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Patent Searching and Data


Title:
GRID DETECTION MODULE FOR A WIND TURBINE, AND METHOD FOR DETERMINING THE GRID FREQUENCY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/110276
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining the grid frequency, in which a voltage curve (U1) of a first phase (281) of the grid (16) and a voltage curve (U2) of a second phase (282) of the grid (16) are measured. A linear combination (UXi) is formed from the voltage curve (U1) of the first phase (281) and the voltage curve (U2) of the second phase (282). The time interval between a first voltage value of the linear combination (UXi) and a second voltage value of the linear combination (UXi) is determined. The invention also relates to a grid detection module which is suitable for carrying out the method. By virtue of the invention, it is possible to determine the grid frequency with shorter cycles and/or with increased accuracy.

Inventors:
LETAS HEINZ-HERMANN (DE)
GÄTJENS JÖRG (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/050048
Publication Date:
July 30, 2015
Filing Date:
January 05, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SENVION SE (DE)
International Classes:
G01R23/02; F03D11/00
Foreign References:
US4363099A1982-12-07
DE3139136A11983-04-14
Other References:
KUSLJEVIC M D ET AL: "Frequency Estimation of Three-Phase Power System Using Weighted-Least-Square Algorithm and Adaptive FIR Filtering", IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 59, no. 2, 1 February 2010 (2010-02-01), pages 322 - 329, XP011295798, ISSN: 0018-9456
Attorney, Agent or Firm:
GLAWE DELFS MOLL Partnerschaft mbB von Patent- und Rechtsanwälten (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Ermitteln der Netzfrequenz mit folgenden Schritten :

a. Messen eines ersten Spannungsverlaufs (Ul) des Netzes (16) ;

b. Messen eines zweiten Spannungsverlaufs (U2) des Netzes (16) ;

c. Bilden einer Linearkombination (UXi) aus dem ersten Spannungsverlauf (Ul) und dem zweiten Span¬ nungsverlauf (U2);

d. Ermitteln des zeitlichen Abstands zwischen einem ersten Spannungswert der Linearkombination (UXi) und einem zweiten Spannungswert der Linearkombi¬ nation (UXi) .

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel zwischen dem ersten Spannungs wert und dem zweiten Spannungswert nicht größer ist als 360°.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannungswert und/oder der zweite Spannungswert ein Nulldurchgang ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Linearkombination (UXi) der zeitliche Abstand zweimal pro Periode ermittelt wird .

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungswerten des ersten Spannungsverlaufs (Ul) und/oder zwischen zwei Spannungswerten des zweiten Spannungsverlaufs (U2) ermittelt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als sechsmal pro Periode der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungswerten ermit¬ telt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel zwischen zwei Ermittlungen des zeitlichen Abstands nicht größer ist als 30°, vorzugsweise nicht größer ist als 15°.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand mehrfach ermittelt wird, so dass über eine Periode des Span¬ nungsverlaufs (Ul, U2) betrachtet der Phasenwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ermittlungen nicht größer ist als 30°, vorzugsweise nicht größer ist als 15° .

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearkombination die Diffe renz aus dem Spannungsverlauf (U2) der zweiten Phase

(282) und dem Spannungsverlauf (Ul) der ersten Phase

(281) ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Linearkombina¬ tionen (UXi) aus dem Spannungsverlauf (Ul) der ersten Phase (281) und dem Spannungsverlauf (U2) der zweiten Phase (282) gebildet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand anhand un gefilterter Messwerte des Spannungsverlaufs (Ul, U2) ermittelt wird.

Netzerfassungsmodul mit einem Spannungssensor (29) zum Messen eines ersten Spannungsverlaufs (Ul) des Netzes

(16) und zum Messen eines zweiten Spannungsverlaufs

(U2) des Netzes (16), wobei das Netzerfassungsmodul ferner umfasst ein Rechenmodul (30), das dazu ausge¬ legt ist, eine Linearkombination (UXi) aus dem ersten Spannungsverlauf (Ul) und dem zweiten Spannungsverlauf

(U2) zu bilden, und ein Auswertemodul (31), das dazu ausgelegt ist, den zeitlichen Abstand zwischen einem ersten Spannungswert der Linearkombination (UXi) und einem zweiten Spannungswert der Linearkombination

(UXi) zu ermitteln.

Netzerfassungsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Spannungswert und/oder der zweiten Spannungswert Nulldurchgänge der Linearkombi nation (UXi) sind. 14. Windenergieanlage mit einem Rotor und einem durch den Rotor (21) angetriebenen Generator (23), wobei die Windenergieanlage dazu ausgelegt ist, mit dem Genera¬ tor (23) erzeugte elektrische Energie in ein Netz (16) einzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wind- energieanlage ein Netzerfassungsmodul nach Anspruch 12 oder 13 umfasst.

Description:
Netzerfassungsmodul für eine Windenergieanlage und Verfahren zum Ermitteln der Netzfrequenz

Die Erfindung betrifft ein Netzerfassungsmodul für eine Windenergieanlage und ein Verfahren zum Ermitteln der Netz- frequenz.

Wenn eine Windenergieanlage elektrische Energie in ein Netz einspeist, erfolgt die Einspeisung synchron zu der Netzfre ¬ quenz. Für den Betrieb einer Windenergieanlage ist es folg- lieh erforderlich, dass die Netzfrequenz ermittelt wird. Um den steigenden Anforderungen genügen zu können, die an die Netzverträglichkeit von Windenergieanlagen gestellt werden, ist es wünschenswert, die Netzfrequenz mit kürzerer Taktung bzw. mit erhöhter Genauigkeit zu messen.

Bei heutigen Frequenzmessungen ist es üblich, die Frequenz anhand des zeitlichen Abstands zwischen zwei Nulldurchgängen des Spannungsverlaufs einer Phase zu ermitteln. Bei ei ¬ ner Netzfrequenz von 50 Hz ergibt sich alle 20 ms ein Mess- wert, wenn man einen Nulldurchgang pro Periode für die Ermittlung der Netzfrequenz nutzt, bzw. ergibt sich alle 10 ms ein Messwert, wenn man zwei Nulldurchgänge pro Periode für die Ermittlung der Netzfrequenz nutzt. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Messwerten wird verkürzt, wenn man die Nulldurchgänge nicht nur bei einer Phase, sondern bei einer Mehrzahl von Phasen für die Ermittlung der Netzfrequenz nutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein Netzerfassungsmodul für eine Windenergieanlage vor ¬ zustellen, mit denen die Netzfrequenz mit verbesserter Qualität gemessen werden kann. Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik wird die Aufgabe gelöst mit den Merk ¬ malen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungs- formen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Spannungsverlauf des Netzes gemessen, und es wird ein zweiter Spannungsverlauf des Netzes gemessen. Es wird eine Linear ¬ kombination aus dem ersten Spannungsverlauf und dem zweiten Spannungsverlauf gebildet. Es wird ein zeitlicher Abstand zwischen einem ersten Spannungswert der Linearkombination und einem zweiten Spannungswert der Linearkombination ermittelt. Ist der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungs ¬ werten (beispielsweise den Nulldurchgängen) bekannt, kann leicht auf die Periode der Schwingung und damit auf die Frequenz der Schwingung geschlossen werden. Der zeitliche Abstand ist eine andere Darstellungsform der Frequenz. Bei Bedarf kann die Frequenz als Kehrwert der Periode explizit ermittelt werden. Die Ermittlung des zeitlichen Abstands entspricht im Sinne der Erfindung der Ermittlung eines Messwerts für die Netzfrequenz.

Da die Netzfrequenz in allen Phasen des Netzes identisch ist, ergibt sich aus der Linearkombination der sinusförmigen Schwingung zweier Spannungsverläufe erneut eine sinus ¬ förmige Schwingung. Die Frequenz der Linearkombination ist identisch zu der Frequenz in den einzelnen Phasen, wobei der Spannungsverlauf um einen festen Phasenwinkel verscho ¬ ben ist. Genau wie bei einem direkt gemessenen Spannungs ¬ verlauf lässt sich also aus dem zeitlichen Abstand zweier Spannungswerte der Linearkombination auf die Frequenz der Schwingung schließen.

Für das Messen des Spannungsverlaufs gibt es verschiedene Möglichkeiten, die im Sinne der Erfindung gleichwertig sind. So kann der Spannungsverlauf zwischen einer der Pha- sen des Netzes und dem Sternpunkt gemessen werden. Alterna ¬ tiv kann der Spannungsverlauf zwischen einer der Phasen des Netzes und dem Erdpotential gemessen werden. Möglich ist auch, einen Spannungsverlauf zwischen zwei Phasen des Net ¬ zes zu messen.

Die Erfindung hat erkannt, dass sich Vorteile ergeben, wenn die Netzfrequenz anhand einer solchen Linearkombination ermittelt wird. Erstens kann durch Mittelung über mehrere Messungen die Netzfrequenz mit erhöhter Genauigkeit be- stimmt werden. Zweitens wird es möglich, die Netzfrequenz zu beliebigen Zeitpunkten zu ermitteln. Der Abstand zwischen zwei Zeitpunkten, zu denen die Netzfrequenz bestimmt wird, ist also nicht mehr dadurch vorgegeben, dass in dem gemessenen Spannungsverlauf vorgegebene Spannungswerte auf- treten. Außerdem kann die Linearkombination für eine Plau- sibilitätsprüfung genutzt werden, beispielsweise um einen Phasensprung zu erkennen.

Ist die Amplitude bekannt, kann grundsätzlich anhand belie- biger Spannungswerte innerhalb einer Periode einer sinus ¬ förmigen Schwingung auf die Periodendauer und damit auf die Frequenz geschlossen werden. Es gibt also keine prinzipielle Einschränkung, zwischen welchen Spannungswerten der zeitliche Abstand ermittelt wird, um auf die Frequenz zu schließen .

Ist der Phasenwinkel zwischen den beiden Spannungswerten nicht größer als 360°, so ist sichergestellt, dass beide Spannungswerte innerhalb derselben Periode der Schwingung aufgenommen werden. Bei einem größeren Phasenwinkel zwischen den beiden Spannungswerten ist eine Umrechnung auf die einzelne Periode erforderlich. Vorzugsweise liegen beide Spannungswerte, zwischen denen der zeitliche Abstand bestimmt wird, innerhalb einer Periode der Schwingung. Der zeitliche Abstand kann zweimal pro Periode ermittelt wer ¬ den . Für die Ermittlung der Periode der Schwingung und damit der Frequenz ist es von Vorteil, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungswerten ermittelt wird, zwischen denen eine halbe Periode oder ein Vielfaches einer halben Pe ¬ riode liegt. Nach einer halben Periode ist der Betrag des Spannungswerts gleich und nur das Vorzeichen oder die Stei ¬ gung können entgegengesetzt sein. Die Netzfrequenz ist dann ohne weitere Umrechnung oder Skalierung zugänglich.

Weiter vereinfacht wird die Ermittlung der Netzfrequenz, wenn es sich bei den Spannungswerten, zwischen denen der zeitliche Abstand ermittelt wird, um Nulldurchgänge der Li nearkombination handelt. Es ist dann nicht erforderlich, die Amplitude der Schwingung zu berücksichtigen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Ermittlung der Netzfrequenz anhand der Linearkombination zusätzlich vorgenommen zu einer klassischen Ermittlung der Netzfrequenz, die direkt auf einem gemessenen Spannungsverlauf beruht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also zusätzlich der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungswerten des ersten Spannungsverlaufs und/oder zwi- sehen zwei Spannungswerten des zweiten Spannungsverlaufs ermittelt werden.

Regelmäßig umfasst das Netz, in das die Windenergieanlage elektrische Energie einspeist, drei Phasen, deren Phasen- winkel jeweils um 120° verschoben sind. Das erfindungsge ¬ mäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass drei Spannungsverläufe gemessen werden, deren Phasenwinkel je ¬ weils um 120° verschoben sind. Wird für alle drei Span ¬ nungsverläufe mit jedem Nulldurchgang ein Wert für die Netzfrequenz ermittelt, so ergeben sich sechs über die Periode gleichverteilte Werte für die Netzfrequenz. In Pha ¬ senwinkeln ausgedrückt liegt alle 60° ein neuer Messwert für die Netzfrequenz vor. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz entspricht dies sechs Messwerten in 20 ms, also einem zeit- liehen Abstand von 3,33 ms zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerten. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mehr als sechsmal pro Pe ¬ riode der Schwingung ein Messwert für die Netzfrequenz ermittelt. Der Phasenwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgen- den Messwerten für die Netzfrequenz kann über die gesamte Periode der Schwingung betrachtet jeweils kleiner sein als 60°, vorzugsweise kleiner als 30°, weiter vorzugsweise kleiner als 15°. Dazu wird bei einer geeigneten Mehrzahl von Linearkombinationen und/oder Mehrzahl von gemessenen Spannungsverläufen der zeitliche Abstand zwischen zwei

Spannungswerten ermittelt. Der zeitliche Abstand bezieht sich vorzugsweise jeweils auf zwei Spannungswerte desselben Spannungsverlaufs bzw. derselben Linearkombination. Die Linearkombination der Spannungsverläufe wird in einer bevorzugten Ausführungsform so gewählt, dass der Nulldurchgang der Linearkombination einen Phasenwinkel von 30° mit einem der gemessenen Spannungsverläufe einschließt. Der zeitliche Abstand zu dem vorangegangen Messwert für die Netzfrequenz wird dann halbiert. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz kann man also alle 1,67 ms einen Messwert erhalten. Erreicht werden kann der Phasenwinkel von 30°, in dem die Linearkombination als Differenz aus dem ersten gemessenen Spannungsverlauf und dem zweiten gemessenen Spannungsverlauf gebildet wird, wenn der erste Spannungsverlauf und der zweite Spannungsverlauf einen Phasenwinkel von 120° zwi ¬ schen sich einschließen. Die Linearkombination schließt dann mit dem ersten gemessenen Spannungsverlauf einen Phasenwinkel von 30° und mit dem zweiten gemessenen Spannungs ¬ verlauf einen Phasenwinkel von 150° ein.

Bildet man aus jedem benachbarten der gemessenen Spannungs- Verläufe eine Linearkombination, so ergeben sich drei Linearkombinationen, die um jeweils 120° zueinander versetzt sind. Wird bei jedem Nulldurchgang eines der gemessenen Spannungsverläufe oder einer der Linearkombinationen ein Messwert für die Netzfrequenz ermittelt, so ergeben sich zwölf Messwerte, die über die Periode gleichverteilt sind. Der Phasenwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerten beträgt 30°, der zeitliche Abstand bei einer Netz ¬ frequenz von 50 Hz beträgt 1,67 ms. Der Begriff Linearkombination bezeichnet die Summe aus einem ersten gemessenen Spannungsverlauf und einem zweiten gemessenen Spannungsverlauf, wobei beide Spannungsverläufe mit einem konstanten Faktor ungleich 0 multipliziert sind. Beispielsweise kann der erste Spannungsverlauf mit dem Fak ¬ tor 1 und der zweite Spannungsverlauf mit einem Faktor zwi ¬ schen -1 und 1 multipliziert werden. In dem Beispiel, in dem die Linearkombination die einfache Differenz aus zwei gemessenen Spannungsverläufen ist, wird der erste Spannungsverlauf mit dem Faktor 1 und der zweite Spannungsverlauf mit dem Faktor -1 multipliziert.

Durch Auswahl geeigneter Linearkombinationen kann der Pha- senwinkel bzw. der zeitliche Abstand zwischen zwei aufei ¬ nanderfolgenden Messungen der Netzfrequenz weiter verringert werden. Die Linearkombinationen können so gewählt werden, dass der 60 ° -Phasenwinkel , der sich durch direkte Aus ¬ wertung von drei Spannungsverläufen, die einen Phasenwinkel von jeweils 120° miteinander einschließen, erreichen lässt, in mehr als zwei Teilwinkel unterteilt wird. Die Teilwinkel können gleich oder unterschiedlich sein.

Bezeichnet man die zeitabhängige Spannung eines ersten Spannungsverlaufs mit Ul (t) , die zeitabhängige Spannung ei ¬ nes zweiten Spannungsverlaufs, der zu dem ersten Spannungs ¬ verlauf um einen Phasenwinkel von 120° verschoben ist, mit U2 (t) und eine Linearkombination aus beiden mit UXi (t) , so ergibt sich durch geeignete Wahl von Faktoren Fi eine Mehr- zahl von Linearkombination UXi (t) :

UXi (t) = Ul (t) + Fi * U2 (t) .

Für jeden Faktor Fi zwischen 0 und 1 ergibt sich eine neue Linearkombination UXi, die mit Ul (t) einen Phasenwinkel zwischen 0° und 60° mit Ul einschließt. Die Faktoren Fi können so gewählt werden, dass der 60°-Win- kelbereich in eine Mehrzahl gleich großer Teilwinkel unterteilt wird. Beispielsweise können fünf Faktoren Fi so ge ¬ wählt werden, dass benachbarte Linearkombinationen jeweils einen Phasenwinkel von 12° miteinander einschließen.

Die mathematische Behandlung wird vereinfacht, wenn die Phasenwinkel zwischen benachbarten Linearkombinationen nicht genau gleich groß sein müssen, sondern wenn es aus- reicht, dass diese annähernd gleich groß sind. Die Linear ¬ kombinationen können dann wie folgt definiert sein:

UXi(t) = Ul(t) + i/N * U2(t) mit i = 1 ... N-l Mit i=0 liegt keine Linearkombination im Sinne der Erfindung vor, sondern der Spannungsverlauf würde Ul (t) entspre ¬ chen. Mit i=N ergibt sich ebenfalls keine Linearkombination im Sinne der Erfindung, sondern der Spannungsverlauf würde -U3 (t) entsprechen. Diese beiden Spannungsverläufe sind durch direkte Messung zugänglich, so dass die erfindungsge ¬ mäßen Linearkombinationen keine Anwendung finden. Die Phasenwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerten der Netzfrequenz sind in diesem Beispiel jeweils nicht größer als 15°. Bildet man entsprechende Linearkombinationen zwi- sehen allen drei gemessenen Spannungsverläufen des Netzes, so wird über die gesamte Periode der Schwingung dieser Pha ¬ senwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerte für die Netzfrequenz nicht überschritten. Die 60 ° -Phasenabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen der Netzfrequenz ergeben sich, wenn man in jeder der drei Phasen den Nulldurchgang zweimal pro Periode er- fasst. Das gleiche Ergebnis kann man erhalten, wenn man den Nulldurchgang nur einmal pro Periode erfasst, und dafür je ¬ weils zusätzlich den Nulldurchgang des negativen Spannungsverlaufs ermittelt. Die sechs verschiedenen Messungen pro Periode ergeben sich dann durch Auswertung von Ul, -Ul, U2, -U2, U3 und -U3.

Eine Windenergieanlage speist die elektrische Energie re ¬ gelmäßig zunächst in ein windparkinternes Anschlussnetz ein, von dem die Weiterleitung in ein öffentliches Übertra- gungsnetz erfolgt. Der Generator der Windenergieanlage ist mit dem Netz synchronisiert, so dass die Frequenz im elektrischen System der Windenergieanlage, im windparkin- ternen Anschlussnetz und im öffentlichen Übertragungsnetz übereinstimmt. Die erfindungsgemäßen Spannungsverläufe kön- nen im elektrischen System einer Windenergieanlage und/oder in einem windparkinternen Anschlussnetz und/oder in einem Übertragungsnetz gemessen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in wenigs ¬ tens einer Windenergieanlage eines Windparks und/oder in einem Parkmaster eines Windparks durchgeführt. Die erfin ¬ dungsgemäße Ermittlung der Netzfrequenz erfolgt vorzugs ¬ weise anhand ungefilterter Messwerte des Spannungsverlaufs.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Netzerfassungsmodul, das zum Durchführen des Verfahrens geeignet ist. Das Net ¬ zerfassungsmodul umfasst einen Spannungssensor zum Messen eines ersten Spannungsverlaufs des Netzes und eines zweiten Spannungsverlaufs des Netzes. Das Netzerfassungsmodul um ¬ fasst außerdem ein Rechenmodul, das dazu ausgelegt ist, eine Linearkombination aus dem ersten Spannungsverlauf und dem zweiten Spannungsverlauf zu bilden, sowie ein Auswertemodul, das dazu ausgelegt ist, den zeitlichen Abstand zwischen einem ersten Spannungswert der Linearkombination und einem zweiten Spannungswert der Linearkombination zu ermitteln. Der Spannungssensor kann dazu ausgelegt sein, im elektrischen System einer Windenergieanlage und/oder in einem windparkinternen Anschlussnetz und/oder in einem Über- tragungsnetz Spannungsverläufe zu messen.

Das Netzerfassungsmodul kann mit weiteren Merkmalen fortge ¬ bildet werden, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind. Insbesondere können das Re- chenmodul und/oder das Auswertemodul dazu ausgelegt sein, weitere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzu ¬ führen. Außerdem kann das Netzerfassungsmodul weitere Mo ¬ dule umfassen, die zum Durchführen weiterer Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sind.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Windenergieanlage, die mit einem solchen Netzerfassungsmodul ausgerüstet ist. Die Windenergieanlage umfasst einen Rotor und einen durch den Rotor angetriebenen Generator. Die Windenergieanlage ist dazu ausgelegt, mit dem Generator erzeugte elektrische

Energie in ein Netz einzuspeisen. Außerdem betrifft die Erfindung einen Parkmaster für einen mehrere Windenergieanlagen umfassenden Windpark. Der Parkmaster ist dazu ausgelegt, zentrale Steuerungsaufgaben für die Windenergieanla- gen des Windparks zu übernehmen. Insbesondere erhält der

Parkmaster Vorgaben von außerhalb des Windparks, anhand de ¬ rer der Parkmaster Vorgaben für den Betrieb der Windenergieanlagen des Windparks ermittelt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen: eine schematische Darstellung eines Windparks; eine schematische Darstellung einer Windenergie ¬ anlage mit einem erfindungsgemäßem Netzerfassungsmodul ;

den Spannungsverlauf in den drei Phasen des Net ¬ zes;

die Ansicht aus Fig. 3, wobei zusätzlich drei Li nearkombinationen dargestellt sind;

eine Vektordarstellung der Spannungsverläufe aus Fig. 4;

den Spannungsverlauf in zwei Phasen des Netzes; eine Mehrzahl von Linearkombinationen der in Fig 6 gezeigten Spannungsverläufe; und

eine Vektordarstellung der Spannungsverläufe aus Fig. 7.

In einem Windpark in Fig. 1 ist eine Mehrzahl von Windenergieanlagen 14, 15 an ein windparkinternes Anschlussnetz 16 angeschlossen. In dem Anschlussnetz 16 liegt eine Mit- telspannung von beispielsweise 20 kV an. Vor der Übergabe an ein öffentliches Übertragungsnetz 17 wird die Spannung mit einem Transformator 18 auf eine Hochspannung von beispielsweise 380 kV transformiert. An das Übertragungsnetz 17 ist eine Vielzahl von Verbrauchern 20 angeschlossen, die in Fig. 1 nur schematisch angedeutet sind.

In der schematischen Darstellung der Windenergieanlage 14 in Fig. 2 wird die Drehung eines Rotors 21 durch ein Getriebe 22 auf eine höhere Drehzahl übersetzt, mit der ein Generator 23 angetrieben wird. Der von dem Generator 23 erzeugte elektrische Strom wird über eine Verbindung mit drei Phasen 281, 282, 283 an einen Transformator 25 weitergelei- tet, der die Spannung auf die im Anschlussnetz 16 anliegende Mittelspannung bringt. Es handelt sich um eine dop ¬ pelt gespeiste Asynchronmaschine (DFIG) , bei ein Umrichter 24 zu parallel zu dem Generator 23 geschaltet ist. Der Um- richter 24 umfasst einen Machine Side Converter 241 und einen Line-Side-Converter 242, die über einen Gleichstrom- Zwischenkreis miteinander verbunden sind.

Ein Spannungssensor 29 misst zwischen dem Generator 23 und dem Transformator 25 in den drei Phasen 281, 282, 283 des Drehstromsystems die Spannungen Ul, U2, U3 gegenüber dem Nullleiter. Die Netzfrequenz, die mit dem Spannungssensor 29 gemessen wird, stimmt mit der Netzfrequenz in dem wind- parkinternen Anschlussnetz 16 sowie dem Übertragungsnetz 17 überein. Trägt man die Messwerte des Spannungssensors 29 über der Zeit auf, so ergeben sich drei sinusförmige Span ¬ nungsverläufe Ul, U2, U3, die jeweils um einen Phasenwinkel von 120° relativ zueinander verschoben sind. Die Spannungsverläufe Ul, U2, U3 sind in Fig. 3 dargestellt.

Ein Auswertemodul 31, das an den Spannungssensor 29 ange ¬ schlossen ist, wertet die Spannungsverläufe Ul, U2, U3 aus und identifiziert die Nulldurchgänge. In jeder Phase 281, 282, 283 gibt es zwei Nulldurchgänge pro vollständiger Pe- riode. Setzt man die vollständige Periode mit einem Phasen ¬ winkel von 360° gleich, sind die beiden Nulldurchgänge um 180° zueinander verschoben. Betrachtet man die drei Spannungsverläufe Ul, U2, U3 zusammen, so gibt es sechs Null ¬ durchgänge pro Periode. In Phasenwinkeln betrachtet folgt der nächste Nulldurchgang also jeweils nach 60°.

Das Auswertemodul 31 ermittelt außerdem den zeitlichen Ab ¬ stand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen derselben Phase. Aus dem Kehrwert des zeitlichen Abstands lässt sich leicht auf die Netzfrequenz schließen. Im Sinne der Erfindung gilt der zeitlicher Abstand zwischen zwei Nulldurchgängen deswegen als andere Darstellungsform der Netzfrequenz.

Nutzt das Auswertemodul 31 jeden Nulldurchgang in einer der Phasen 281, 282, 283, um die Netzfrequenz zu ermitteln, so ergeben sich sechs Messwerte für die Netzfrequenz pro Peri- ode . Bei einer Frequenz von 50 Hz dauert die Periode 20 ms. Man erhält also jeweils nach 3,33 ms einen neuen Messwert für die Netzfrequenz.

Gemäß Fig. 2 umfasst die Windenergieanlage außerdem ein Re- chenmodul 30, um Linearkombinationen aus den Spannungsverläufen Ul, U2 und U3 zu bilden. Das Rechenmodul 30 erhält genau wie das Auswertemodul 31 die Messwerte von dem Span ¬ nungssensor 29 in ungefilterter Form. Die Linearkombinationen bilden sinusförmige Spannungsverläufe mit derselben Frequenz wie die Spannungsverläufe Ul, U2 und U3. Von dem Rechenmodul 30 werden die Linearkombinationen an das Auswertungsmodul 31 übermittelt. Das Auswertemodulen 31 kann aus den Linearkombinationen in gleicher Weise die Netzfrequenz ermitteln wie aus den direkt von dem Spannungssensor 29 erhaltenen Spannungsverläufen.

Die Fig. 4 zeigt zusätzlich zu den Spannungsverläufen aus Fig. 3 in gestrichelten Linien drei Linearkombinationen, die das Rechenmodul 30 durch Subtraktion aus den Spannungs- Verläufen Ul, U2 und U3 gebildet hat. Die Linearkombinatio ¬ nen U2-U1, U3-U2 und U1-U3 entsprechen jeweils den Span ¬ nungsverläufen, den man erhält, wenn man die Spannung in zwei der drei Phasen gegeneinander misst. In Fig. 5 ist eine Vektordarstellung der drei Spannungsverläufe Ul, U2 und U3 sowie der Linearkombinationen U2-U1, U3-U2 und U1-U3 gezeigt. In der Vektordarstellung fehlt die Information über den zeitlichen Verlauf, dafür ist die Information über die Phasenwinkel besser zugänglich. Die Spannungsverläufe Ul, U2 und U3 schließen einen Phasenwin ¬ kel von jeweils 120° miteinander ein. Durch Vektorsubtraktion mit der benachbarten Phase ergeben sich die Linearkom- binationen U2-U1, U3-U2 und U1-U3, die entsprechend Fig. 4 in gestrichelter Linie dargestellt sind. Die Amplitude der Linearkombinationen ist größer als die Amplitude in den Phasen. Auf das erfindungsgemäße Verfahren hat dies keine Auswirkung, wenn die Netzfrequenz anhand der Nulldurchgänge ermittelt wird.

Der Phasenwinkel zwischen Linearkombination und benachbarter Phase ist jeweils 30°. Indem die Nulldurchgänge nicht nur einmal pro Periode, sondern einmal pro Halbwelle auf- treten, ergibt sich für jeden der in Fig. 5 gezeigten Vektoren ein nicht dargestellter zweiter Nulldurchgang, der um einen Phasenwinkel von 180° verschoben ist. Die Nulldurchgänge sind also über die Periode gleich verteilt, so dass jeweils nach einem Phasenwinkel von 30° der nächste Null- durchgang erfolgt. Dies ist in Fig. 4 zu sehen.

Nutzt man jeden der Nulldurchgänge der Spannungsverläufe Ul, U2 und U3 sowie der Linearkombinationen für eine erneute Ermittlungen der Netzfrequenz, so ergibt sich nach Phasenwinkeln von jeweils 30° ein neuer Messwert. Auf der Zeitachse halbiert sich der Abstand zwischen zwei benach ¬ barten Nulldurchgängen. Bei einer Frequenz von 50 Hz ergibt sich folglich alle 1,67 ms ein neuer Messwert für die Netzfrequenz .

Durch geeignete Auswahl der Linearkombinationen lässt sich der Phasenwinkel bzw. der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen der Netzfrequenz noch weiter verkürzen. Ein Beispiel dafür ist in den Figuren 6 bis 8 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber zeigt die Fig. 6 nicht alle drei Phasen des Netzes 16, sondern nur die bei- den Phasen Ul und U2. In Fig. 7 sind die Phase Ul sowie vier Linearkombinationen aus Ul und U2 dargestellt. In Fig. 8 entsprechen die vom Mittelpunkt ausgehenden durchgehenden Pfeile den in Fig. 7 gezeigten Spannungsverläufen. In diesem Ausführungsbeispiel wird der 60 ° -Phasenwinkel zwischen Ul und -U3 in fünf Abschnitte unterteilt. Die Un ¬ terteilung erfolgt durch die folgenden vier Linearkombinationen aus Ul und U2 : UXi(t) = Ul(t) + i/5 * U2(t) mit i = 1 ... 4.

Der Phasenwinkel zwischen zwei benachbarten Linearkombina ¬ tionen UXi ist ungefähr 12°. Durch die lineare Abstufung der Faktoren vor U2 sind die Phasenwinkel zwischen zwei be- nachbarten Linearkombinationen UXi nicht ganz identisch, sondern nur annähernd identisch.

Der Übersichtlichkeit halber ist die Darstellung in den Figuren 7 und 8 auf den Winkelbereich zwischen Ul und -U3 be- schränkt. Bildet man entsprechende Linearkombinationen UXi zwischen U2 und U3 sowie zwischen U3 und Ul und nutzt man jeden Nulldurchgang einer der Phasen oder einer der Linear- kombinationen für die Ermittlung der Netzfrequenz, so erhält man nach Phasenwinkeln von jeweils etwa 12° einen neuen Messwert für die Netzfrequenz. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz ergibt sich also nach jeweils etwa 0,67 ms ein neuer Messwert für die Netzfrequenz. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, dass die Windenergieanlage sehr schnell auf Veränderungen der Netzfrequenz reagieren kann. Außerdem kann durch Mittelung über eine Mehrzahl von Messwerten die Netzfrequenz mit einer erhöhten Genauigkeit ermittelt wer- den.