Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Erzeuger elektrischer Energie, insbesondere eine Windenergieanlage, sowie einen Windpark, die jeweils zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet sind. Üblicherweise werden Erzeuger elektrischer Energie mit den elektrischen Verbrauchern des elektrischen Versorgungsnetzes im Parallelbetrieb betrieben.

Während dieses Betriebes kann die von dem Generator bereitgestellte elektrische Wirkleistung variieren. Dies hat zur Folge, dass auch die Netzspannung (UGRID), beispielsweise am Netzanschlusspunkt des Erzeugers, schwanken kann. Solche Schwankungen sind jedoch im Interesse eines sicheren Betriebs nur innerhalb sehr enger Grenzen zulässig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die es ermöglicht, auch bei schwankender Wirkleistungseinspeisung Spannungsänderungen besser zu kontrollieren. Zumindest soll eine Alternative zu bisher bekannten Lösungen vorgeschlagen werden.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Das elektrische Versorgungsnetz weist dabei eine Netznennspannung auf und wird mit einer Netzspannung betrieben. Zudem weist die eingespeiste elektrische Leistung eine Wirkleistungs- und eine Blindleistungskomponente auf.

Eine Steuerung der Einspeisung der elektrischen Leistung erfolgt erfindungsgemäß durch den Phasenwinkel, wobei der Phasenwinkel den Winkel zwischen dem eingespeisten Strom und der Spannung der eingespeisten elektrischen Leistung beschreibt. Der Phasenwinkel wird über eine Phasenwinkelsteuerung eingestellt, die eine Verzögerungsfunktion aufweist, die durch wenigstens eine Zeitkonstante gekennzeichnet ist.

Es wird somit eine Phasenwinkelsteuerung vorgeschlagen, um die Blindleistungskomponente der eingespeisten elektrischen Leistung zu steuern, wobei die Phasenwinkelsteue- rung hierfür eine Verzögerungsfunktion aufweist.

Die Verzögerungsfunktion, die auch kurz als Verzögerung bezeichnet werden kann, weist hierfür wenigstens eine Zeitkonstante auf.

Die Phasenwinkelsteuerung reagiert somit nicht sofort auf Änderungen im elektrischen Versorgungsnetz, sondern eilt diesen zeitverzögert nach. Durch die Verwendung der Zeitkonstanten wird insbesondere das Systemverhalten des Erzeugers in Bezug auf das elektrische Versorgungsnetz gedämpft. Kommt es nun beispielsweise zu einem Aufschwingen des elektrischen Versorgungsnetzes, wirkt der Erzeuger dämpfend auf diese Schwingung bzw. verstärkt diese nicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren reagiert somit besonders schonend auf Netzstörungen bzw. Schwankung im elektrischen Versorgungsnetz.

Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass insbesondere durch die wenigstens eine Zeitkonstante das sogenannte Überschwingen der Erzeuger, was als Reaktion auf Netzstörungen auftreten kann, minimiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit besonders dazu vorgesehen wie folgt das elektrische Versorgungsnetz zu stützen: Ändert sich zunächst die Netzspannung tran- sient, so bleibt die Stromeinspeisung im ersten Moment gleich, also wie vor der transien- ten Netzspannungsänderung. Bei einer Lastzuschaltung bei gleichzeitig untererregter Fahrweise der Windenergieanlage bzw. des Windparks, die bzw. der somit induktiv einspeist, springt die Phase an Anschlussklemmen der Windenergieanlage bzw. des Windparks zum Stromzeiger des eingespeisten Stroms hin. Durch Lastzuschaltung im elektrischen Versorgungsnetz, fällt die Versorgungsnetzspannung lokal normalerweise ab und die Frequenz im Netz sinkt. Durch die verzögerte Phasenwinkelsteuerung erhöht sich aber die Wirkleistungseinspeisung, um so die Frequenz des elektrischen Versorgungsnetzes zu stützten und gleichzeitig wird durch die verringerte untererregte Fahrweise der Windenergieanlage bzw. des Windparks die Spannung gestützt, weil der spannungssen- kende untererregte Blindstrom, der eingespeist wird, reduziert wird. Springt die Phase vom Stromzeiger weg, bspw. durch Lastabschaltung im elektrischen Versorgungsnetz, steigt die Versorgungsnetzspannung an. Die vorgeschlagene verzögerte Phasenwinkelsteuerung vermindert aber die Wirkleistungseinspeisung, um so die Frequenz des elektri- 5 sehen Versorgungsnetzes zu stützen und erhöht den induktiven Blindstrom, um den Spannungsanstieg zu verkleinern. Vorzugsweise verändert die Phasenwinkelsteuerung den Phasenwinkel in Abhängigkeit wenigstens einer im elektrischen Versorgungsnetz erfassten Netzspannung, insbesondere so, dass die Netzspannung auf einen vorgegebenen Spannungssollwert geregelt wird.

10 Der Phasenwinkel wird somit in Abhängigkeit der erfassten Netzspannung eingestellt.

Hierzu kann die Netzspannung beispielsweise am Netzanschlusspunkt des Erzeugers erfasst werden.

Vorteilhaft ist, dass die Netzspannung, insbesondere an verschiedenen Stellen im elektrischen Versorgungsnetz, auf einfache Art und Weise erfasst werden kann und das Verl s fahren somit ohne hohen Aufwand in bereits bestehenden Erzeugern, insbesondere Windenergieanlage, implementiert werden kann.

Bevorzugt wird der Phasenwinkel dabei so eingestellt, dass er die Netzspannung auf einen vorgegebenen Spannungssollwert regelt. Hierfür ist der vorgegebene Spannungssollwert frei parametrierbar und wird besonders bevorzugt auf einen Wert in einem Be- 20 reich zwischen 105% bis 1 10% der Netznennspannung eingestellt. Der das Verfahren verwendende Erzeuger ist somit dazu eingerichtet, die Netzspannung an seinem Netzanschlusspunkt auf einen Wert oberhalb der Netznennspannung zu regeln.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Erzeuger, insbesondere der Wind park, die durch Einspeisung verursachte Spannungserhöhung am Netzanschlusspunkt selbst durch 25 seine Blindleistungseinspeisung kompensiert.

Vorzugsweise wird der Phasenwinkel derart verändert, dass die Netzspannung an wenigstens einem vorgegeben Punkt im elektrischen Versorgungsnetz im Wesentlichen unverändert bleibt.

Der Phasenwinkel ist somit veränderbar, d.h. er variiert über die Zeit. Zudem wird der 30 Phasenwinkel dabei so eingestellt, dass die Netzspannung an einem Punkt im elektrischen Versorgungsnetz im Wesentlichen konstant bleibt. Bevorzugt ist dieser Punkt der Netzanschlusspunkt des Erzeugers, der das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Beispielsweise ist der Erzeuger ein Wind park und der vorgegebene Punkt ist der Netzanschlusspunkt des Windparks. Der Phasenwinkel wird dann in Abhängigkeit der erfassten Netzspannung so variiert, dass die Netzspannung am Netzanschlusspunkt im Wesentli- chen unverändert ist, beispielsweise 1 ,05 p.u. der Netznennspannung am Netzanschlusspunkt. Der Erzeuger speist somit eine elektrische Leistung, umfassend eine Blindleistungs- und eine Wirkleistungskomponente, derart am Netzanschlusspunkt ein, dass die Netzspannung am Netzanschluss konstant bleibt und im Wesentlichen einem vorgegebenen Spannungssollwert entspricht, beispielsweise 1 ,05 p.u. der Netznenn- Spannung. Wenn also das elektrische Versorgungsnetz am Netzanschlusspunkt des Erzeugers eine Netznennspannung von 10 kV aufweist, speist der Erzeuger die elektrische Leistung derart ein, dass sich am Netzanschlusspunkt eine Netzspannung von 10,5 kV einstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, einen Erzeuger elektrischer Energie, beispielsweise einen Wind park, so zu steuern, dass der Wind park die Netzspannung im elektrischen Versorgungsnetz an einem beliebigen, vorgebbaren Punkt im elektrischen Versorgungsnetz stützt bzw. stabil hält.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Punkt der Netzanschlusspunkt und die Netzspannung wird ebenfalls am Netzanschlusspunkt des Erzeu- gers erfasst.

Vorzugsweise wird der Phasenwinkel in Abhängigkeit einer Sollspannung verändert und die Sollspannung in einem Bereich von 105% bis 1 10% der Netznennspannung vorgegeben wird.

Der Phasenwinkel wird somit in Abhängigkeit einer Sollspannung verändert, wobei die Sollspannung, also ein Spannungssollwert, größer ist als die Netznennspannung.

Es wurde nämlich erfindungsgemäß erkannt, dass eine solche Wahl der Sollspannung, oberhalb der Netznennspannung das elektrische Versorgungsnetz ebenfalls entlastet, genauso wie das Nachführen des Phasenwinkels, also die erfindungsgemäße Verzögerungsfunktion. Hierdurch ergeben sich insbesondere synergetische Effekte in Bezug auf das Schwingungsverhalten des elektrischen Versorgungsnetzes. Insbesondere können hierdurch im Versorgungsnetz auftretende Netzpendelungen stärker gedämpft werden als bisher üblich, insbesondere so, dass die Gefahr eines System split oder eines Nack- out weiter minimiert wird. Eine solche Eigenschaft ist insbesondere in Bezug auf schwache elektrische Versorgungsnetze, wie beispielsweise in Brasilien, wünschenswert. Besonders können damit auch subsynchrone Schwingungsresonanzen, die auch als genannte SSR-Schwingungen bezeichnet werden, gedämpft werden. SSR- Schwingungen sind Schwingungen mit einer Frequenz, die niedriger ist, als die Netzfrequenz, bspw. 30Hz bei einer Netzfrequenz von 50Hz. Durch die vorgeschlagene verzögerte Nachführung ist eine solche Regelschwingung mit der Serienresonanz nicht ohne weiteres möglich, weil die Verzögerung der Phasenwinkelregelung das verhindert.

Vorzugsweise wird die wenigstens eine Zeitkonstante zur Veränderung der Verzog e- rungsfunktion variiert.

Die Zeitkonstante ist somit veränderbar. Insbesondere kann die Zeitkonstante im laufenden Betrieb verändert und somit an die vorherrschenden Netzbedingungen bzw. an den vorherrschenden Netzzustand angepasst werden. Beispielsweise ist die Zeitkonstante während eines sehr stabilen Netzzustandes kleiner eingestellt als bei einem weniger stabilen Netzzustand. Die Zeitkonstante wird somit bevorzugt dem Netzzustand bzw. dem vorherrschenden Netzzustand angepasst.

Vorzugsweise ist die Verzögerungsfunktion oder die wenigstens eine Zeitkontante zur Veränderung der Verzögerung über einen Adaptionsalgorithmus veränderbar, wobei die Adaption insbesondere in Abhängigkeit eines Netzzustandes durchgeführt wird. Die Verzögerungsfunktion oder die wenigstens eine Zeitkonstante werden somit im laufenden Betrieb mittels einer Adaption bzw. eines Adaptionsalgorithmus angepasst bzw. eingestellt. Die Adaption erfolgt dabei bevorzugt in Abhängigkeit eines Netzzustandes, beispielsweise in Abhängigkeit der erfassten Netzspannung. Die Zeitkonstante wird beispielsweise in Abhängigkeit der Abweichung der erfassten Netzspannung von der Netznennspannung eingestellt.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Einstellung oder Variation der Verzögerungsfunktion, sei es durch einen Adaptionsalgorithmus oder anderweitig, in Abhängigkeit der Netzsensitivität erfolgt. Die Netzsensitivität kann dabei als Verhältnis einer Spannungsänderung an dem Netzanschlusspunkt auf eine Änderung der Wirkleis- tungseinspeisung am Netzanschlusspunkt beschrieben werden. Vorzugsweise weist die Phasenwinkelsteuerung ein proportionales Übertragungsverhalten auf, so dass die Phasenwinkelsteuerung einen Phasenwinkel proportional zu einer Spannungsabweichung vorgibt, und die Verzögerungsfunktion weist eine Übertragungsfunktion 1. Ordnung, 2. Ordnung oder höherer Ordnung auf, insbesondere eine lineare Übertragungsfunktion.

Die Phasenwinkelsteuerung weist somit ein proportionales Verhalten auf. Dies kann beispielsweise mittels der Verwendung eines P-Reglers erreicht werden. Hierfür wird insbesondere die Spannungsabweichung, also die Abweichung der erfassten Netzspannung von der Netznennspannung oder die Abweichung der erfassten Netzspannung von einem vorgegebenen Spannungssollwert, verwendet.

Durch die erfindungsgemäße Zeitkonstante und das proportionale Verhalten der Phasenwinkelsteuerung reagiert die Phasenwinkelsteuerung besonders schonend auf Netzstörungen. Zur Realisierung einer solchen Phasenwinkelsteuerung werden bevorzugt PT- 1- oder PT2-Glieder verwendet, also Verzögerungsfunktionen 1. bzw. 2. Ordnung, die insbesondere eine lineare Übertragungsfunktion bilden.

Es wurde nämlich erkannt, dass die Verwendung von reinen I-Gliedern in Bezug auf die Netzstabilität nachteilig sein kann.

Vorzugsweise wird die wenigstens eine Zeitkonstante zur Veränderung der Verzögerung von extern vorgegeben, insbesondere durch einen Betreiber des elektrischen Versorgungsnetzes.

Die wenigstens eine veränderbare Zeitkonstante kann somit jederzeit vom Netzbetreiber vorgegeben werden. Der Netzbetreiber kann somit das Verhalten der Phasenwinkelsteuerung selbst einstellen, indem er die Zeitkonstante selbst verändert.

Dies ist besonders vorteilhaft in kritischen Netzsituationen, beispielsweise im Falle eines Netzwiederaufbaus. Hier kann es beispielsweise wünschenswert sein, dass die Phasenwinkelsteuerung eine besonders harte Regelcharakteristik aufweist. Der Netzbetreiber kann die Zeitkonstante dann entsprechend dieser Anforderung einstellen.

Vorzugsweise weist die Phasenwinkelsteuerung ein nichtlineares Übertragungsverhalten auf oder die Phasenwinkelsteuerung weist ein Übertragungsverhalten auf, welches durch eine Polynom-Funktion höherer Ordnung, bevorzugt wenigstens 3. Ordnung, abbildbar ist. Dadurch kann eine Amplitudenabhängigkeit der Phasenwinkelsteuerung erreicht werden, so dass bspw. für höhere Spannungsabweichungen eine stärkere Verstärkung erreicht werden kann.

Ein nichtlineares Verhalten kann beispielsweise durch eine Polynom-Funktion höherer Ordnung in der Phasenwinkelsteuerung implementiert werden.

Vorzugsweise führt die Phasenwinkelsteuerung den Phasenwinkel in Abhängigkeit einer Netzsituation des elektrischen Versorgungsnetzes nach, insbesondere in Abhängigkeit der Netzsensitivität des elektrischen Versorgungsnetzes nach.

Es wird somit vorgeschlagen die Phasenwinkelsteuerung adaptiv auszuführen, insbeson- dere so, dass dabei das elektrische Versorgungsnetz bzw. eine vorherrschende Netzsituation des elektrischen Versorgungsnetzes berücksichtigt wird.

Bspw. ist das elektrische Versorgungsnetz schwach ausgebildet, d.h. es gibt nur wenige Erzeuger und Verbraucher. In einem solchen Fall hätte die Phasenwinkelsteuerung einen großen Einfluss auf das Verhalten des elektrischen Versorgungsnetzes. Genau für sol- che, insbesondere speziellen, Netzsituationen wird nun vorgeschlagen, die Netzsituation entsprechend bei der Steuerung des Phasenwinkels zu berücksichtigen.

Besonders bevorzugt wird vorgeschlagen, dass der Phasenwinkel in Abhängigkeit der Netzsensitivität nachgeführt wird. Die Netzsensitivität wird dabei ferner bevorzugt als Änderung der Spannung des elektrischen Versorgungsnetzes zu einer Änderung der eingespeisten Wirkleistung angegeben. Die Phasenwinkelsteuerung weist somit bevorzugt ein nichtlineares Übertragungsverhalten auf.

Erfindungsgemäß wird zudem ein Erzeuger elektrischer Energie, insbesondere eine Windenergieanlage, vorgeschlagen, umfassend eine Erzeugereinheit zum Erzeugen einer elektrischen Leistung, die eine Phasenwinkelsteuerung aufweist, die dazu einge- richtet ist, ein vorstehend oder nachstehend beschriebenes Verfahren auszuführen.

Der Erzeuger elektrischer Energie ist somit bevorzugt eine Windenergieanlage. Die Windenergieanlage bzw. der Erzeuger umfasst eine Erzeugereinheit zum Erzeuger einer elektrischen Leistung, beispielsweise einen Leistungswechselrichter. Der Leistungswechselrichter wiederum weist eine Ansteuerung auf, die eine Phasenwinkelsteuerung um- fasst. wobei die Phasenwinkelsteuerung eine erfindungsgemäße Verzögerungsfunktion aufweist.

Hierdurch ist es möglich, dass die Windenergieanlage besonders schonend an der Netzregelung teilnehmen. Eine Windenergieanlage ist dazu besonders gut geeignet, weil sie einen Erzeuger bildet, der sehr schnell seine eingespeiste Leistung nach Höhe und Art verändern kann. Er kann damit sehr schnell regeln und reagieren und daher ist eine Verzögerung aktiv vorgebbar und einstellbar weil eine Windenergieanlage kein nennenswert, physikalisch bedingtes eigene Verzögerungsverhalten aufweist.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Wind park vorgeschlagen, umfassend wenigstens zwei Windenergieanlagen und eine Windparksteuereinheit, wobei die Windparksteuereinheit eine Phasenwinkelsteuerung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein vorstehend oder nachstehend beschriebenes Verfahren auszuführen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die die erfindungsgemäße Verzögerungsfunktion umfassende Phasenwinkelsteuerung in einer Windparksteuereinheit implementiert.

Hierdurch werden mehrere Windenergieanlagen zu einem Erzeuger elektrischer Energie zusammengefasst, wobei der Erzeuger das erfindungsgemäße Verhalten aufweist. Insbesondere ist die Verzögerungsfunktion in der Windparksteuereinheit implementiert. Auch ein Wind park kann im Grunde so schnell reagieren, wie eine Windenergieanlage und daher ist der Wind park auch gut für die Umsetzung der vorstehend beschriebenen Verfahren geeignet, wie schon zur Windenergieanlage erläutert wurde.

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage,

Fig. 2 zeigt schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Windparks und

Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Phasenwinkelsteuerung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 umfassend eine Erzeugereinheit zum Erzeugen einer elektrischen Leistung, die eine Phasenwinkelsteuerung aufweist, die mittels einer Phasenwinkelsteuerung, die eine Verzögerungsfunktion aufweist, die durch wenigstens eine Zeitkonstante gekennzeichnet ist, dazu eingerichtet ist, ein vorstehend oder nach- stehend beschriebenes Verfahren auszuführen.

Die Windenergieanlage weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an. Fig. 2 zeigt einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Windparks 200. Der Wind park 200 weist exemplarisch drei baugleiche Windenergieanlagen 210 auf. die über ein Wind parknetz 220 miteinander verbunden sind. Die Windenergieanlagen 210 umfassen eine Windenergieanlagensteuereinheit 212 und erzeugen jeweils eine elektrische Leistung umfassend eine Blindleistungskomponente, die über das Wind parknetz 220 mittels eines Windparktransformators 230, einer Zuleitung 240 und einem Netztransformator 250 an einem Netzanschlusspunkt PCC in das elektrische Verteilnetz 260 eingespeist wird.

Der Wind park 200 weist eine Windparksteuereinheit 270 auf. Die Windparksteuereinheit 270 weist eine Phasenwinkelsteuerung 300 auf, um den Phasenwinkel cp, der den Winkel zwischen dem Strom I und der Spannung U der eingespeisten elektrischen Leistung beschreibt, einzustellen. Hierzu weist die Phasenwinkelsteuerung 300 eine Verzögerungsfunktion auf, die durch wenigstens eine Zeitkonstante T1 gekennzeichnet ist.

Mittels der Kommunikationsschnittstelle 272 kann die wenigstens eine Zeitkonstante T1 von extern eingestellt werden, beispielsweise durch den Netzbetreiber. Auch kann über die Kommunikationsschnittstelle 272 die Sollspannung vorgeben werden, insbesondere in einem Bereich von 105% bis 1 10% der Netznennspannung U _N ENN-

Ferner weist die Windparksteuereinheit 270 eine Messeinrichtung 274 zum Erfassen der Netzspannung UGRID sowie eine Steuerschnittstelle 276 zum Steuern der Windenergieanlagen 210 auf. Insbesondere können über die Steuerschnittstelle 276 die von der Phasenwinkelsteuerung 300 berechneten Phasenwinkel φ1 , φ2, φ3 an die Windenergieanla- ge 210 übergeben werden. Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Phasenwinkelsteuerung 300 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform.

Die Phasenwinkelsteuerung 300 weist eine Verzögerungsfunktion 1 . Ordnung auf und bildet somit eine Übertragungsfunktion 1. Ordnung aus. Die Verzögerungsfunktion 310 weist eine Zeitkonstante T1 auf. die von extern vorgegeben wird. Dies kann beispielsweise durch den Netzbetreiber erfolgen. Der Netzbetreiber wiederum kann zur Veränderung der Verzögerung bzw. zur Einstellung der Zeitkonstante T1 einen Adaptionsalgorithmus verwenden.

Als Eingangsgrößen AU zum Einstellen des Phasenwinkels φ _Ν werden die erfasste Netzspannung U _G RID und eine Sollspannung U _S OLL verwendet, wobei die Sollspannung Usoii _. in einem Bereich von 105% bis 1 10% der Netznennspannung vorgegeben wird. Die Vorgabe kann dabei ebenfalls vom Netzbetreiber oder durch den Erzeuger selbst erfolgen.

Die Eingangsgröße AU ist somit eine Regelabweichung, nämlich die Differenz aus erfass- ter Netzspannung UGRID und vorgegebener Sollspannung USOLL-

Der Phasenwinkel cp _N wird somit aus der Regelabweichung AU bestimmt, wobei der Phasenwinkel <p _N ein verzögerter Phasenwinkel ist.

Der Phasenwinkel φ _Ν wird dann an die entsprechenden Steuereinheiten der Erzeuger übergeben. Der Phasenwinkel φ _Ν wird somit derart verändert, dass die Netzspannung an wenigstens einem vorgegebenen Punkt im elektrischen Versorgungsnetz im Wesentlichen unverändert bleibt.