Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage, insbesonde- re zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit einem Rotor und mit einem mit dem Rotor gekoppelten elektrischen Generator zum Abgeben elektrischer Leistung an ein elektrisches Netz, sowie einen Windpark mit wenigstens zwei Windenergieanlagen.

Bei den bekannten Windenergieanlagen zum Erzeugen elektrischer Energie aus Windenergie wird der Generator mit einem elektrischen Verbraucher, häufig ei- nem elektrischen Netz, im Parallelbetrieb betrieben. Während des Betriebs der Windenergieanlage kann die von dem Generator bereitgestellte elektrische Wirk- leistung in Abhängigkeit von der aktuellen Windgeschwindigkeit variieren. Dies hat zur Folge, dass auch die Netzspannung, beispielsweise am Einspeisepunkt, in Abhängigkeit von der aktuellen Windgeschwindigkeit veränderlich sein kann.

Im Fall der Einspeisung der erzeugten elektrischen Leistung in ein elektrisches Netz, beispielsweise ein öffentliches Stromnetz, kann es dadurch jedoch zu Schwankungen der Netzspannung kommen. Solche Schwankungen sind jedoch im Interesse eines sicheren Betriebs angeschlossener Verbraucher nur innerhalb sehr enger Grenzen zulässig.

Größere Abweichungen von dem Sollwert der Netzspannung im Versorgungs- netz, insbesondere der Mittelspannungsebene, können zum Beispiel durch Betä- tigen von Schalteinrichtungen wie Stufentransformatoren ausgeglichen werden, indem diese betätigt werden, wenn vorbestimmte Grenzwerte über-bzw. unter- schritten werden. Auf diese Weise wird die Netzspannung innerhalb vorgegebe- ner Toleranzgrenzen im Wesentlichen konstant gehalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben ei- ner Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage bzw. einen Windpark an- zugeben, die auch bei schwankender Wirkleistungsabgabe in der Lage sind, die unerwünschten Schwankungen der Spannung an einem vorgegebenen Punkt im Netz im Vergleich zur Situation ohne Windenergieanlage (n) zu reduzieren oder wenigstens nicht signifikant zu erhöhen.

Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, dass der Phasenwinkel So der von der/den Windenergieanlagen bereit- gestellten elektrischen Leistung in Abhängigkeit von wenigstens einer im Netz erfassten Spannung verändert wird.

Bei einer Windenergieanlage der eingangs genannten Art wird die Aufgabe ge- löst durch eine Vorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens in der Lage ist.

Bei einem Windpark der eingangs genannten Art wird die Aufgabe gelöst durch wenigstens je eine Vorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens in der Lage ist, und je eine Spannungserfassungseinrichtung, für jeden separat regelbaren Teil des Windparks.

Die Erfindung vermeidet unerwünschte Schwankungen der beim Verbraucher anliegenden Spannung, insbesondere der in einem Netz bestehenden elektri- schen Spannung, indem der Phasenwinkel der abgegebenen Leistung in Abhän- gigkeit von der Spannung des Verbrauchers bzw. des Netzes verändert wird.

Dadurch werden unerwünschte Spannungsschwankungen ausgeglichen, die sich aus Änderungen der von der/den Windenergieanlagen abgegebenen Wirkleis- tung und/oder der dem Netz von den Verbrauchern entnommenen Leistung er- geben.

Besonders bevorzugt wird der Phasenwinkel derart verändert, dass die Span- nung an wenigstens einem vorgegebenen Punkt im Netz im Wesentlichen kon- stant bleibt. Dabei muss zur Gewinnung der erforderlichen Regelgröße die Spannung an wenigstens einem Punkt im Netz erfasst werden.

Insbesondere kann dieser Punkt ein anderer als der Einspeisepunkt sein. Durch diese Erfassung der Spannung und durch eine geeignete Änderung des Pha- senwinkels der von der/den Windenergieanlagen abgegebenen elektrischen Leistung kann eine reaktionsschnelle und wirksame Regelung geschaffen wer- den.

In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform werden die für den Pha- senwinkel einzustellenden Werte aus vorgegebenen Kennwerten abgeleitet. Die- se Kennwerte können bevorzugt in Form einer Tabelle bereitgestellt werden, in welcher eine vorab bestimmte Kennlinienschar in Form diskreter Werte abgebil- det ist, die eine Ableitung des einzustellenden Phasenwinkels erlaubt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Regelung direkt oder indirekt bewirken, dass, wenn die Spannungsschwankungen die vorgegebenen Grenzwerte überschritten haben, durch das Betätigen einer Schalteinrichtung im Netz, z. B. eines Stufentransformators, die Spannung wieder in den Toleranzbe- reich gebracht wird. Gleichzeitig bzw. dazu wird der Phasenwinkel für einen vor- bestimmten Zeitabschnitt auf einen konstanten Wert-bevorzugt einen Mittel- wert, z. B. Null, eingestellt, um in der Folge auftretende Spannungsschwankun- gen wiederum durch eine geeignete Veränderung des Phasenwinkels ausglei- chen zu können.

In einer insbesondere bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können in elekt- risch getrennten Teilbereichen des Netzes entsprechende Spannungserfassun- gen und Einstellungen des Phasenwinkels ebenfalls getrennt vorgenommen werden, um jeden Teilbereich derart zu regeln, dass die Spannung in jedem der Teilbereiche im Wesentlichen konstant bleibt.

Die erfindungsgemäße Windenergieanlage wird in vorteilhafter Weise weitere- bildet durch eine Regelungseinrichtung, die einen Mikroprozessor aufweist, da auf diese Weise eine digitale Regelung verwirklicht werden kann.

Der eingangs erwähnte Windpark wird bevorzugt weitergebildet, indem je eine Vorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Lage ist, und je eine Spannungs-Erfassungseinrichtung für jeden separat regelbaren Teil des Windparks vorhanden ist, so dass auch elektrisch getrennte Teilbereiche des Netzes separat derart geregelt werden können, dass die Spannung in jedem Teilbereich des Netzes im Wesentlichen konstant bleibt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eines Ver- fahrens zum Betreiben einer Windenergieanlage unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht. Dabei zeigen : Figur 1 eine in ein Netz einspeisende Windenergieanlage in einer vereinfach- ten Darstellung ; Figur 2 eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung zum Betreiben einer Windenergieanlage ; Figur 3 eine Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen Netzspan- nung und Phasenwinkel veranschaulicht ; Figur 4 wesentliche Bestandteile der in Figur 2 gezeigten Regelungseinrich- tung ; und Figur 5 eine vereinfachte Darstellung einer je nach Netzsituation gemeinsa- men oder getrennten Regelung mehrerer Windenergieanlagen.

Eine in Figur 1 schematisch dargestellte Windenergieanlage 2 mit einem Rotor 4 ist mit einem elektrischen Netz 6, das beispielsweise ein öffentliches Netz sein kann, verbunden. An das Netz sind mehrere elektrische Verbraucher 8 ange- schlossen. Der in Figur 1 nicht dargestellte elektrische Generator der Windener- gieanlage 2 ist mit einer elektrischen Steuerungs-und Regelungsvorrichtung 10 gekoppelt, die den in dem Generator erzeugten Wechselstrom zunächst gleich- richtet und anschließend in einen Wechselstrom mit einer Frequenz umwandelt ; die der Netzfrequenz entspricht. Die Steuerungs-und Regelungsvorrichtung 10 weist eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung auf.

An einem beliebigen Punkt 22 im Netz 6 kann eine Spannungserfassungseinrich- tung 22 vorgesehen sein, die eine entsprechende Regelgröße zu der Regelung- vorrichtung 10 zurückgibt.

Figur 2 veranschaulicht die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung. Der sche- matisch dargestellte Rotor 4 ist mit einem Generator 12 gekoppelt ; der eine elekt- rische Leistung bereitstellt, die von der Windgeschwindigkeit abhängen kann. Die in dem Generator 12 erzeugte Wechselspannung kann zunächst gleichgerichtet und anschließend. in eine Wechselspannung umgewandelt werden, die eine der Netzfrequenz entsprechende Frequenz aufweist.

Mit Hilfe eines Spannungsaufnehmers (nicht dargestellt) wird die Netzspannung an einem Ort 22 in dem Netz 6 gemessen. In Abhängigkeit von der ermittelten Netzspannung wird-ggf. mit Hilfe eines in Figur 4 dargestellten Microprozessors - ein optimaler Phasenwinkel ¢ berechnet. Mit Hilfe der Regelungseinrichtung wird dann die Netzspannung U auf den gewünschten Wert Uso) ; eingeregelt.

Durch die Veränderung des Phasenwinkels wird die von dem Generator 12 an das Netz 6 abgegebene elektrische Leistung geregelt.

Die in Figur 3 gezeigte Darstellung veranschaulicht den Zusammenhang zwi- schen der Spannung im Netz und dem Phasenwinkel. Weicht die Spannung von ihrem Sollwert Upon ab, der zwischen den Spannungswert Umin und Umax liegt, wird entsprechend der Kennlinie in dem Diagramm der Phasenwinkel p derart verän- dert, dass abhängig von dem Vorzeichen der Abweichung entweder induktive oder kapazitive Blindleistung eingespeist wird, um auf diese Weise die Spannung an dem Spannungserfassungspunkt (22 in Figur 1) zu stabilisieren.

Figur 4 zeigt wesentliche Bestandteile der Steuerungs-und Regelungsvorrich-, tung 10 aus Figur 1. Die Steuerungs-und Regelungsvorrichtung 10 weist einen Gleichrichter 16 auf, in dem der in dem Generator erzeugte Wechselstrom gleichgerichtet wird. Ein mit dem Gleichrichter 16 verbundener Frequenzumrich- ter 18 wandelt den zunächst gleichgerichteten Gleichstrom in einen Wechsel- strom um, der als dreiphasiger Wechselstrom über die Leitungen L1, L2 und L3 in das Netz 6 eingespeist wird.

Der Frequenzumrichter 18 wird mit Hilfe eines Mikrocomputers 20, der Teil der gesamten Regelungseinrichtung ist, gesteuert. Hierzu ist der Mikroprozessor 20 mit dem Frequenzumrichter 18 gekoppelt. Als Eingangsgrößen des Mikroprozes- sors 20 sind die aktuelle Netzspannung U, die elektrische Leistung P des Gene- rators, der Sollwert der Netzspannung Ugo sowie der Leistungsgradient dP/dt vorgesehen. In dem Mikroprozessor 20 wird die erfindungsgemäße Veränderung der einzuspeisenden Leistung verwirklicht.

In Figur 5 sind als Beispiel für einen Windpark zwei Windenergieanlagen 2 dar- gestellt. Jeder dieser Windenergieanlagen 2, die symbolisch natürlich auch je- weils für eine Mehrzahl von Windenergieanlagen stehen können, ist eine Rege- lungsvorrichtung 10 zugeordnet. Die Regelungsvorrichtung 10 erfasst an vorge- gebenen Punkten 22,27 in dem Netz 6,7 die Spannung und überträgt diese über Leitungen 25,26 zu der jeweils zugeordneten Regelungsvorrichtung 10.

Die Teilbereiche 6,7 des Netzes können über eine Schalteinrichtung 23 mitein- ander verbunden oder voneinander getrennt werden. Parallel zu dieser Schalt- einrichtung 23 ist eine Schalteinrichtung 24 vorgesehen, welche es gestattet, die beiden Regelungsvorrichtungen 10 entsprechend dem Schaltzustand der Schalt- einrichtung 23 miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen.

Sind also die beiden Teilbereiche 6,7 des Netzes miteinander verbunden, wer- den auch die beiden Regelungsvorrichtungen 10 miteinander verbunden, so dass das gesamte Netz als eine Einheit betrachtet und durch den gesamten Windpark als eine Einheit gespeist wird, wobei der Windpark wiederum in Abhängigkeit von der Spannung am Erfassungspunkt 22,27 einheitlich geregelt wird.

Werden die beiden Teilbereiche 6,7 durch die Schalteinrichtung 23 getrennt, werden auch die Regelungsvorrichtungen 10 derart voneinander getrennt, dass ein Teil des Windparks von einem Erfassungspunkt 22 über eine Leitung 25 von der Regelungseinrichtung 10 überwacht wird und entsprechend der zugeordnete Teil des Windparks geregelt werden kann, während der andere Teilbereich des Netzes 7 von einem Erfassungspunkt 27 über eine Leitung 26 durch die Rege- lung 10 überwacht wird, welche den anderen Teil des Windparks entsprechend regelt, um die Spannung in dem Teilbereich des Netzes 7 zu stabilisieren.

Natürlich muss diese Aufteilung nicht auf zwei Teilbereiche beschränkt sein. Die- se Aufteilung kann bis zu einer Zuordnung einer einzelnen Anlage zu einem Teilbereich des Netzes aufgelöst werden.

Für den Fall, dass die vorbeschriebene Regelung insbesondere bei der Mess- werterfassung eine andere Toleranz aufweist als diejenige, der im Netz bereits vorhandenen Schalteinrichtung (Stufentransformatoren) kann es unter Umstän- den dazu kommen, dass sich beide Einrichtungen, die vorbeschriebene Rege- lung einerseits und die Schalteinrichtung andererseits derart beeinflussen, dass eine Art"Ping-Pong"-Effekt entsteht, wobei z. B. der Stufentransformator schaltet und damit die Spannung im Netz derart verändert, dass die beschriebene erfin- dungsgemäße Regelung eingreift. Durch diese eingreifende Regelung wird wie- derum die Spannung im Netz derart verändert, dass nun wiederum der Stufen- transformator schaltet und so fort.

Um diesem unerwünschten"Ping-Pong"-Effekt entgegenzuwirken, kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen werden, als Eingangssignal für die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung das Messergebnis der Schalt- einrichtung (z. B. des Stufentransformators) vorzusehen. Dies birgt unter Um- ständen zwar den Nachteil einer geringeren Genauigkeit des Messergebnisses, beseitigt aber das Risiko einer fortwährenden gegenseitigen Beeinflussung der Komponenten und wirkt auch somit noch im Sinne der gestellten Aufgabe.

Der in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Phasenwinkel ist der Winkel zwischen dem Strom und der Spannung der eingespeisten elektrischen Leistung des Generators der Windenergieanlage. Ist der Phasenwinkel 0°, wird nur Wirk- leistung eingespeist. Ist der Phasenwinkel g 0°, wird neben der Wirkleistung auch ein Blindleistungsanteil mit eingespeist, wobei mit einer Phasenwinkeländerung nicht notwendigerweise auch eine Erhöhung oder Verringerung der Scheinleis- tung einhergehen muss, sondern auch die Scheinleistung insgesamt konstant bleiben kann, sich dann aber die betragsmäßigen Anteile zwischen der Blindleis- tung und der Wirkleistung entsprechend der Phasenwinkeleinstellung verändern.

Wie vorbeschrieben, ist eine Aufgabe der Erfindung, unerwünschte Spannungs- schwankungen an einem vorgegebenen Punkt im Netz zu reduzieren oder bei Anschaltung einer Windenergieanlage wenigstens nicht signifikant zu erhöhen.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Phasenwinkel der von der Windenergieanlage (oder dem Windpark) einzuspeisenden elektrischen Leistung in geeigneter Weise variiert werden kann, um Spannungsschwankungen zu kompensieren.

Eine regelmäßig bei Windenergieanlagen auch im Netz bereits vorhandene Ein- richtung, nämlich ein sog. Stufentransformator (nicht dargestellt), dient grundsätzlich der gleichen Aufgabe. Durch die Fähigkeit des Stufentransformators, durch Schaltvorgänge das Übertragungsverhältnis zu ändern, kann ebenfalls die Spannung im Netz-oder wenigstens an de Sekundärseite des Transformators-beeinflusst werden. Dies ist aber nur in Stufen möglich, die den Schaltstufen des Stufentransformators entsprechen.

Dazu verfügt ein solcher Stufentransformator regelmäßig über die Möglichkeit, die Netzspannung zu erfassen. Sobald nun diese Spannung vorgegebene Grenzwerte überschreitet bzw. unterschreitet, wird ein Schaltvorgang des Stufen- transformators ausgelöst und somit die Netzspannung wieder in einen vorgege- benen Toleranzbereich zurückgeführt.

Auch die erfindungsgemäße Windenergieanlage bzw. deren Wechselrichter ü- berwacht die Spannung im Netz und versucht durch geeignete Maßnahmen, die- se Spannung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches zu halten. Da diese Toleranzbereiche sicherlich nicht exakt deckungsgleich sind, kann eine Situation entstehen, bei die Windenergieanlage und der Stufentransformator ge- geneinander arbeiten, indem der Stufentransformator alternierend aufwärts und abwärts stuft und die Windenergieanlage entgegengesetzt alternierend bemüht ist, die Spannung zu verringern und anzuheben. Es ist leicht nachvollziehbar, dass damit eine nicht hinnehmbare Verschlechterung der Spannungsstabilität im Netz einhergehen kann.

Um vorbeschriebenen Effekt zu vermeiden, lehrt daher die Erfindung einerseits, dass die Spannung-welche als Messgröße zu der Windenergieanlage übermit- telt wird-an einem anderen Punkt als dem Einspeisepunkt erfasst wird und/oder andererseits, dass die Regelung direkt oder indirekt das Betätigen einer Schalt- einrichtung im Netz bewirken kann. Dieser andere Punkt kann natürlich auch der Stufentransformator sein, so dass der Wechselrichter mit den gleichen Span- nungswerten wie der Stufentransformator gesteuert wird. Somit können einer- seits das Gegeneinanderarbeiten des Stufentransformators und der Wechselrich- tersteuerung durch abweichende Toleranzen vermieden werden. Andererseits kann aber die Windenergieanlage durch entsprechendes Einspeisen von Blind- leistung gezielt einen Schaltvorgang bei dem Stufentransformator auslösen (indi- rektes Betätigen) oder über eine Steuerleitung einen solchen Schaltvorgang (di- rekt) bewirken.

Es mag aus Sicht des Netzbetreibers auch erwünscht sein, dass die Windener- gieanlage Blindleistung erzeugt, die auf der anderen Seite des Stufentransforma- tors übertragen werden soll. Da aber die Einspeisung von Blindleistung stets zu einer Veränderung der Spannung im Netz führt, würde auf diese Weise eine indi- rekte Betätigung des Stufentransformators ausgelöst und genau das ist in dieser Situation nicht erwünscht und somit kontraproduktiv.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht nun darin, genau diesen Schaltvorgang des Stufentransformators,-nämlich das Aufwärts-oder Abwärts-Stufen, zu unter- drücken. Mit dieser Unterdrückung der Stufung ist die"Nichtschaltung"des Schalters gemeint, um auf diese Weise die gewünschte Blindleistung zur ande- ren Seite des Stufentransformators übertragen zu können.