SK13052003A3 - Spôsob prevádzkovania veternej elektrárne - Google Patents

Description

Spôsob prevádzkovania veternej elektrárne

Oblasť techniky

Predkladaný vynález sa týka spôsobu prevádzkovania veternej elektrárne s elektrickým generátorom, ktorý je poháňateľný rotorom na dodávanie elektrického výkonu elektrickému spotrebiču, obzvlášť elektrickej sieti.

Vynález sa týka ďalej veternej elektrárne s rotorom a s elektrickým generátorom spriahnutým s rotorom na dodávanie elektrického výkonu elektrickému spotrebiču, obzvlášť elektrickej sieti.

Doterajší stav techniky

Pri známych veterných elektrárňach na vyrábanie elektrickej energie z veternej energie je generátor prevádzkovaný s elektrickým spotrebičom, často elektrickou sieťou, v paralelnej prevádzke. T. j., kým veterná ponuka vystačí s jednou, bude veterná elektráreň vyrábať elektrickú energiu a privádzať do siete.

Keď však v sieti dôjde k nejakej poruche, napr. v dôsledku krátkeho skratu v sieti, sú veterné elektrárne dosiaľ odpojené od siete a napojené na sieť iba po obnovení normálnych prevádzkových podmienok.

Týmto nie je po výskyte poruchy viac možná rýchla podpora siete, ktorá je žiaduca zvlášť pri veľkých kolísaniach napätia príp. príkonu.

Podstata vynálezu

Úlohou predkladaného vynálezu je preto načrtnúť riadenie pre jednu alebo viaceré veterné elektrárne, ktoré vzdoruje čo najrozsiahlejšie kolísaniam v sieti.

Táto úloha je podľa spôsobu v úvode pomenovaného druhu riešená tým, že výkon dodávaný generátorom spotrebiču je regulovaný v závislosti od prúdu dodávaného spotrebiču.

Pri zariadení v úvode pomenovaného druhu je úloha riešená regulačným zariadením so snímačom prúdu na snímanie elektrického prúdu dodávaného spotrebiču, takže výkon dodávaný generátorom spotrebiču je regulovateľný v závislosti od prúdu snímaného senzorom prúdu.

Týmto spôsobom môže pri kolísajúcich požiadavkách na výkon zo siete byť vyrábaný a privádzaný potrebný výkon.

Aby sa v prípade nejakej poruchy v sieti, napr. v dôsledku krátkeho spojenia v sieti, zabránilo preťaženiu častí veternej elektrárne a/alebo siete, je veterná elektráreň riadená takým spôsobom, aby prúd dodávaný do siete neprekračoval vopred danú hodnotu.

V jednej zvlášť uprednostnenej forme uskutočnenia vynálezu je výška toho maximálne dodávateľného prúdu regulovaná pre každú fázu siete, aby na jednej strane bolo možné sieť tak čo najrozsiahlejšie podporovať bez toho, aby sa na druhej strane komponenty vystavili ohrozeniu poškodenia.

Zvlášť uprednostnené môže byť pri tom veterná elektráreň prevádzkovaná prostredníctvom externého vstupu zodpovedajúc predbežne zadaným hodnotám vzdialenej riadiacej centrály. Týmto spôsobom môže napr. nejaký podnik zásobovania energiou vyžadovať od veternej elektrárne prúd práve potrebný na podporu siete.

Ďalšie výhodné formy uskutočnenia sú uvedené v dodatočných patentových nárokoch.

Prehľad obrázkov na výkresoch

V nasledujúcom je jedna forma uskutočnenia vynálezu bližšie opísaná na základe obrázkov. Pritom ukazujú:

obrázok 1 obrázok 2 obrázok 3 veternú elektráreň napájajúcu sa do siete v zjednodušenom znázornení;

regulačné zariadenie podľa vynálezu na prevádzkovanie veternej elektrárne; a blokovú schému podstatných súčastí riadiaceho a regulačného usporiadania.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Veterná elektráreň 2 zjednodušene znázornená na obrázku 1 s rotorom 4 je spojená s elektrickou sieťou 6, ktorá môže byť napríklad verejná sieť. Na sieť sú napojené viaceré elektrické spotrebiče 8.. Elektrický generátor veternej elektrárne 2, neznázornený na obrázku 1, je spriahnutý s elektrickým riadiacim a regulačným usporiadaním 10, ktoré striedavý prúd vyrobený v generátore najprv usmerní a nadväzne premení na striedavý prúd s frekvenciou zodpovedajúcou sieťovej frekvencii. Namiesto siete 6 by mohol byť tiež jednotlivý spotrebič zásobovaný elektrickou energiou od veternej elektrárne 2. Riadiace a regulačné usporiadanie 10 obsahuje regulačné zariadenie podľa vynálezu.

Obrázok 2 znázorňuje regulačné zariadenie podľa vynálezu. Zjednodušene znázornený rotor 4 je spriahnutý s generátorom 12, ktorý dáva k dispozícii elektrický výkon, ktorý závisí od rýchlosti vetra a tým výkonu vetra. Striedavý prúd vyrobený v generátore 12 je najprv usmernený a nadväzne premenený na striedavý prúd, ktorý má frekvenciu zodpovedajúcu sieťovej frekvencii.

S pomocou snímača prúdu (neznázornené) je zisťovaný prúd privádzaný do siete 6 (obrázok 1). Pritom je prúd porovnávaný s vopred danou hodnotou I(max).

Keď prúd privádzaný do siete 6 prekračuje vopred danú maximálnu hodnotu I(max), je výkon vyrábaný celou veternou elektrárňou (a/alebo,jej generátorom) nastavený regulačným zariadením tak, aby privádzaný prúd neprekračoval vopred danú hraničnú hodnotu I(max). Pri krátkom spojení sa toto môže napríklad udiať tým, že veterná elektráreň privádza do siete zreteľne menší výkon ako predtým, ktorá tým privádzaný výkon nasadzuje nie do siete, ale iným spôsobom mimo siete, napríklad pre dumpload (odpor) alebo privádzanie výkonu nedodávaného do siete do kondenzátorov alebo iných medzizásobníkov. Len čo je sieť potom opäť úplne k dispozícii, môže byť tiež naakumulovaná energia opäť dodávaná do siete.

Týmto spôsobom môže dokonca pri krátkom spojení v sieti veterná elektráreň dodávať naďalej výkon do siete a podporovať sieť bez toho, aby v dôsledku krátkeho skratu prekročil prúd vopred danú hraničnú hodnotu.

Obrázok 3 ukazuje súčasti riadiaceho a regulačného usporiadania 10 na obrázku 1. Riadiace a regulačné usporiadanie 10 má usmerňovač 16. v ktorom je usmerňovaný striedavý prúd vyrábaný generátorom. Menič 18 spojený s usmerňovačom 16 premieňa jednosmerný prúd opäť na striedavý prúd, ktorý má frekvenciu zodpovedajúcu sieťovej frekvencii. Tento prúd je privádzaný do siete 6 cez tri fázy Ll, L2 a L3. Menič 18 je riadený pomocou mikropočítača 20, ktorý je časťou regulačného zariadenia. Nato je mikroprocesor 20 spriahnutý s meničom 18. Ako vstupné veličiny pre reguláciu prúdu, s ktorým elektrický výkon daný k dispozícii veternou elektrárňou 2 je privádzaný do siete 6, sú určené aktuálny prúd príp. aktuálne prúdy, sieťová frekvencia, elektrický výkon P generátora, účinník coscp ako aj gradient výkonu dP/dt. V mikroprocesore 20 je uskutočňovaná regulácia, podľa vynálezu, prúdu, ktorý sa má privádzať. Pritom je prúd na každej z fáz Ll, L2 a L3 separátne zaznamenávaný a svojou veľkosťou zohľadnený v regulácii podľa vynálezu.

Keď stúpne meraný prúd(veľkosť) hodnota I(skut.) jednej fázy nad vopred stanovenú maximálnu hodnotu, menič 18 je riadený tak, že prúd(veľkosť) klesne pod vopred daný maximálny prúd I(max) a potom z veternej energie vyrobená elektrická energia, ktorá nie je privádzaná do siete na základe ohraničenia prúdu, je používaná iným spôsobom, napríklad dávaná cez odpor (dumpload) alebo kumulovaná v medzizásobníku (napr. kondenzátor, ultracap).

Pritom môže riadenie veternej elektrárne pracovať samočinne. Veterná elektráreň zaznamenáva potom krátky skrat v sieti napr. prostredníctvom mo5 nitorovania napätí jednotlivých fáz siete a/alebo ich fázovej polohy. Keď sú pre napätia a/alebo fázové rozdiely dosiahnuté vopred dané hraničné hodnoty, rozpozná veterná elektráreň krátky skrat a pracuje podľa algoritmu plánovaného pre tento prípad.

Prostredníctvom externého prístupu 22 vyplýva, napr. pre podnik zásobovania energiou, na ktorého sieť je veterná elektráreň napojená, že jestvuje možnosť zasiahnuť do prevádzky veternej elektrárne a zmeniť napríklad veľkosť prúdu, ktorý sa má privádzať, druh prúdu (činný prúd, jalový prúd) a/alebo fázový uhol a/alebo fázovú polohu atď. Týmto spôsobom môže podnik zásobovania energiou presne nastaviť pre výkon privádzaný veternou elektrárňou do siete tie hodnoty (prúd, napätie, elektrický výkon), ktoré zodpovedajú potrebe prevádzkovateľa siete.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob prevádzkovania veternej elektrárne s elektrickým generátorom poháňateľným rotorom na dodávanie elektrického výkonu elektrickému spotrebiču, zvlášť elektrickej sieti, vyznačujúci sa tým, že výkon dodávaný generátorom (12) spotrebiču (6) je regulovaný v závislosti od prúdu dodávaného spotrebiču (6).
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že výkon dodávaný generátorom (12) spotrebiču je regulovaný v závislosti od veľkosti prúdu dodávaného spotrebiču.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že prúd je striedavý prúd s vopred danou frekvenciou.
4. 4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že vopred daná frekvencia v podstate zodpovedá sieťovej frekvencii.
5. 5. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že dodávaný prúd neprekračuje vopred danú veľkosť, má vopred danú fázovú polohu a/alebo obsahuje vopred daný podiel jalového prúdu.
6. 6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že pri viacfázových systémoch veľkosť, fázová poloha a/alebo podiel jalového prúdu pre každú fázu neprekračujú vopred danú hodnotu.

   Ί
7. 7. Spôsob podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúci sa tým, že pre každú fázu je vopred daná hodnota nezávislá od ostatných fáz.
8. 8. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že prúd pre každú fázu postihnutú krátkym skratom je v momente krátkeho skratu ohraničený na momentálnu hodnotu.
9. 9. Veterná elektráreň, obzvlášť na uskutočnenie spôsobu podľa predchádzajúcich nárokov, s rotorom a elektrickým generátorom spriahnutým s rotorom na dodávanie elektrického výkonu do elektrickej siete, vyznačujúca sa tým, že zahrnuje regulačné zariadenie so snímačom prúdu na snímanie elektrického prúdu dodávaného do siete (6), takže výkon odovzdávaný do siete (6) generátorom je regulovateľný v závislosti od prúdu snímaného snímačom prúdu.
10. 10. Veterná elektráreň podľa nároku 9, vyznačujúca sa tým, že regulačné zariadenie má mikroprocesor (20).
11. 11. Veterná elektráreň podľa jedného z nárokov 9 alebo 10, vyznačujúca sa tým, že zahrnuje externý riadiaci vstup (22) na predávanie dát na regulačné zariadenie.
12. 12. Veterná elektráreň podľa jedného z nárokov 9 až 11, vyznačujúca sa tým, že zahrnuje zariadenie na záznam krátkeho skratu v sieti.
13. 13. Veterná elektráreň podľa nároku 12, vyznačujúca sa tým, že zahrnuje snímacie zariadenie napätia na záznam napätia aspoň jednej fázy v sieti.
14. 14. Veterná elektráreň podľa nároku 12 alebo 13, vyznačujúca sa tým, že zahrnuje fázový snímač na záznam fázovej polohy prúdov a/alebo napätí aspoň jednej fázy v sieti.
15. 15. Veterná elektráreň podľa jedného z nárokov 9 až 14, s generátorom na dodávanie elektrického výkonu do elektrickej siete, vyznačujúca sa tým, že veterná elektráreň zostáva v sieti, keď sa v sieti vyskytne krátky skrat alebo porovnateľná prevádzková porucha, napríklad napätie prijme hodnotu, ktorá sa od požadovanej hodnoty odchyľuje viac ako 20 % a prednostne viac ako 40 %.
16. 16. Veterná elektráreň podľa jedného z nárokov 9 až 14, s generátorom na dodávanie elektrického výkonu do elektrickej siete a externým riadiacim vstupom s predávaním dát na regulačné zariadenie veternej elektrárne, vyznačujúca sa tým, že príkazy na spínanie sú prijímané od prevádzkovateľa siete alebo zásobovateľa energiou, ktorý sieť prevádzkuje, cez externý riadiaci vstup, a veterná elektráreň je riadená v závislosti od týchto riadiacich signálov od prevádzkovateľa siete podľa potreby prevádzkovateľa siete, a týmto je do siete privádzaný elektrický výkon, napríklad účinník, výkon vetra, prúdová poloha, napäťová poloha alebo fázová poloha vo forme, ako je toto požadované od prevádzkovateľa siete.