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 Ener ^¬ gieübertragungsstrecke 3 ist die Windenergieanlage 2 mit ei ^¬ nem gemeinsamen Koppelpunkt 4 mit einem Wechselspannungsnetz 5 verbunden. Die Energieübertragungsstrecke 3 ist dabei ei- nerseits durch einen anlageseitigen Transformator 6 und anderseits durch einen netzseitigen Transformator 7 begrenzt; zwischen beiden Transformatoren liegt ein Kabel 8.

Wie die Fig. 1 ferner zeigt, ist die bekannte Anordnung mit einer Regelungseinrichtung 9 für die Windenergieanlage 1 versehen, die auf einen konstanten Sollwert eingestellt ist und dafür sorgt, dass die Blindleistung Q an der Energieübertra ^¬ gungsstrecke 3 entsprechend konstant eingestellt wird. Außer ^¬ dem ist die bekannte Anordnung mit einer SVC(Static Var Com- pensator ) -Blindleistungskompensationseinrichtung 10 ausgerüstet, zu der eine SVC-Steuerungseinrichtung 11 gehört; diese ist eingangsseitig mit an dem gemeinsamen Kopplungspunkt 4 abgreifbaren Messgrößen, wie Gesamtleistung, Blindleistung, Spannung und Strom, beaufschlagt und sorgt dafür, dass die Blindleistung Ql am gemeinsamen Kopplungspunkt 4 den jeweiligen Vorgaben des Betreibers des Wechselspannungsnetzes 5 ent ^¬ spricht. Ausgangsseitig ist die SVC-Steuereinrichtung 11 mit der SVC-Blindleistungskompensationseinrichtung 10 verbunden. Die Regelungseinrichtung 9 hat verschiedene Modi; in einem

Modus wird die Blindleistung der Windenergieanlage 2 gesteu ^¬ ert und dabei die Erzeugung bzw. die Absorption der Blindleistung Q an der Energieübertragungsstrecke 3 auf einen Zielwert eingestellt. Die SVC- Blindleistungskompensationseinrichtung 10 wirkt dazu ergänzend und sorgt für eine Blindleistung Ql am gemeinsamen Kopplungspunkt 4. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von diesem Stand der Technik ausgehend 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 SVC(Static Var Compensator) -

Blindleistungskompensationseinrichtung begrenzten Energieübertragungsstrecke an einem gemeinsamen Kopplungspunkt von Energieübertragungsstrecke und Wechselspannungsnetz unter Verwendung einer die Windenergieanlage steuernden Regelungs ^¬ einrichtung anzugeben,

mit dem sich mit vergleichsweise geringem Aufwand die jeweil angeforderte Blindleistung an dem Kopplungspunkt zur Verfü ^¬ gung stellen lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß als die die Windenergieanlage steuernde Regelungseinrichtung eine Rege ^¬ lungseinrichtung mit einem aus jeweils aktuellen Werten zumindest einer elektrischen Größe am Kopplungspunkt berechne ^¬ ten, dynamischen Sollwert verwendet.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be ^¬ steht darin, dass es wegen des dynamischen Sollwertes die Blindleistungskapazität der Windenergieanlage optimal aus ^¬ nutzt, so dass die SVC-Blindleistungseinrichtung jeweils nur einen kleineren Anteil zur gesamten Blindleistungskompensati on aufbringen muss als bei dem bekannten Verfahren; mit der SVC-Blindleistungskompensationseinrichtung müssen in nur kleinerem Umfang Nachregelungen vorgenommen werden. Die Blindleistungskompensationseinrichtung kann daher hinsichtlich des Regelbereichs kleiner und damit wenig aufwändig sein . Zur Berechnung des Sollwertes der Regelungseinrichtung wird vorteilhafterweise die Leistung am gemeinsamen Kopplungspunkt herangezogen; auch die Spannung am gemeinsamen Kopplungspunkt kann verwendet werden, für sich allein oder auch zusätzlich.

Zur weiteren Erhöhung der Regelgenauigkeit ist es vorteil ^¬ haft, wenn zur Berechung des Sollwertes der Regelungseinrichtung der Strom am gemeinsamen Kopplungspunkt heran gezogen wird. Ein entsprechender Vorteil wird erzielt, wenn zur Bere ^¬ chung dieses Sollwertes die Gesamtleistung am gemeinsamen Kopplungspunkt heran gezogen wird.

Der dynamische Sollwert kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in unterschiedlicher Weise aus Blindleistung, Spannung, Strom oder Gesamtleistung berechnet werden. Vorteilhaft ist es, den Sollwert in der Regelungseinrichtung zu errechnen, wozu dieser den genannten Größen entsprechende Messgrößen zugeführt werden müssen. Diese Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet die weitere vorteilhafte Mög ^¬ lichkeit, in der Regelungseinrichtung auch einen Sollwert für die SVC-Steuerungseinrichtung zu berechnen und der SVC- Steuerungseinrichtung zuzuführen .

Es kann aber auch vorteilhaft sein, den Sollwert für die Re ^¬ gelungseinrichtung in der SVC-Steuereinrichtung der SVC- Blindleistungskompensationseinrichtung zu errechnen und der Regelungseinrichtung zuzuführen. Dies setzt selbstverständlich voraus, dass die SVC-Steuerungseinrichtung eingangssei- tig mit den elektrischen Größen am Kopplungspunkt proportio ^¬ nalen Messgrößen beaufschlagt ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Sollwert für die Regelungs ^¬ einrichtung in einer Hauptsteuereinrichtung errechnet und der Regelungseinrichtung zugeführt. Damit ergibt sich in vorteil ^¬ hafter Weise die Möglichkeit,

den Sollwert für die SVC-Steuereinrichtung der SVC- Blindleistungskompensationseinrichtung auch in der Hauptsteuereinrichtung zu errechnen und der SVC-Steuereinrichtung zuzuleiten .

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Anord ^¬ nung 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 mit einer Regelungseinrichtung anzugeben, mit der sich bei der Einspei- sung von elektrischer Leistung mit vergleichsweise geringem Aufwand die jeweils angeforderte Blindleistung an dem Kopp ^¬ lungspunkt zur Verfügung stellen lässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Regelungseinrichtung eingangsseitig mit zumindest einer einer elektrischen Größe am gemeinsamen Kopplungspunkt proportionalen Messgröße beaufschlagbar und zur Berechnung eines dynamischen Sollwertes ausgebildet ist und ausgangssei- tig mit der Windenergieanlage verbunden ist.

Mit dieser Anordnung lassen sich ebenfalls die Vorteile er ^¬ zielen, die oben bereits im Zusammenhang mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren angegeben sind .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Ansprüchen 12 bis 18, wobei sich im Einzelnen sinngemäß dieselben Vorteile ergeben, wie sie oben bereits zu dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführt sind.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer eingangsseitig an die Reglungseinrich- tung angeschlossenen SVC-Steuereinrichtung, in Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Anordnung mit einer Messgrößen am gemeinsamen Kopplungspunkt aufnehmenden Regelungseinrichtung, in Fig. 4 ein zusätzliches Ausführungsbeispiel der erfindungsge ^¬ mäßen Anordnung mit einer die Regelungseinrichtung mit einem dynamischen Sollwert versorgenden

Hauptsteuereinrichtung und in

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem von der Regelungseinrichtung hinsichtlich seines Sollwertes versorgten SVC- Steuereinrichtung

dargestellt. In den Figuren 2 bis 5 sind mit Komponenten und Netz- bzw. Messgrößen übereinstimmende Komponenten und Netzbzw. Messgrößen gemäß Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen .

Die in Figur 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Regelungseinrichtung 9 einen Eingang 20 aufweist, der über eine Verbindung 21 mit einem Ausgang 22 der SVC-Steuereinrichtung 11 verbunden ist. Über diese Verbindung 21 wird ein Signal übertragen, das einen jeweils errechneten, dynamischen Sollwert für die Regelungseinrichtung 9 beinhaltet. Mit diesem Sollwert wird die Windenergieanlage 2 mit weiteren Windgeneratoren 1 so gesteu ^¬ ert, dass die Blindleistung Q auf der Energieübertragungs ^¬ strecke einen optimalen Wert annimmt; die Blindleistung Q bildet dabei die Regelgröße für die Regelungseinrichtung 9. Mittels der SVC-Steuerungseinrichtung 11 im Zusammenwirken mit der SVC-Blindleistungskompensationseinrichtung 10 wird die Blindleistung Ql am gemeinsamen Kopplungspunkt 4 gewissermaßen ergänzend so geregelt, dass sie den jeweiligen Vor ^¬ gaben des Betreibers des Wechselspannungsnetzes 5 entspricht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 weicht von der bekannten Anordnung nach Fig. 1 insofern ab, als sich hier die Regelungseinrichtung 9 ihren dynamischen Sollwert selbst errechnet. Dazu ist die Regelungseinrichtung 9 eingangsseitig zweckmäßigerweise mit denselben Messgrößen beaufschlagt, wie die SVC-Steuereinrichtung 11, nämlich mit Messgrößen, die der Gesamtleistung P, der Blindleistung Ql, dem Strom J und der Spannung U am gemeinsamen Kopplungspunkt entsprechen. Als Regelgröße für die Regelungseinrichtung 9 wird wiederum die Blindleistung Q auf der Energieübertragungsstrecke 8 verwen ^¬ det. Auch hier ist die Blindleistung Q je nach Situation am gemeinsamen Kopplungspunkt so geregelt, dass hier ebenfalls die SVC-Steuereinrichtung 11 mit der SVC-

Blindleistungskompensationseinrichtung 10 eine im Vergleich zu dem bekannten Verfahren verringerte Regelung zur Erzielung der Blindleistung Ql bewirken muss.

Die Anordnung nach Fig. 4 weist eine Hauptsteuereinrichtung 40 auf, die an ihren Eingängen 41 mit Messgrößen beaufschlagt ist, die der Gesamtleistung P, der Blindleistung Ql, dem Strom J und der Spannung U am gemeinsamen Kopplungspunkt 4 proportional sind. In der Hauptsteuereinrichtung 40 wird ein dynamischer Sollwert aus den Größen an Eingängen 41 errechnet und über einen Kommunikationskanal 42 als Signal an die Rege ^¬ lungseinrichtung 9 übertragen. Mit diesem dynamischen Sollwert wird dann über die Windenergieanlage 2 die Blindleistung Q an der Energieübertragungsstrecke 8 als Regelgröße so ein- gestellt, dass es auch hier mittels der SVC-Steuereinrichtung 11 und der SVC-Blindleistungskompensationseinrichtung 10 nur einer vergleichsweise wenig aufwändigen, verringerten Nachregelung bedarf, um eine Blindleistung Ql am gemeinsamen Kopplungspunkt 4 einzustellen, die den jeweiligen Anforderungen entspricht. Dazu ist ein weiterer Kommunikationskanal 43 zwi ^¬ schen der Hauptsteuereinrichtung 40 und der SVC- Steuereinrichtung 11 vorgesehen.

Wie die Figur 5 zeigt, liegen hier an Eingängen 50 der Regelungseinrichtung 9 Messgrößen an, die der Gesamtleistung P, der Blindleistung Ql, dem Strom J und der Spannung U am gemeinsamen Kopplungspunkt 4 entsprechen. Aus diesen Messgrößen errechnet die Regelungseinrichtung 9 einen dynamischen Sollwert, mit dem die Windenergieanlage 2 hinsichtlich ihres Blindleistungsverhaltens eingestellt wird. Die daraus resul ^¬ tierende Blindleistung Q an der Energieübertragungsstrecke 8 als Regelgröße ist dadurch optimal eingestellt; SVC- Steuereinrichtung 11 und SVC-

Blindleistungskompensationseinrichtung 10 wirken daher nur noch ergänzend, um die jeweils geforderte Blindleistung Ql am gemeinsamen Kopplungspunkt zur Verfügung zu stellen.