Verfahren und Anordnung zum Einspeisen von elektrischer Leistung aus einer Windenergieanlage in ein Wechselspannungsnetz

Es ist bekannt, mittels einer Windenergieanlage elektrische Leistung zu gewinnen und diese Leistung über eine Energieübertragungsstrecke in ein Wechselspannungs- Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Dabei kann es sich bei der Windenergieanlage um einen einzigen Windgenerator oder um mehrere Windgeneratoren handeln, die dann einen sog. Windpark bilden. Die Leistungsübergabe an das Wechselspannungsnetz erfolgt an einem gemeinsamen Kopplungspunkt, der auch als PCC (point of common coupling) bezeichnet wird.

Hinsichtlich der Einspeisung von elektrischer Leistung in einen Kopplungspunkt werden von dem jeweiligen Betreiber des Wechselspannungsnetzes Anforderungen bezüglich der Qualität der eingespeisten elektrischen Leistung gestellt, die seitens der Windenergieanlage eingehalten werden müssen. Dazu gehört unter anderem, dass von der Windenergieanlage der Kopplungs ^¬ punkt mit Blindleistung versorgt werden muss. Die Versorgung kann dabei je nach Situation am Kopplungspunkt in einer Einspeisung oder Absorption von Blindleistung bestehen.

Diese Anforderungen sind bisher mittels Blindleistungskompen- sationsanlagen erfüllt worden, die zuschaltbare Induktivitä ^¬ ten und Kapazitäten aufweisen und sehr aufwändig sind. Es ist auch ein Verfahren bzw. eine Anordnung zum Einspeisen von elektrischer Leistung aus einer Windenergieanlage in ein Wechselspannungsnetz offenkundig benutzt, wie es aus Fig. 1 hervor geht. In dieser Figur ist schematisch eine aus mehreren Windturbinen 1 bestehende Windenergieanlage 2 gezeigt, die beispielsweise auf See angeordnet ist. Über eine Energie ^¬ übertragungsstrecke 3 ist die Windenergieanlage 2 mit einem gemeinsamen Kopplungspunkt 4 mit einem Wechselspannungsnetz 5 verbunden. Die Energieübertragungsstrecke 3 ist dabei einer- seits durch einen anlageseitigen Transformator 6 und anderseits durch einen netzseitigen Dreiwicklungstransformator 7 begrenzt; zwischen beiden Transformatoren liegt ein Kabel 8, das an eine Sammelschiene 8a angeschlossen ist.

Wie die Fig. 1 ferner zeigt, ist die bekannte Anordnung mit einer Regelungseinrichtung 9 für die Windenergieanlage 1 versehen, die dafür sorgt, dass die am gemeinsamen Kopplungs ^¬ punkt 4 jeweils abgegebene Blindleistung Q den jeweiligen An- forderungen des Betreibers des Wechselspannungsnetzes 5 ent ^¬ spricht. Dazu trägt bei der bekannten Anordnung auch eine SVC (Static Var Compensator) -

Blindleistungskompensationseinrichtung 10 bei, zu der eine SVC-Steuerungseinrichtung 11 gehört. Ausgangsseitig ist die SVC-Steuereinrichtung 11 mit der SVC-

Blindleistungskompensationseinrichtung 10 verbunden.

Die Regelungseinrichtung 9 ist mit einem Eingang 12 an eine Messeinrichtung 13 zur Erfassung einer der Blindleistung auf der Energieübertragungsstrecke 8 proportionalen Messgröße Ml angeschlossen; ein weiterer Eingang 14 der Regelungseinrichtung 9 ist mit einer Messwerterfassungseinrichtung 15 in Form eines Spannungswandlers verbunden, um eine weitere der Spannung an der Sammelschiene 8a proportionale Messgröße M2 zu gewinnen.

Bei der bekannten Anordnung lässt sich die Blindleistung Q am gemeinsamen Kopplungspunkt 4 so regeln, dass sie den jeweili ^¬ gen Netzanforderungen entspricht. Dabei absorbiert die Wind- energieanlage 1 bei einer über einem Referenzwert Uref lie ^¬ genden Spannung U auf der Niederspannungsseite des netzseiti ^¬ gen Transformators 7 (vgl. Fig. 2) Blindleistung Ql (induktiver Bereich ind der Kennlinie Kl gemäß Fig. 2); bei einer unterhalb des Referenzwertes Uref liegenden Spannung U wird Blindleistung Ql eingespeist (kapazitiver Bereich cap der

Kennlinie Kl) . Die in Fig. 2 gezeigte Kennlinie Kl lässt er ^¬ kennen, dass die Spannung U auf der Niederspannungsseite des netzseitigen Transformators 7 vom induktiven Bereich und zum kapazitiven Bereich cap hin abfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bei der bekannten Anordnung durchgeführten Verfahren ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich eine Anordnung zum Einspeisen von elektrischer Leistung aus einer Windenergieanlage in ein Wechselspannungsnetz besonders kostengünstig betreiben lässt .

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zum Einspeisen von elektrischer Leistung aus einer Windenergieanlage in ein Wechselspannungsnetz über eine einerseits von einem anlageseitigen Transformator und anderseits von einem netzseitigen Transformator mit angeschlossener Blindleistungskompensationseinrichtung begrenzten Energieübertragungsstrecke an einem gemeinsamen Kopplungspunkt von Energieübertragungsstrecke und Wechselspannungsnetz unter Verwendung einer die Windenergieanlage steuernden Regelungs ^¬ einrichtung, die eingangsseitig mit einer der Blindleistung auf der Energieübertragungsstrecke proportionalen Größe und einer weiteren Messgröße beaufschlagt wird, bei dem erfin ^¬ dungsgemäß

als weitere Messgröße ein am Ausgang der Blindleistungskom- pensationseinrichtung gewonnenes Messsignal verwendet wird; als Regelungseinrichtung wird eine Regelungseinrichtung mit einer derartigen Reglungskennlinie verwendet wird, dass die Spannung auf der Niederspannungsseite des netzseitigen Trans ^¬ formators in Abhängigkeit von der Blindleistung auf der Energieübertragungsstrecke vom induktiven Bereich zum kapazitiven Bereich hin ansteigt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, dass durch die Berücksichtigung eines aus der Ausgangsgröße der Blindleis- tungskompensationseinrichtung gewonnenen Messsignals im stetigen Betrieb eine Korrelation zwischen der eingespeisten Blindleistung am gemeinsamen Kopplungspunkt und dem Messsig- nal gegeben ist; ein störender Einfluss durch einen üblicher weise vorgesehenen Stufensteiler für die Anzapfungen des netzseitigen Transformators ist damit vermieden.

Auch das dynamische Verhalten ist verbessert, weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Windenergieanlage und die Blindleistungskompensationseinrichtung nicht gegeneinander arbeiten. Speist nämlich bei dem bekannten Verfahren beispielsweise die Blindleistungskompensationseinrichtung Blind leistung ein, dann kann dort die Spannung auf der Niederspan nungsseite des netzseitigen Transformators in Abhängigkeit von der Kurzschlussimpedanz dieses Transformators ansteigen oder abfallen. Wenn eine Blindleistungseinspeisung zu einer Erhöhung der Spannung führt, dann absorbiert die Windenergie anläge einen gewissen Anteil der Blindleistung; die Windener gieanlage arbeitet somit gegen die Blindleistungskompensati- onseinrichtung . Die bekannte Anordnung kann daher nur spannungsgesteuert arbeiten, wenn die Blindleistungskompensati- onseinrichtung relativ groß ausgeführt ist. Im Vergleich daz kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit einer vergleichswei se kleinen Blindleistungskompensationseinrichtung aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Ausgangsgröße der Blindleistungskompensationseinrichtung zur Regelung heran zu ziehen, obwohl der Einfluss der Windenergieanlage auf diese Größe sehr klein ist. Die Ausgangsgröße lässt sich jedoch als Anzeichen dazu benutzten, ob die Blind leistungskompensationseinrichtung Blindleistung in das Wechselspannungsnetz einspeist oder absorbiert. Bei einer Ein- speisung ist die Ausgangsgröße höher als bei einer Absorpti ^¬ on, weshalb diese Größe als weitere Messgröße bzw. Messsigna für die Regelungseinrichtung benutzt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Messsignal in verschiedener Weise gewonnen werden. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Messsignal aus der Spannung am Ausgang Blindleistungskompensationseinrichtung gewonnen wird . Vorteilhaft kann es aber auch sein, das Messsignal aus der Blindleistung am Ausgang der Blindleistungskompensationsein- richtung zu gewinnen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Einspeisen von elektrischer Leistung aus einer Windenergieanlage in ein Wechselspannungsnetz über eine einerseits von einem anlage- seitigen Transformator und anderseits von einem netzseitigen Transformator mit angeschlossener Blindleistungskompensati- onseinrichtung begrenzten Energieübertragungsstrecke an einem gemeinsamen Kopplungspunkt von Energieübertragungsstrecke und Wechselspannungsnetz mit einer Regelungseinrichtung für die Windenergieanlage , wobei die Regelungseinrichtung an einem Eingang mit einer der Blindleistung auf der Energieübertragungsstrecke proportionalen Größe und an einem weiteren Eingang mit einer weiteren Messgröße beaufschlagt ist; eine sol ^¬ che Anordnung ist in der Figur 1 als Stand der Technik dargestellt .

Um eine solche Anordnung vergleichsweise kostengünstig her ^¬ stellen zu können, ist erfindungsgemäß der weitere Eingang der Regelungseinrichtung an eine mit dem Ausgang der Blind- leistungskompensationseinrichtung verbundene Messwerteerfas- sungseinrichtung angeschlossen, und die Regelungseinrichtung weist eine derartige Reglungskennlinie auf, dass die Spannung auf der Niederspannungsseite des netzseitigen Transformators in Abhängigkeit von der Blindleistung auf der Energieübertra ^¬ gungsstrecke vom induktiven Bereich zum kapazitiven Bereich hin ansteigt.

Eine solche erfindungsgemäß ausgeführte Anordnung weist die ^¬ selben Vorteile auf, die oben bereits im Zusammenhang mit den Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben worden sind.

Die Messwerterfassungseinrichtung kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung unterschiedlich ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn die Messwerteerfassungsein- richtung ein Spannungswandler oder eine Blindleistungsmesseinrichtung ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung und in

Fig. 4 eine bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendete

Regelkennlinie

dargestellt .

Die in Figur 3 gezeigte Anordnung ist hinsichtlich ihrer mit der Anordnung nach Fig. 1 übereinstimmenden Elemente mit den gleichen Bezugzeichen versehen.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Anord ^¬ nung gemäß Fig. 1 dadurch, dass an den Ausgang 30 der Blind- leistungskompensationseinrichtung 10 eine Messwerterfassungs- einrichtung in form eines Spannungswandlers 31 primärseitig angeschlossen ist. Dieser Spannungswandler 31 ist sekundär- seitig mit einem Eingang 32 der Regelungseinrichtung 9 verbunden und gibt ein Messsignal M3 an die Regelungseinrichtung 9 ab.

Das Messsignal M3 ist somit der Spannung am Ausgang der

Blindleistungskompensationseinrichtung 10 proportional. Diese Spannung wird als Anzeichen dafür verwendet, ob die Blind- leistungskompensationseinrichtung 10 gerade Blindleistung in das Wechselspannungsnetz einspeist oder Blindleistung absorbiert. Findet gerade eine Einspeisung statt, dann ist die Spannung am Ausgang 30 der Blindleistungskompensationsein- richtung 10 höher als im Falle eine Absorption. Daher ist das Messsignal M3 als Eingangssignal für die Regelungseinrichtung 9 geeignet.

Wie Fig. 4 zeigt, wird be 1 der Anordnung gemäß Fig. 4 eine Regelungseinrichtung 9 verwendet, die zu einer im Vergleich zur Kennlinie gemäß Fig. 2 inversen Kennlinie K2 über der Blindleistung Ql auf der Energieübertragungsstrecke 8 führt. Bei der Kennlinie K2 steigt das Messsignal M3 vom induktiven Bereich und zum kapazitiven Bereich cap an.

Insgesamt ergibt sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht wird, dass die Windenergieanlage 2 sowohl beim Einspeisen als auch beim Absorbieren von Blindleistung die Blindleistungskompen- sationseinrichtung 10 unterstützt. Speist nämlich die Blind- leistungskompensationseinrichtung 10 Blindleistung ein, dann ist die Spannung an ihrem Ausgang 30 relativ hoch, was gemäß Kennlinie K2 nach Fig. 4 zu einer zusätzlichen Einspeisung von Blindleistung seitens der Windenergieanlage 2 führt. Ent ^¬ sprechendes gilt im Falle von Absorption von Blindleistung. Die Windenergieanlage 2 unterstützt also jeweils die Arbeits ^¬ weise der Blindleistungskompensationseinrichtung 10, weshalb die Blindleistungskompensationseinrichtung 10 vergleichsweise klein sein kann.