PL206311B1 - Sposób sterowania elektrownią wiatrową i/albo zespołem elektrowni wiatrowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu sterowania elektrownią wiatrową i/albo zespołem elektrowni wiatrowych, zawierających wiele elektrowni wiatrowych, zwanym dalej parkiem wiatrowym.

Elektrownie wiatrowe i złożony z nich park wiatrowy są zwykle dołączone do sieci energetycznej, do której dostarczają prąd elektryczny. Cechą szczególną prądu doprowadzanego w przypadku elektrowni wiatrowych jest to, że znaczne wahania warunków wiatrowych oznaczają, że dostarczana moc ma również odpowiednie wahania. Jest to znaczna różnica w stosunku do generatorów energii, takich jak elektrownie atomowe, wodne, węglowe lub opalane gazem ziemnym, w których wprawdzie w dłuższych odcinkach czasu również stwierdzane są wahania, ale nie ma wahań mocy w stosunkowo krótkich odcinkach czasu. Dlatego elektrownie atomowe, wodne, opalane gazem ziemnym itd. są raczej wykorzystywane do zasilania podstawowego obciążenia sieci, a tylko na terenach o ciągłych wiatrach również elektrownie wiatrowe są w stanie zasilać prądem podstawowe obciążenie sieci.

Wszędzie tam, gdzie do sieci dołączone są elektrownie wiatrowe, które dostarczają energię podlegającą silnym wahaniom, dystrybutor energii elektrycznej musi często wprowadzać do sieci środki stabilizujące lub wspomagające, ponieważ chce, aby w sieci nie było wahań prądu i napięcia.

Celem niniejszego wynalazku jest uniknięcie wymienionych wad lub przynajmniej zmniejszenie ich.

Zadanie to rozwiązano według wynalazku za pomocą sposobu sterowania elektrownią wiatrową i/lub zespołem elektrowni wiatrowych wyposażonych w urządzenie regulacyjne składające się z prostownika, falownika i mikrokomputera do regulacji mocy przekazywanej do sieci energetycznej, charakteryzuje się tym, że dokonuje się regulacji napięcia, fazy i prądu zasilającego sieć energetyczną za pomocą falownika, przyjmując za parametr sterowania moc pozorną i ustawiając ją na wartość stałą.

Tak więc, zgodnie z wynalazkiem niezależnie od chwilowego wiatru i mocy czynnej, wytwarzanej w elektrowni wiatrowej, taka elektrownia wiatrowa lub park wiatrowy zawsze dostarcza do sieci stałą moc pozorną. Jeżeli dostępna moc czynna wzrasta z powodu silnego wiatru, udział mocy biernej jest odpowiednio zmniejszany.

Zaleta wynalazku polega na stabilizującym lub wspomagającym oddziaływaniu na sieć energetyczną. Jeżeli oddawana jest mała moc czynna, na przykład na skutek słabego wiatru, jakość sieci można polepszyć przez przekazanie mocy biernej. To z kolei powoduje zmniejszenie wahań napięcia, co może oznaczać, że dostarczanie energii elektrycznej do sieci trzeba zmniejszyć, jeżeli napięcie w sieci osiągnie górną wartość graniczną. Odpowiedni udział mocy biernej można regulować tak, ż e jest ona pojemnościowa lub indukcyjna.

Jeżeli jest wystarczająca moc czynna, jest ona oddawana do sieci i wspiera sieć przy wahaniach poboru mocy. Pozostający udział mocy biernej może z kolei być dostarczany w znany sposób, jako moc bierna indukcyjna lub pojemnościowa.

Elastyczna regulacja gradientu mocy (dP/dt) umożliwia dostosowanie do możliwości odbioru sieci, jeśli chodzi o gwałtowne zmiany mocy. Nawet w sieci z dominującym udziałem energii z elektrowni wiatrowych opisane zarządzanie mocą pozorną można, aby uzyskać oszczędności, uwzględnić już w fazie planowania, zwłaszcza jeśli chodzi o niezbędne środki wzmacniające sieć.

Wynalazek nie tylko umożliwia wykorzystywanie w optymalny sposób wiatru działającego na elektrownię wiatrową i przetwarzanie go w energię elektryczną. Dzięki niemu sieci mogą nie tylko pracować bez zakłóceń, ale są również wspomagane, jeśli chodzi o ich sprawność eksploatacyjną. Podwyższa się ogólnie jakość dostarczanego do sieci prądu lub standard całej elektrowni wiatrowej, która przyczynia się również aktywnie do jakości sieci, co jest możliwe dzięki regulacji mocy pozornej elektrowni wiatrowej według wynalazku.

Wynalazek jest dokładniej opisany poniżej na podstawie przykładu realizacji w odniesieniu do rysunków, na których:

fig. 1 przedstawia wykres mocy biernej i mocy czynnej w funkcji czasu dla sterowania elektrownią wiatrową, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu regulacji elektrowni wiatrowej.

Figura 1 przedstawia wykres mocy biernej Q i mocy czynnej P w funkcji czasu t dla sterowania elektrownią wiatrową według wynalazku.

Jak pokazano na wykresie, wartości mocy czynnej P i mocy biernej Q zachowują się odwrotnie, czyli przy zwiększaniu się mocy czynnej P maleje moc bierna Q i odwrotnie. Suma kwadratów mocy czynnej P i mocy biernej Q jest w każdym przypadku stała. Fig. 2 przedstawia urządzenie regulacyjne do realizowania sterowania elektrowni wiatrowej według wynalazku. Urządzenie regulacyjne elektrowni

PL 206 311 B1 wiatrowej po pierwsze ma prostownik 16, w którym prostowane jest napięcie prądu przemiennego wytwarzanego przez generator elektrowni wiatrowej (obwód pośredni napięcia prądu stałego). Falownik 18 dołączony do prostownika przetwarza napięcie prądu stałego, które jest początkowo takie samo w obwodzie pośrednim, w napięcie prądu przemiennego, które jest podawane do sieci w postaci trójfazowego napięcia prądu przemiennego poprzez linie L1, L2 i L3. Falownik 18 jest sterowany za pomocą mikrokomputera 20, który jest częścią całego urządzenia regulacyjnego. W tym celu z falownikiem 18 jest sprzężony mikroprocesor. Parametrami wejściowymi regulacji napięcia i fazy, jak również nastawy prądu, z którymi energia elektryczna, wytwarzana przez elektrownię wiatrową, jest wprowadzana do sieci, są moc pozorna S, moc czynna P generatora, współczynnik mocy pozornej cos φ oraz gradient mocy dP/dt. Zależnie od wytwarzanej mocy czynnej również moc bierną, przy zadanej mocy pozornej, reguluje się korzystając ze wzoru:

s = Vp² + Q²

Oczywiście, w razie konieczności, jest również możliwe dokonanie zmiany celu regulacji, kiedy przykładowo trzeba zapewnić, by moc czynna lub moc bierna nie przewyższyła określonej wartości. Jeżeli na przykład wymagane jest przez dystrybutora energii elektrycznej, aby do sieci wprowadzana była zawsze określona moc bierna, trzeba to uwzględnić przez odpowiednią regulację. Wprowadzanie według wynalazku stałej mocy pozornej do sieci energetycznej lub oferta wprowadzania stałej mocy pozornej do sieci energetycznej powoduje, że przy wahaniach mocy czynnej moc bierną odpowiednio reguluje się przeciwstawnie wobec zmian mocy czynnej tak, aby uzyskiwać stałą moc pozorną.

Aby przy stałej mocy pozornej zawsze jeszcze można było interweniować w sieci, można oczywiście celowo zmniejszać również moc czynną wytwarzaną przez elektrownię wiatrową (np. przez przekręcanie łopat wirnika), aby w ten sposób umożliwić wprowadzanie do sieci większego udziału mocy biernej (pojemnościowej lub również indukcyjnej). Takimi środkami można nawet przy teoretycznie większej dostępnej mocy czynnej mieć jeszcze odpowiedni pozytywny wpływ na sieć.

Dla wynalazku według niniejszego zgłoszenia naczelnym celem nie jest utrzymywanie stałego napięcia, ale wpływanie na napięcie sieci zgodnie z życzeniami operatora sieci. Przez uzupełnianie wkładu mocy czynnej przez wkład mocy biernej możliwe jest zwiększanie poziomu napięcia w sieci do żądanej wartości. Oczywiście działania te są zależne między innymi również od topologii sieci. Przy dużym poborze mocy biernej w pobliżu elektrowni wiatrowej nie trzeba przesyłać mocy biernej przez sieć na dalekie odległości z odpowiednimi stratami, ale można ją dostarczać przez elektrownię wiatrową stosunkowo blisko do odbiorcy.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób sterowania elektrownią wiatrową i/lub zespołem elektrowni wiatrowych wyposażonych w urządzenie regulacyjne składające się z prostownika, falownika i mikrokomputera do regulacji mocy przekazywanej do sieci energetycznej, znamienny tym, że dokonuje się regulacji napięcia, fazy i prądu zasilającego sieć energetyczną (L1, L2, L3) za pomocą falownika (18), przyjmując za parametr sterowania moc pozorną (S) i ustawiając ją na wartość stałą.