according to FIG. 2), and thus reactive power is generated as a function of the voltage level.
Generell besitzt das Verfahren einen Parameter für einen Spannungs-Kennwert bei dem keine oder nur eine kleine Blindleistung erzeugt wird (11) und der in der Regel unterhalb der Nennspannung (12) liegt. Mit zunehmender Spannung erhöht sich der zulässige Wert für die Blindleistung, wodurch der cos-phi kleiner wird. Vorzugs weise wird bei einer Spannung in Nähe des Nennwertes (12) die maximal mögliche Blindleistung geliefert (13).In general, the method has a parameter for a voltage characteristic with which no or only a small reactive power is generated ( 11 ) and which is generally below the nominal voltage ( 12 ). With increasing voltage, the permissible value for reactive power increases, making the cos-phi smaller. Preferably, the maximum possible reactive power is supplied for a voltage close to the nominal value ( 12 ) ( 13 ).
Da je nach Netzverhältnissen eine erhebliche Zunahme der Blindleistung erforder lich sein kann um die gewünschte Spannung zu stabilisieren, wird gemäß Erfindung eine Begrenzung (14) eingeführt, die verhindert, daß bei Nenn-Wirkleistung der Ge samtstrom den stromrichter-typischen zulässigen Nennwert übersteigt. Als Parame ter können alle Größen verwendet werden, die eine Verbindung zur Leistung aufweisen, wie zum Beispiel der Wert des Gesamtstroms, des Wirkstromes, des Blind stromes oder der Scheinleistung, Wirkleistung oder Blindleistung. Als Variante be steht auch die Möglichkeit, daß ab der Stromgrenze des Stromrichters, die Wirklei stung reduziert wird um die Spannung konstant zu halten.Since, depending on the grid conditions, a considerable increase in reactive power may be required to stabilize the desired voltage, a limitation ( 14 ) is introduced according to the invention, which prevents the total current at nominal active power from exceeding the converter-typical permissible nominal value. All parameters that have a connection to the power, such as the value of the total current, the active current, the reactive current or the apparent power, active power or reactive power, can be used as parameters. As a variant there is also the possibility that from the current limit of the converter, the Wirklei power is reduced to keep the voltage constant.
Somit entsteht der Vorteil, daß je nach Höhe der Blindleistung, eine Konstanthaltung der Netzspannung oder ein abgeflachter Anstieg gewählt werden kann.This creates the advantage that, depending on the amount of reactive power, constant maintenance the mains voltage or a flattened rise can be selected.
Soll die Netzspannung auf einen möglichst kleinen Bereich geregelt werden (durch Blindstromeinspeisung) kann auch ein P oder PI-Regler oder eine ähnliche Struktur, die erforderliche Blindleistung einstellen, durch Soll-Istvergleich der Netzspannung. Als Variante kann die Phasenverschiebung auch mittels eines Steuersignals vorge geben werden das die Generatorleistung spiegelt, oder durch eine Korrektur mittels überlagerter Steuerung erfolgen.Should the mains voltage be regulated to the smallest possible area (by Reactive current feed) can also be a P or PI controller or a similar structure, set the required reactive power by comparing the target and actual mains voltage. As a variant, the phase shift can also be provided by means of a control signal be given that reflects the generator power, or by a correction using overlaid control.
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