Windenergiepark

Die Erfindung bezieht sich auf einen Windenergiepark.

Die Einspeisung der mit dem stochastischen Pπmarenergie- trager Wind erzeugten Elektroenergie in ein regionales Versorgungsnetz ist nicht unproblematisch. Aus dem Aufsatz „Bedingungen für den Anschluß von Windenergieanlagen an ein regionales Elektroenergie-Versorgungsnetz", abgedruckt in der DE-Zeitschrift „ELEKTRIE", Berlin 49 (1995) 5/6/7, Seiten 249 bis 253 ergeben sich die technischen Anforderungen für Wind- energieparks . Die m diesem Aufsatz aufgestellten Anforde- rungen an die Windenergieanlagen beziehen sich auf Leistungs¬ oder Spannungsanderungen, Leistungsschwankungen, Netzflicker und machen Angaben zu den Netzkurzschlußkriterien eines Wmd- energieparks .

Die Spannungsanhebung an der Wmdenergiepark-Einspeisestelle in das regionale Versorgungsnetz darf, entsprechend einer Normvorschrift, nicht mehr als 4 % betragen. Aus dieser Forderung ergibt sich eine maximal mögliche Energieleistung in Abhängigkeit von der Entfernung zum einspeisenden Umspann- werk des regionalen Versorgungsnetzes Für das in diesem Aufsatz dargestellte Wmdenergieanlagenkonzept wird die Energie der einzelnen zu einem Windenergiepark gehörenden Windenergieanlagen über eine Drehstromleitung oder ein Dreh¬ stromkabel bis zum Umspannwerk des regionalen Netzes uber- tragen. Dadurch kann es zu der bereits genannten Limitierung der Anschlußleistung des Windenergieparks kommen, obwohl die gesamte zur Verfügung stehende Wmdenergieleistung des Wmd- energieparks größer ist.

Die Windenergieanlagen-Leistungsschwankungen sind gemäß

Richtlinien für das Mittelspannungsnetz auf maximal 2 % und für das Niederspannungsnetz auf maximal 3 % begrenzt. Eine

derartige Forderung kann nur von Windenergieanlagen erfüllt werden, die eine Leistungsregelung haben, wobei diese Leistungsregelung jedoch sehr langsam ist, weil sie mit einer sogenannten "Pitch-Regelung" realisiert wird, die über die Rotorblattverstellung wirkt.

Ein weiterer Storfaktor sind die Oberschwingungen, die vor allem im Einspeisestrom der netzseitigen Wechselrichter vor¬ kommen. Diese sind mit geeigneten filtern zu kompensieren. Bei langen Kabelleitungen kann es im Mittelspannungsnetz zu Resonanzen zwischen der Kabelkapazitat und der Kurzschlu߬ reaktanz der Anlage kommen. Bei Asynchrongeneratoren können keine Oberschwingungen auftreten.

Ein weiterer Storfaktor ist das Flicker-Problem. Durch Lei¬ stungsschwankungen entstehen Schwankungen in der Versorgungs- spannung. Diese Spannungsschwankungen verursachen unter anderem Helligkeitsschwankungen in Glühlampen und Leucht¬ stofflampen, die auch "Flicker" genannt werden. Da das menschliche Auge sehr empfindlich auf diese "Flicker" rea¬ giert, müssen der Hohe und Häufigkeit der Spannungsschwan¬ kungen enge Grenzen gesetzt werden. Dieses Flicker-Problem kann nur dann reduziert werden, wenn zwischen dem Aggregat, bestehend aus Rotor und Generator, und einem Mittelspannungs- Netz ein Zwischenkreis kombiniert mit einer Leistungsregelung vorhanden ist. Wie bereits festgestellt, ist die Windenergie- anlagen-Leistungsregelung langsam. Da auch ein Parallel¬ betrieb der Windenergieanlagen bei einem Windenergiepark vor¬ sieht, kann sehr schwer die Interferenz der Einzel-Flicker im Mittelspannungsnetz vorausgesagt bzw. unterdruckt werden.

Die FIG 1 zeigt ein bekanntes Konzept eines Windenergieparks 2 mit N Windenergieanlagen 4. Jede Wmdenergieanlage 4 weist einen Rotor 6, ein Getriebe 8, einen Asynchrongenerator 10 und einen Anpaßtransformator 12 auf. Jede Wmdenergieanlage 4 ist mittels eines Leistungsschalters 14 mit einer Sammel- schiene 16 elektrisch leitend verbunden, die mittels einer

Drehstromleitung 18 mit einem Umspannwerk 20 eines regionalen Versorgungsnetzes 22, beispielsweise eines Mittelspannungs- netzes, verknüpft ist. Auch diese Drehstromleitung 18 ist über Leistungsschalter 14 freischaltbar . Dieses Konzept ist zwar preisgünstig, jedoch technisch nicht sehr zuverlässig, da beispielsweise zusätzlich em Getriebe 8 verwendet wird. Der Vorteil des Asynchrongenerators 10 ist, daß er keine Oberschwingungen produziert. Jedoch spielt bei dem Asynchron¬ generator 10 die Spannungsanderung eine große Rolle. Dabei kann es passieren, daß Windenergieanlagen 4 mit eine geringeren als geplanten Leistungen ans Netz gehen dürfen oder daß die einzuspeisende Leistung begrenzt werden muß.

Die FIG 2 zeigt ebenfalls ein bekanntes Konzept eines Wind- energieparks 2 mit N Windenergieanlagen 4. Jede Wmdenergie¬ anlage 4 weist einen Rotor 6, einen Synchrongenerator 24, einen Umrichter 26, einen Anpaßtransformator 12 und einen Filter 28 auf. Jede Wmdenergieanlage 4 ist wie beim Wind- energieparkkonzept gemäß FIG 1 mittels Leistungsschalter 14 mit einer Sammelschiene 16 verbunden, die über eine Dreh- stromleitung 18 mit einem Umspannwerk 20 eines regionalen Versorgungsnetzes 22 verknüpft ist. Der Umrichter 26 weist eingangsseitig einen mehrpulsigen, beispielsweise 12-pulsι- gen, Gleichrichter 30 und ausgangsseitig einen mehrpulsigen, beispielsweise 12-pulsιgen, Puls-Wechselrichter 32 auf, wobei der Gleichrichter 30 und der Puls-Wechselrichter 32 mittels eines Gleichεpannungs-Zwischenkreises 34 verbunden ist.

Gegenüber der Wmdenergieanlage 4 gemäß der FIG 1 ist bei dieser Wmdenergieanlage 4 der Rotor 6 direkt mit dem

Synchrongenerator 24 verbunden und die Rotorblatter dieses Rotors 6 sind verstellbar. Diese Verstellbarkeit der Rotor¬ blatter des Rotors 6 ist durch Pfeile gekennzeichnet. Der Synchrongenerator 24 weist zwei um 30° elektrisch zueinander versetzte Standerwicklungen auf, die jeweils mit einem Teilgleichrichter des Gleichrichters 30 verknüpft sind.

Um die Oberschwingungsstrome des Puls-Wechselrichters 32 zu kompensieren, sind entsprechende Filter 28 vorgesehen Da bei diesen Windenergieanlagen 4 zwischen dem Aggregat, bestehend aus Rotor 6 und Synchrongenerator 24, und dem regionalen Versorgungsnetz 22 ein Gleichspannungs-Zwischenkreis 34 und eine langsame Leistungsregelung durch die verstellbaren Rotorblatter vorhanden ist, kann das Flicker-Problem reduziert werden. Jedoch kann die Interferenz der Emzel- Flicker im regionalen Versorgungsnetz nur sehr schwer vorausgesagt bzw. unterdruckt werden.

Diese bekannten Konzepte für Windenergieparks 2 sind alle dezentrale Drehstrom-Konzepte, weil die Energie der einzelnen Windenergieanlagen 4 in das regionale Versorgungsnetz 22 eingespeist wird. Da die Spannungsanhebung an der Wind- energiepark-Einspeiεestelle m das regionale Versorgungsnetz 22 nicht mehr als 4 % betragen darf, ergibt sich eine maximal mögliche Windenergieleistung in Abhängigkeit von der Entfernung der Wmdenergiepark-Emspeisestelle vom Umspann- werk 20. D.h., em Großteil der mit den Windenergieanlagen 4 erzeugten Leistung kann nicht in ein regionales Versorgungs¬ netz 22 eingespeist werden.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Wind- energiepark mit mehreren Windenergieanlagen anzugeben, bei dem die bestehenden Nachteile der bekannten Konzepte für Windenergieparks nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß gelost mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Dadurch, αaß die Windenergieanlagen eines Windenergieparks gleichstromseitig elektrisch parallel geschaltet smd, werden nicht mehr gemäß der Anzahl der Windenergieanlagen mehrere Wechselrichter benotigt, sondern nur noch eine netzseitige Stromrichterstation, die einen Wechselrichter aufweist. Dieser Wechselrichter der netzseitigen Stromrichterstation

ist gleichstromseitig mit dem gleichstromseitig parallel geschalteten Windenergieanlagen elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch erhalt man ein Gleichstromkonzept für einen Windenergiepark.

Dieses vorgeschlagene Gleichstrom-Konzept basiert auf der Erkenntnis, daß alle Anforderungen an Windenergieparks bezuglich Leistungs- oder Spannungεanderungen, Leistungs¬ schwankungen, Netz-Flicker und Netz-Kurzschluß-Kriterien von der am Wmdenergiepark-Anεchlußort vorhandene Net∑kurzεchluß- leistung abhangen. Je hoher die Net∑kurzschlußleistung am Anschlußort ist, um so leichter werden die Anforderungen von Wmdenergiepark erfüllt.

Weil die Gleichstrom-Übertragung den Wmdenergiepark elek¬ trisch bis zum Wechselrichter der netzseitigen Stromrichter¬ station bringt, ist em Gleichstrom-Konzept dem bekannten Drehstrom-Konzepten technisch überlegen, da die netzseitige Stromrichterstation naher oder direkt am Umspannwerk des regionalen Versorgungsnetzes, d.h. am Anschlußort mit der höheren oder höchsten Netzkurzschlußleistung, installiert werden kann.

Bei dem erfmdungsgemaßen Gleichstrom-Konzept des Wmd- energieparks wird die Energie über eine Gleichstrom-Leitung bis zum Wechselrichter der netzseitigen Stromrichterstation übertragen, dessen Standort wiederum so bestimmt werden kann, daß die gesamte zur Verfugung stehende Wmdenergieleistung in ein regionales Versorgungsnetz übertragen werden kann und sich gleichzeitig ein preisliches Optimum ergibt. Außerdem weist jede Wmdenergieanlage eine Leistungεregelung auf, die schnell ist, weil sie über den Steuerwinkel des Gleich¬ richters wirkt . Durch die Verschaltung der Windenergieanlagen im Gleichstrom-Zwischenkreiε wird die Interferenz der Emzel- Flicker im Gleichstromkreis und nicht im regionalen Versor¬ gungsnetz stattfinden. Weil der Wechselrichter der netz¬ seitigen Stromrichterstation eine zentrale Energieuber-

gabestelle zum regionalen Versorgungsnetz darstellt und eine Drehstromspannungεregelung besitzt, wird der Flicker prak¬ tisch ausgeregelt. Außerdem kann das erfindungsgemäße Gleich¬ strom-Konzept eines Windenergieparks bei einer niedrigeren Kurzschlußleiεtung am Emεpeiseort als die vergleichbaren Drehstrom-Konzepte betrieben werden.

Außerdem wird durch das erfindungsgemaße Konzept für einen Windenergiepark die zentrale Drehstrom-Spannungεregelung des Windenergieparks mit den schnellen dezentralen Windenergie¬ anlagen-Leistungsregelungen kombiniert, wodurch den Energie- versorgungsunternehmen eine erhebliche Verbesserung der Qualität der Energieeinspeisung aus Windenergieparks geboten wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemaßen Windenergieparkε ist zwischen dem gleichstromεeitig parallel geschalteten Windenergieanlagen und der netzseitigen Strom¬ richterstation eine Gleichstrom-Übertragungseinrichtung geschaltet. Durch diese Gleichstrom-Übertragungseinrichtung kann die netzseitige Stromrichterstation direkt an einem Umspannwerk eines regionalen Versorgungsnetzes errichtet werden, so daß die gesamte zur Verfugung stehenden Wind¬ energieleistung in das regionale Versorgungsnetz eingespeist werden kann. So erhöht sich der Wirkungsgrad eines Wind¬ energieparks wesentlich.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Windenergieparks weist jede Windenergieanlage einen Rotor mit verstellbaren Rotorblättern und eine Dreh- zahlregelüng auf . Mittels dieser Drehzahlregelung wird erreicht, daß das Aggregat Rotor-Generator an der obersten erlaubten Leistungsgrenze (Maximalspannung) arbeitet, womit der Leistungs-Regelbereich jeder Wmdenergieanlage optimal ausgenutzt werden kann. Die Drehzahlregelung wirkt über die Rotorblattverstellung, wobei em Drehzahl-Sollwert aus der Windgeschwindigkeit generiert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Windenergieparks smd den Unteranspruchen 4 bis 15 zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der eine vorteilhafte Ausführungsform des erfmdungsgemaßen Windenergieparks εchematiεch veranschau¬ licht ist.

FIG 1 zeigt em erstes bekanntes Konzept eines Windenergie- parks,

FIG 2 zeigt em zweites bekanntes Konzept eines Wind- energieparks, m FIG 3 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungs- gemaßen Konzeptes eines Windenergieparks dargestellt, in

FIG 4 wird die maximale Wmdenergieleistung in Abhängigkeit von der Wmdenergiepark-Entfernung zum Umspannwerk eines regionalen Versorgungsnetzes dargestellt, die FIG 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Leistungsregelung und eine Drehzahlregelung einer

Wmdenergieanlage, wobei die FIG 6 em Blockschaltbild einer Regelanordnung der netz¬ seitigen Stromrichterstation veranschlaulicht, die FIG 7 zeigt m einem Diagramm den Leistungs-Regelbereich einer Wmdenergieanlage und die

FIG 8 zeigt in einem Diagramm den Wmdenergiepark- Multiterminalbetrieb.

Die FIG 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfm- dungsgemaßen Konzeptes eines Windenergieparks 2. Dieser Wmdenergiepark 2 weist N Windenergieanlagen 4 auf. Jede Wmdenergieanlage 4 weist einen Rotor 6, dessen Rotorblatter verstellbar sind, emen Synchrongenerator 24, einen Gleich¬ richter 30 und eine Glättungsdrossel 36 auf. Der Synchron- generator 24 ist direkt mit dem Rotor 6 gekoppelt und weist zwei 30° elektrisch zueinander versetzte Statorwicklungen auf, die jeweils mit einem Teilgleichrichter des Gleich-

richters 30 elektrisch leitend verbunden smd Der Rotor 6 des Synchrongenerators 24 kann eine Permanenterregung oder eine spannungsgeregelte Erregung aufweisen. Der Gleichrichter 30 ist mehrpulsig, beispielsweise 12-pulsιg, ausgeführt. Die Glättungsdrossel 36 ist beispielsweise in der positiven Aus- gangsleitung 38 angeordnet. Diese positive Ausgangsleitung 38 und eine negative Ausgangsleitung 40 smd jeweils mittels Leistungsschalter 14 von einer positiven und negativen Strom¬ schiene 42 und 44 trennbar. Mittels dieser beiden Strom- schienen 42 und 44 smd die N Windenergieanlagen 4 des Wind- energieparks 2 gleichstromseitig parallel geschaltet.

Eine netzseitige Stromrichterstation 46 ist bei dieser Dar¬ stellung des Gleichstromkonzeptes des Windenergieparks 2 direkt bei dem Umspannwerk 20 emes regionalen Versorgungs¬ netzes 22 angeordnet. Diese netzseitige Stromrichterstation 46 weist eine Glättungsdrossel 48, einen Wechselrichter 50, einen Anpaßtransformator 52 und einen Filter 28 auf. Der Wechselrichter 50 besteht ebenso wie der Gleichrichter 30 einer jeden Wmdenergieanlage 4 aus zwei Teilwechselrichtern Die Pulεigkeit des Wechselrichters 50 entspricht ebenfalls der Pulsigkeit der Gleichrichter 30. Jeder Teilwechselrichter ist mit einer Sekundärwicklung des Anpaßtransformatorε 52 elektrisch leitend verbunden, wobei dessen Primärwicklung mit einer Sammelschiene 54 des Umspannwerkeε 20 verbunden ist. An dieser Sammelschiene 54 ist außerdem das Filter 28 ange¬ schlossen. Die Glättungsdrossel 48 ist beispielsweise in der positiven Eingangsleitung 56 des Wechselrichters 50 angeord¬ net. Diese positive Eingangsleitung 56 und eine negative Eingangsleitung 58 sind mittels einer Gleichstrom-Ubertra- gungseinrichtung 60 mit der positiven und negativen Strom¬ schiene 42 und 44 der elektrisch parallel geschalteten Windenergieanlagen 4 elektrisch leitend verbunden. Die Gleichstrom-Ubertragungseinnchtung 60, die zwei Gleich- εtromleitungen oder em Gleichstromkabel sein kann, kann mittels nicht naher dargestellter Leistungsschalter 14 freigeschaltet werden. Bei dieser Konzeptdarstellung wurde

auf die Veranschaulichung von Einrichtungen 62 zur Leistungs¬ regelung der Windenergieanlagen 4 und einer Regelanordnung 102 der netzseitigen Stromrichterstation 46 aus Übersicht¬ lichkeitsgründen verzichtet. Die zugehörigen Blockschalt- bilder dieser Einrichtung 62 zur Leistungsregelung und dieser Regelanordnung 102 sind in den FIG 5 und 6 dargestellt.

In der Darstellung der FIG 4 wird das bekannte Konzept gemäß FIG 2 und das erfindungsgemäße Konzept gemäß FIG 3 eines Windenergieparks 2 hinsichtlich der maximalen Windenergie¬ leistung verglichen. Wie bereits eingangs erwähnt, hängt die im regionalen Versorgungsnetz 22 einzuspeisende Energie von der Entfernung zwischen den Windenergieanlagen 4 und der Ein¬ speisestelle ab. Im oberen Teil dieser Darstellung ist das bekannte Drehstromkonzept veranschaulicht. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, daß die einzuspeisende Energie ungefähr 1,5 MW beträgt, wobei die Windenergieanlagen 4 des Wind¬ energieparks 2 von der Einspeisestelle 8 km entfernt ist. Im unteren Teil dieser Darstellung ist das erfindungsgemäße Gleichstrom-Konzept veranschaulicht. Dabei sind zwei

Varianten dieses Gleichstrom-Konzepts dargestellt. Bei der ersten Variante ist die netzεeitige Stromrichterεtation 46 des Windenergieparks 2 mittig zwischen den Windenergieanlagen 4 und der Einspeisestelle angeordnet. Dabei ist die netzsei- tige Stromrichterstation 46 gleichstromseitig mittels einer Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 60 mit den gleichstrom- seitigen parallel geschalteten Windenergieanlagen 4 und wechselstromseitig mittels einer Drehstromleitung 18 mit der Einspeisestelle verbunden. Bei der zweiten Variante ist die netzseitige Stromrichterstation 46 des Windenergieparkε 2 direkt an 'die Einεpeisestelle angeordnet. Die einzuspeisende Energie beträgt bei der ersten Variante ungefähr 2,86 MW und bei der zweiten Variante 6 MW. D.h., mit der zweiten Variante des Gleichstrom-Konzeptes eines Windenergieparks 2 kann annähernd die vierfache Leistung in ein regionales Versor¬ gungsnetz 22 eingespeist werden als mit dem bekannten Dreh-

εtrom-Konzept eines Windenergieparks 2 gemäß FIG 2. Somit steigt auch der Wirkungsgrad annähernd um den Faktor 4.

Die FIG 5 zeigt das Ersatzschaltbild mit einer Windenergie- anläge 4 des Windenergieparks 2 nach FIG 3 mit seiner zuge¬ hörigen Einrichtung 62 zur Leistungsregelung und einer Dreh¬ zahlregelanordnung 64. Diese Einrichtung 62 zur Leistungs¬ regelung weist einen Sollwertgeber 66 mit einem vorgeschalte¬ ten Leistungssollwertgeber 68 und einer nachgeschalteten Vektorregeleranordnung 70, dem eine Steuereinrichtung 72 nachgeschaltet ist, auf. Der Sollwertgeber 66 erhalt als Eingangssignal einen Leistungs-Sollwert Po_r des vorge¬ schalteten Leistungssollwertgebers 68 und einen Gleichspan- nungs-Istwert Ud_r . Aus diesen Werten Po_r und Ud_r wird mittels des Sollwertgebers 66 em Sollwertepaar Io_r und Uo_r für Strom und Spannung des Gleichrichters 30 der Wmdenergie¬ anlage 4 ermittelt. Der Sollwertgeber 66 weist zwei Kenn- liniengeber 74 und 76 auf. Die für den Spannungs-Sollwert Uo_r gewählte Kurve des ersten Kennlmiengebers 74 zeigt die VDVOC-Charakteristik (Voltage-Dependent-Voltage-Order-

Characteristic) , wobei am oberen Ende für den Bereich des stationären Betriebes als charakteristisches Merkmal em bogenförmiger Verlauf vorgesehen ist. Der untere Bereich der Kennlinie ist spannungsbegrenzend ausgebildet. Die Kennlinie des zweiten Kennlmiengebers 76 für den Strom-Sollwert Io_r weist im wesentlichen eine VDCOL-Charakteristik (Voltage- Depended-Current-Order-Limitation) , d.h. spannungsabhangige Strombegrenzung, auf. Die Vektorregleranordnung 70 weist zwei Vergleicher 78 und 80, einen Addierer 82 und em Regelglied 84 auf. Das gebildete Sollwertepaar Uo_r, Io_r wird dieser Vektorregleranordnung 70 zugeführt und dort mit einem ermittelten Istwertepaar Ud_r, Id_r mittels der beiden Vergleicher 78 und 80 verglichen. Die gebildeten Regelabwei¬ chungen für Strom und Spannung werden mittels des Addierers 82 aufsummiert . Dieses Summensignal wird dem Regelglied 84 zugeführt, an dessen Ausgang ein Steuersignal für die Steuer-

einrichtung 72 des Gleichrichters 30 der Windenergieanlage 4 ansteht .

Der Leistungssollwertgeber 68, der einen Leistungssollwert Po_r in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit V generiert, weist eingangsseitig einen Funktionsgeber 86 und einen Rampengeber 88 auf. Mittels des Funktionsgebers 86 wird aus der Windgeschwindigkeit V ein Leistungs-Sollwert Po_r generiert. Der Gradient der Leistungs-Sollwertanderung wird von einer Rampe des Rampengebers 88 bestimmt.

Die Drehzahlregleranordnung 64 weist eingangsseitig einen Funktionsgeber 90 mit nachgeschalteten Rampengebern 92 und eine Drehzahlregeleinrichtung 94 auf. Diese Drehzahlregel- einrichtung 94 besteht aus einem Vergleicher 96 und einem Drehzahlregler 98 mit nachgeschalteter Rotorblattregelung 100. Der Vergleicher 96 vergleicht einen ermittelten Rotor- drehzahl-Istwert n mit einem generierten Rotordrehzahl-Soll¬ wert n_o . Dieser Drehzahl-Sollwert n_o wird windgeschwmdig- keitsabhangig vom Funktionsgeber 90 geliefert. Der Gradient der Drehzahl-Sollwertanderung wird von einer Rampe des Rampengebers 92 bestimmt. Am Ausgang des Drehzahlreglers 98 steht em Soll-Signal für die Rotorblattregelung 100 an. Am Ausgang dieser Rotorblattregelung 100 steht ein Steuer-Signal für den Verstellmechanismus der Rotorblatter an, wodurch die Rotorblatter derart verstellt werden, daß die mittels des Vergleichers 96 ermittelte Rotordrehzahl-Regelabweichung zu Null wird.

Die FIG 6 zeigt daε Erεatzschaltbild der netzseitigen Strom¬ richterstation 46 des Windenergieparks 2 gemäß FIG 3 mit seiner zugehörigen Regelanordnung 102. Diese Regelanordnung 102 weist eine Einrichtung 104 zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes Po_ι, eine Einrichtung 106 zur Ermitt- lung eines Loschwinkel-Zusatz-Sollwertes γo_add, einen Soll¬ wertgeber 108, eine Vektorregleranordnung 110 und eine Steuereinrichtung 72 auf. Diese Regelanordnung 102 ist analog

W

12 zu dem der Einrichtung 62 zur Leistungεregelung einer Wmd¬ energieanlage 4 aufgebaut. Eine weitere Beschreibung dieser Regelanordnung 102 erübrigt sich daher. Unterschiede liegen in der Anzahl der dem Sollwertgeber 108 zugefuhrten Werte, den Kennlinien der beiden Kennliniengeber 112 und 114 und der Einrichtung 104 zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes Po_ι . Aufgrund der Varianz der Eingangsgroßen (Spannungs-Ist¬ wert Ud_ι , Leistungs-Istwert Pd_ι, Leiεtungs-Sollwert Po_ι, Loschwinkel-Sollwert γo, Loschwmkel-Istwert γ, Steuerwinkel ß) muß die Kennlinie, insbesondere die VDVOC-Charakteristik des Kennlmiengebers 112 in seiner Hohe im Endbereich und m seiner Neigung vorgebbar sein. Auch die VDCOL-Charakteristik des Kennlmiengebers 114 ist einstellbar. Wesentlichen für den zweiten Sollwertgeber 108 ist, daß auch em Loschwinkel- Sollwert γo vorgegeben ist, der einzuhalten ist. Das erzeugte Sollwertepaar Uo_ι , Io_ι wird mittels zweier Vergleicher 78 und 80 mit einem ermittelten Istwertepaar Ud_ι, Id__ι ver¬ glichen. Die gebildeten Regelabweichungen werden mittels des Addierers 82 voneinander subtrahiert, da der Spannungs-Soll- wert Uo_ι des Sollwertepaares Uo_ι , Io_ι am invertierenden

Eingang des Vergleichers 78 ansteht. Das Differenzsignal wird dem nachgeschalteten Regelglied 84 zugeführt, an dessen Ausgang ein Winkelsignal für die Steuereinrichtung 72 αei netzseitigen Stromrichterstation 46 ansteht. Mittels diesem Winkelεignal wird die Differenz der Regelabweichung für Strom und Spannung zu Null geregelt.

Die Einrichtung 104 zur Ermittlung eines Leistungs-Sollwertes Po_ι weist ein Verzogerungsglied 116 erster Ordnung mit einer oberen und einer unteren Grenze auf. Dieser Einrichtung 104 wird ein Ermittelter Leistungε-Istwert Pd_ι und em oberer und unterer Leistungs-Grenzwert Pgo_ι und Pgu_ι zugeführt. Am Ausgang dieser Einrichtung 104 steht ein Leistungε-Sollwert Po_ι an.

Diese Regelanordnung 102 weist eine Einrichtung 106 zur Ermittlung eines Loschwinkel-Zusatz-Sollwertes γo_add auf. Diese Einrichtung 106 weist eingangsseitig einen Vergleicher 118 und ausgangsseitig einen PI-Regler 120 auf. Mittels dieses Vergleichers 118 wird in Abhängigkeit eines Drehspan- nungs-Sollwertes Uo_ac und eines ermittelten Drehspannungε- Istwerteε Uac eine Drehspannungs-Regelabweichung ermittelt, die dem nachgeschalteten PI-Regler 120 zugeführt wird. Am Ausgang dieses PI-Reglers 120 steht em Loschwinkel-Zusatz- Sollwert γo_add an. Damit der Loschwinkel γo über den Soll¬ wertgeber 108 nur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches verändert werden kann, ist der PI-Regler 120 mit einem unteren Grenzwert Null und einem oberen Grenzwert maxγo_add versehen. Der Loschwinkel-Sollwert γo setzt sich aus einem minimalen Loschwinkel-Sollwert γo_mιn und dem ermittelten Loschwmkel-Zusatz-Sollwert γo_add, wobei em Addierer 122 vorgesehen ist .

Diese in der FIG 5 beschriebene Einrichtung 62 zur Leiεtungs- regelung einer Wmdenergieanlage 4 eines Wmdenergieparks 2 und der FIG 6 der beschriebenen Regelanordnung 102 der netz¬ seitigen Stromrichterstation 46 eines Wmdenergieparks 2 smd aus der alteren deutschen Patentanmeldung mit dem Akten¬ zeichen 195 44 777.8 und dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von n Stromrichterstationen eines HGU-Mehrpunkt- netzes" bekannt. In dieser alteren deutschen Patentanmeldung sind die Einrichtung 62 zur Leistungsregelung und die Regel¬ anordnung 102 und ihre Wirkungsweise ausführlich beschrieben, εo daß an dieser Stelle darauf verzichtet werden kann.

In der FIG 7 ist in einem Diagramm Gleichspannung Ud- Glei chst rom Id der Leistungs -Regelbereich einer Wmdenergie¬ anlage 4 eines Wmdenergieparks 2 gemäß FIG 3 dargestel l t . Das Aggregat , bestehend aus Rotor 6 und Generator 24 , einer Wmdenergieanlage 4 hat eine wmdgeschwindigkeitsabhangige " obere " und " untere " Lei stungsbegrenzung . Die obere Lei stungsbegrenzung ist von der Maximal Spannung best immt , die

das Aggregat an der Generatorklemme zur Verfugung stellen kann. Die untere Leistungsbegrenzung ist vom Maximalstrom bestimmt .

Die wmdgeschwmdigkeitsabhangigen oberen und unteren

Leistungsbegrenzungen werden "gleichgerichtet" als Gleich¬ stromgroßen im Ud/Id-Diagramm dargestellt. Sie bestimmen den Leistungs-Regelbereich der Wmdenergieanlage 4. Die Charakteristik des Leistungsreglers im Ud/Id-Diagramm ist em Hyperbel, die für hohe Spannungen von der oberen Leistungε- begrenzung (Maximalspannung) und für niedrige Spannung von der unteren Leistungsbegrenzung (Maximalström) limitiert wird.

Die Leiεtungεregelung lεt eine kombinierte Spannungε-/Strom- Regelung und wirkt über den Steuerwinkel des Gleichrichters. Die Kennliniengeber 74 und 76 des Sollwertgeberε 66 der Einrichtung 62 zur Leistungsregelung sind so abgestimmt, daß das nachgeschaltete Regelglied 84 im normalen Arbeitsbereich der Leistungshyperbel und bei reduzierter Spannung der unteren Leistungsbegrenzung im Ud/Id-Diagramm folgt. Der Leistungs-Regelbereich der Wmdenergieanlage 4 kann optimal ausgenutzt werden, wenn das Aggregat - Rotor 6, Genera¬ tor 24 - an der oberen erlaubten Leistungεbegrenzung (Maximalspannung) arbeitet. Die Maximalspannung wird mit der Drehzahlregelung 64 erreicht, die über die Rotorblattverstel¬ lung wirkt .

Die Regelanordnung 102 gemäß FIG 6 ist für die netzseitige Stromrichterstation 46 deε Wmdenergieparks 2 gemäß FIG 3 eine Widerstandsregelung mit überlagerter Drehstrom-Span¬ nungsregelung, die über den Steuerwinkel des Wechselrichters 50 wirkt . Die überlagerte Drehstrom-Spannungsregelung ändert den Loschwinkel-Sollwert γo so, daß die unterlagerte Wider- Standsregelung den Arbeitspunkt auf der Leistungshyperbel ansteuert, für den auch die Drehstrom-Spannung geregelt wird. Die schnelle, über den Steuerwinkel wirkende Drehstrom-Span-

nungsregelung kann ergänzt werden mit einer langsamen Stufen- schalterregelung, für den Anpaßtransformator 52, die eine grobe Drehstrom-Spannungsregelung vornimmt . Sie ist eine ideelle Leerlaufgleichspannungε-Regelung. Dabei wird der Sollwert der Stufenεchalterregelung über einen Zuεatzwert εo verändert, daß die über Steuerwinkel wirkende Regelung mog- lichst immer unbegrenzt und in der Mitte deε Steuerbereiches αmax_ι und ctmιn_ι arbeiten kann.

Die FIG 8 zeigt beispielhaft einen Wmdenergiepark-Multi- termmalbetrieb. Der Widerstandsregler mit der überlagerten Drehstrom-Spannungsregelung bestimmt den Arbeitεpunkt AW für den Wechselrichter 50 der netzseitigen Stromrichterstation 46, für den die zu übertragende Leistung P_wr und die Dreh- ström-Spannung eingehalten werden. Die Arbeitspunkte AG1, AG2 und AG3 der Gleichrichter 30 der Windenergieanlagen 4 ergeben sich aus der Topologie des Gleichstrom-Systems (Kirch¬ hoff 'sehe Gesetz, Maεchengleichung und Energieerhaltungssatz) und dem Wirken der Wmdenergieanlagen-Leistungsregelung automatisch Die Wmdenergieanlagen-Leistungsregler suchen die Arbeitspunkte AG1, AG2 und AG3 auf deren Leistungshyper¬ beln, die die obengenannten Gesetze einhalten.

Dieses erfindungsgemaße Gleichstromkonzept für einen Wmd- energiepark 2 reduziert nicht nur die Anzahl der Komponenten (anstelle von N Wechselrichtern nur noch em Wechselrichter) , es kann zu weiteren Einsparungen fuhren, wenn die Drehεtrom- leitungen 18 zwischen Ausgang der netzseitigen Stromrichter¬ station 46 und einem Netzeinspeisepunkt durch eine Gleich- strom-Übertragungsemrichtung 60 ersetzt wird. Für eine derartige ⁴ Leistungsubertragung wäre es ratsam, die Spannung der Generatoren 24 der Windenergieanlagen 4 von ∑.Zt. 690 V auf deren sonst aus der Energieerzeugung üblichen Spannungε- werten von 6-10 kV zu erhohen. Wenn die Erde alε Ruckleiter benutzt werden darf, wird nur eine Gleichstromleitung als

Gleichstrom-Ubertragungsemπchtung 60 benotigt, wodurch sich der Preisvorteil ausbaut.

Die zentrale Drehstrom-Spannungsregelung des Wmdenergieparks 2 kombiniert mit den schnellen dezentralen Windenergie- anlagen-Leistungsregelungen bieten den Energieversorgungs¬ unternehmen eine wesentliche Verbesserung der Qualität der Energieeinspeiεung aus Wmdenergieparks 2.