DE10119624A1 - Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer WindenergieanlageInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage mit einem von einem Rotor antreibbaren elektrischen Generator zum Abgeben elektrischer Leistung an einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein elektrisches Netz. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner eine Windenergieanlage mit einem Rotor und einem mit dem Rotor gekoppelten Generator zum Abgeben elektrischer Leistung an einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein elektrisches Netz. DOLLAR A Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Steuerung für eine oder mehrere Windenergieanlagen anzugeben, welche Schwankungen im Netz weitestmöglich entgegenwirkt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage mit einem von einem Rotor antreibbaren elektrischen Generator zum Abgeben elektrischer Leistung an einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein elektrisches Netz, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Generator an den Verbraucher abgegebene Leistungen in Abhängigkeit von einem an dem Verbraucher abgebenen Strom geregelt wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergie
anlage mit einem von einem Rotor antreibbaren elektrischen Generator zum Abge
ben elektrischer Leistung an einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein
elektrisches Netz.
Die Erfindung betrifft ferner eine Windenergieanlage mit einem Rotor und einem mit
dem Rotor gekoppelten elektrischen Generator zum Abgeben elektrischer Leistung
an einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein elektrisches Netz.
Bei den bekannten Windenergieanlagen zum Erzeugen elektrischer Energie aus
Wind wird der Generator mit dem elektrischen Verbraucher, häufig einem elek
trischen Netz, im Parallelbetrieb betrieben. D. h., so lange Wind mit einer ausrei
chenden Geschwindigkeit weht, wird die Windenergieanlage elektrische Leistung
erzeugen und in das Netz einspeisen.
Kommt es jedoch im Netz zu einer Störung, z. B. infolge eines Kurzschlusses im
Netz, werden die Windenergieanlagen von dem Netz getrennt und erst nach dem
Wiederherstellen normaler Betriebsbedingungen an das Netz angeschaltet.
Dadurch ist ein Stützen des Netzes, insbesondere bei großen Spannungs- bzw.
Leistungsbedarfs-Schwankungen nicht mehr möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Steuerung für eine oder
mehrere Windenergieanlagen anzugeben, welche Schwankungen im Netz weitest
möglich entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird gemäß einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass die von dem Generator an den Verbraucher abgegebene Leistung in
Abhängigkeit von einem an den Verbraucher abgegebenen Strom geregelt wird.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe gelöst durch
eine Regelungseinrichtung mit einem Stromaufnehmer zum Aufnehmen eines an
den Verbraucher abgegebenen elektrischen Stromes, so dass die von dem Genera
tor an den Verbraucher abgegebene Leistungen in Abhängigkeit von dem von dem
Stromaufnehmer aufgenommenen Strom regelbar ist.
Auf diese Weise kann bei schwankenden Leistungsanforderungen aus dem Netz die
benötigte Leistung erzeugt und eingespeist werden.
Um im Falle eines Kurzschlusses im Netz eine Überlastung von Teilen der Wind
energieanlage und/oder des Netzes zu vermeiden, wird die Windenergieanlage
derart gesteuert, daß der an das Netz abgegebene Strom einen vorgegebenen Wert
nicht überschreitet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Höhe
dieses maximal abgebbaren Stromes für jede Phase des Netzes überwacht, um
einerseits das Netz so weit wie möglich stützen zu können, ohne andererseits
Komponenten der Gefahr einer Schädigung auszusetzen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren näher
beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine in ein Netz einspeisende Windenergieanlage in einer vereinfach
ten Darstellung;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung zum Betreiben einer
Windenergieanlage; und
Fig. 3 ein Blockschaltbild wesentlicher Bestandteile der Steuerungs- und
Regelungsanordnung.
Eine in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Windenergieanlage 2 mit einem Rotor 4 ist
mit einem elektrischen Netz 6 verbunden, das beispielsweise ein öffentliches Netz
sein kann. An das Netz sind mehrere elektrische Verbraucher 8 angeschlossen. Der
in Fig. 1 nicht dargestellte elektrische Generator der Windenergieanlage 2 ist mit
einer elektrischen Steuerungs- und Regelungs-Anordnung 10 gekoppelt, die den in
dem Generator erzeugten Wecheselstrom zunächst gleichrichtet und anschließend
in einen Wechselstrom mit einer der Netzfrequenz entsprechenden Frequenz
umwandelt. Anstelle eines Netzes 6 könnte auch ein einzelner Verbraucher von der
Windenergieanlage 2 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Steuerungs- und
Regelungsanordnung 10 weist eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung auf.
Fig. 2 veranschaulicht die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung. Der verein
facht dargestellte Rotor 4 ist mit einem Generator 12 gekoppelt, der eine elek
trische Leistung bereitstellt, die von der Windgeschwindigkeit und somit der
Windleistung abhängt. Der in dem Generator 12 erzeugte Wechselstrom wird
zunächst gleichgerichtet und anschließend in einen Wechselstrom umgewandelt,
der eine der Netzfrequenz entsprechende Frequenz aufweist.
Mit Hilfe eines Stromaufnehmers (nicht dargestellt) wird der in das Netz 6 (Fig. 1)
eingespeiste Strom ermittelt. Dabei wird der Strom mit einem vorgegebenen Wert
I(max) verglichen.
Überschreitet nun der in das Netz 6 eingespeiste Strom den vorgegebenen Maxi
malwert I(max), wird durch die Regelungseinrichtung die von der gesamten Wind
energieanlage (und/oder deren Generator) erzeugte Leistung so eingestellt, dass der
eingespeiste Strom den vorgegebenen Grenzwert I(max) nicht überschreitet. Bei
einem Kurzschluss kann dies beispielsweise dadurch geschehen, dass die Wind
energieanlage einen deutlich geringeren Strom als zuvor in das Netz einspeist, die
damit nicht ins Netz eingespeiste Leistung aber anderweitig außerhalb des Netzes
einsetzt, beispielsweise für einen Dumpload (Widerstand) oder die Einspeisung der
nicht in das Netz abgegebenen Leistung in Kondensatoren oder andere Zwischen
speicher. Sobald das Netz dann wieder vollständig zur Verfügung steht, kann die
gespeicherte Energie auch ins Netz wieder abgegeben werden.
Auf diese Weise kann selbst bei einem Kurzschluss im Netz die Windenergieanlage
weiterhin Leistung an das Netz abgeben und das Netz stützen, ohne dass in Folge
des Kurzschlusses der Strom den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Fig. 3 zeigt Bestandteile der Steuerungs- und Regelungsanordnung 10 in Fig. 1.
Die Steuerungs- und Regelungsanordnung 10 weist einen Gleichrichter 16 auf, in
dem der von dem Generator erzeugte Wechselstrom gleichgerichtet wird. Ein mit
dem Gleichrichter 16 verbundener Wechselrichter 18 wandelt den Gleichstrom
wiederum in einem Wechselstrom um, der eine der Netzfrequenz entsprechende
Frequzenz aufweist. Dieser Strom wird über drei Phasen L1, L2 und L3 in das Netz
6 eingespeist. Der Wechselrichter 18 wird mit Hilfe eines Mikrocomputers 20, der
Teil der Regelungseinrichtung ist, gesteuert. Dazu ist der Mikroprozessor 20 mit
dem Wechselrichter 18 gekoppelt. Als Eingangsgrößen für die Regelung des
Stromes, mit dem die von der Windenergieanlage 2 zur Verfügung gestellte elek
trische Leistung in das Netz 6 eingespeist wird, sind der aktuelle Strom, die Netz
frequenz, die elektrische Leistung P des Generators, der Leistungsfaktor cos q
sowie der Leistungsgradient dP/dt vorgesehen. In dem Mikroprozessor 20 wird die
erfindungsgemäße Regelung des einzuspeisenden Stromes verwirklicht. Dabei wird
der Strom auf jeder der Phasen L1, L2 und L3 separat erfasst und mit seinem
Betrag in der erfindungsgemäßen Regelung berücksichtigt.
Steigt nunmehr der gemessene Strom(betrag) I (ist) einer Phase über einen vor
bestimmten Maximalwert an, wird der Wechselrichter 18 so gesteuert, dass der
Strom(betrag) unterhalb des vorgegebenen Maximalstroms I (max) sinkt und die
dann erzeugte elektrische Energie der Windenergie, die aufgrund der Strombegren
zung nicht ins Netz eingespeist wird, wird anderweitig verwendet, beispielsweise
über einen Widerstand (Dumpload) gegeben oder in einem Zwischenspeicher (z. B.
Kondensator, Capstan) gespeichert.
Claims (8)
1. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage mit einem von einem
Rotor antreibbaren elektrischen Generator zum Abgeben elektrischer Leistung an
einen elektrischen Verbraucher, insbesondere ein elektrisches Netz, dadurch
gekennzeichnet, dass die von dem Generator (12) an den Verbraucher (6) abgege
bene Leistungen in Abhängigkeit von einem an dem Verbraucher (6) abgebenen
Strom geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strom ein Wechselstrom mit einer vorgebbaren
Frequenz ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Frequenz im wesentlichen der
Netzfrequenz entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der abgegebene Strom einen vorgebbaren Wert nicht
überschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die bei mehrphasigen Systemen abgegebenen
Ströme jeder Phase den vorgebbaren Wert nicht überschreiten.
6. Windenergieanlage, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der
vorstehenden Ansprüche, mit einem Rotor und einem mit dem Rotor gekoppelten
elektrischen Generator zum Abgeben elektrischer Leistungen an ein elektrisches
Netz, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung mit einem Stromaufnehmer
zum Aufnehmen des an ein Netz (6) abgegebenen elektrischen Stromes, so dass
die von dem Generator an das Netz (6) abgegebene Leistung in Abhängigkeit von
dem durch den Stromaufnehmer aufgenommenen Strom regelbar ist.
7. Windenergieanlage nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung einen Mikroprozessor (20)
aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Generator (12) an den Verbraucher
abgegebene Leistung in Abhängigkeit von dem Betrag des an den Verbraucher
abgegebenen Stroms geregelt wird.
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