动态风力发电站的制作方法

本发明涉及一种用于尤其借助于多个风电场来控制配电网的方法，以及这种风电场。

背景技术：

配电网、例如德国传输电网或欧洲联合电网通常具有多个发生器和消耗器。

为了能够更好地调控在发生器和消耗器之间的负载流，配电网因此通常在地理上划分为调控区并且分配给各个运营商、即所谓的电网运营商。

这尤其导致，每个调控区自身刚性地规定，并且尤其具有刚性的发生器-消耗器结构。

那么，借助于所谓的电网控制中心对配电网的这些调控区或这些部段进行真正调控，所述电网控制中心基本上设立用于，控制调控区的发生器。

缺点在此尤其是刚性结构，尤其在可再生能量方面，所述刚性结构不充分利用配电网的全部潜能。

德国专利商标局已经在本申请的优先权申请中检索到以下现有技术：wo2016/120240a1、de102013222277a1、de102015102430a1和us2015/003945a1。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是，解决上述问题中的一个问题，改进一般的现有技术或提供对至今已知方案的替代方案。尤其应借助于风电场来实现配电网的改进的可控制性。

根据本发明，提出一种用于尤其在临界电网情形下控制具有电网额定电压的配电网的方法，其中设有用于控制配电网的电网控制中心，并且配电网具有至少一个调控区域，所述调控区域包括多个彼此在空间上分离的风电场，所述方法包括如下步骤：尤其根据天气预测，查询风电场的可用功率；尤其根据查询到的可用功率，优选地由电网运营商在调控区域内规定调控节点；在计算出的调控节点处将一定数量的风电场组合成风力发电站；尤其通过电网控制中心借助于风力发电站控制单元来控制风力发电站，使得在调控区域中提供所需的电压质量和/或频率稳定性和/或不间断的可用性。

因此，尤其提出一种用于控制配电网的方法。配电网也可以称为电力网，或者可以是电力网的一部分。但是，配电网尤其至少包括共同经过由电流线路构成的网络连接的多个发生器和消耗器。配电网还具有电网额定电压，并且优选地由电网运营商借助于至少一个调控区域和电网控制中心来控制或调控。例如，配电网是由配电网的运营商借助于电网控制中心调控的调控区域。调控区域本身又具有多个在空间上分离的风电场。风电场又包括多个风能设施，这些风能设施产生电功率并且将其借助于共同的风电场电网馈入到配电网或调控区域中。

在根据本发明的方法的第一步骤中，首先在风电场中调用可用功率。这例如可以由电网运营商借助于电网控制中心来进行，所述电网控制中心例如与风电场的风电场控制单元连接。为此，在考虑天气预测的情况下，风电场优选地提供关于未来可用功率的预测。因此，电网运营商在其调控区域的所有风电场中查询：在考虑天气的情况下，电网运营商在接下来的数小时内能够提供多少电功率。

然后，根据所述查询到的可用功率，电网运营商例如规定调控节点或计算调控节点。也就是说，在考虑可用功率的情况下，电网运营商对其调控区域例如执行负载流计算，并且据此为其调控区域寻找运行最优的调控节点。

然后，尤其在考虑调控节点的情况下，选择适当数量的风电场，并且将其组合成风力发电站。风电场的组合在此尤其动态地进行，也就是说在供电网正在运行时不同的风电场在一定时间内共同构成风力发电站。这也尤其意味着，调控区域具有至少一个调控节点，风力发电站在所述调控节点处工作。因此，风力发电站的风电场优选地针对所述调控节点调控在调控区域内的特定网点。简而言之，风力发电站的风电场构成虚拟发电厂、即风力发电站。因此，风力发电站也可以在功能单元的意义上理解为虚拟发电厂。

然后，所述风力发电站尤其由电网运营商或电网运营商的电网控制中心借助于风力发电站控制单元来调控。所述风力发电站控制单元例如可以是如下控制单元，所述控制单元是电网控制中心的组成部分并且与风电场的风电场控制单元连接。

在此优选地借助于风力发电站控制单元来控制风力发电站，使得在调控区域中提供所需的电压质量和/或频率稳定性和/或不间断的可用性。

尤其在此重要的是要理解，根据本发明的方法不在于，共同地彼此刚性地运行两个相邻的风电场，而是在电网临界的情形下将在操作上彼此独立的风电场组合成虚拟的风力发电站，所述虚拟的风力发电站针对调控区中的特定点、调控节点调控。

因此，风力发电站尤其是虚拟的且动态变化的风力发电站，所述风力发电站包括尤其对于临界电网情形激活的多个在空间上分离的风电场。

尤其，临界电网情形也包括，停用或关闭可能的市场，例如对于调控功率的市场，即尤其可能的电力交易不再对配电网或调控区内的功率产生和功率控制具有影响。

在一个优选的实施方式中，风力发电站包括至少三个风电场，其中至少两个风电场以至少10km的线路长度间隔开。

在一个优选的实施方式中，供电网是中压电网或高压电网，尤其具有大于10kv、优选20kv、尤其优选50kv的电网额定电压。

优选地，在最小可用性的情况下根据预设的最小功率来组合一定数量的风电场，优选其中预设的最小功率取决于调控区域的大小。

因此尤其提出，为风力发电站预设例如50mw的最小功率，所述最小功率必须在考虑例如95％的可用性的情况下通过在调控节点处组合成风力发电站的风电场提供。

优选地，在此在考虑例如5gw的调控区域的大小的情况下预设最小功率。

因此尤其也提出，在风力发电站的大小的情况下考虑调控区域的大小。

风力发电站的大小也可以根据情况而发生改变，尤其根据配电网或调控区域的状态而变化。因此，例如电网运营商可以在电网重建的早期阶段中、即在有电压的较小的电网区域情况下定义一个或多个风力发电站，所述风力发电站例如提供20mw的安全功率。在随后的阶段中、即在有电压的较大的电网区域的情况下，电网运营商随后可以将具有例如100mw的安全功率的风电场组合成风力发电站。

此外，尤其也提出，从配电网的特定大小、例如20gw开始，使用多个调控区和/或多个风力发电站并且替选地还使用多个调控节点。

优选地，调控节点的规定以及此外或替选地在计算出的调控节点处将一定数量的风电场组合成风力发电站动态地进行。

因此尤其提出，连续地和/或迭代地执行在上文中或在下文中描述的方法，更确切地说，优选地使得这些风电场动态地进行相互之间的切换(agitation)以形成风力发电站。例如，调控区域具有四个风电场，其中第一风电场和第二风电场组合成风力发电站。但是，在不确定的时间之后更有利的是，例如第二和第三风电场构成风力发电站。根据本发明的方法考虑了这一点。

临界电网情形优选地是以下列表中的情形：电压骤降、电力故障、瞬态过程、系统分裂、频率过低、频率过高。

尽管根据本发明的方法适用于配电网的所有电网状态、即例如安全电网状态，但是尤其提出，在临界电网状态或电网情形下使用所述方法，即在存在大规模停电的高的发生风险并且需要立即处理，例如将配电网分为各个子电网、例如所谓的系统分裂的情况下。

对此的实例是电压骤降，即当配电网的电网电压小于额定电网电压的0.9p.u.(标幺值)时；电力故障，即当配电网的电网电压小于电网电压的0.1p.u.时；瞬态过程，即非稳态的或不稳定的电网过程；频率过低，即尤其当电网频率低于额定电网频率的0.98p.u.时；或频率过高，即尤其当电网频率高于额定电网频率的1.02p.u.时。

临界电网情形尤其也包括，停用或关闭可能的市场，例如对于调节功率的市场，即尤其可能的电力交易不再对配电网或调控区内的功率产生和功率控制具有影响。

也可考虑，使用其他标准，或者电网控制中心决定，临界状态已经发生或是预期的。例如，这可能由于天气情况、失效的线路、失效的发电站或也由于过载的运行机构而触发。

优选地控制配电网，以便在调控区中产生稳定的电压，所述稳定的电压处于电网额定电压的90％与110％之间或0.9p.u.与1.1p.u之间。

因此，尤其还提出，控制风力发电站，使得配电网或调控区域具有稳定的电压。

优选地，风力发电站至少具有100mw、优选200mw、更优选400mw的额定功率，和/或风力发电站至少具有40mw、优选80mw、更优选160mw的预测的实际功率。

因此尤其提出，将风电场组合成，使得风力发电站具有一定大小。

由此，根据本发明的方法尤其对配电网或调控区域的系统性能具有较大的影响。

风力发电站的一个风电场优选地距风力发电站的另一风电场最多100km线路长度，其中风电场在此优选地彼此电连接，或者处于相同的调控区域中，或者连接到相同的上级电网层上。

因此尤其提出，对风力发电站进行局部限制。

由此，在各个风力发电站之间的可能的损失对风力发电站的可控制性具有较小的影响。

如果配电网具有大于例如100km线路长度的更大的规模，则还提出，控制具有多个调控区域的配电网，如在上文中或在下文中所描述的那样。

优选地，根据至少一个天气预测来计算可用功率，尤其利用小于1的风险因子、优选地利用概率分布来计算。

因此尤其提出，根据天气预测并且优选根据例如0.95的风险因子或利用概率分布来确定可用功率。为此，例如可以使用天气预测的概率分布，或者可以采用固定的概率漏斗。

因此尤其提出，根据预测和概率分布来计算功率，所述功率在例如15分钟的时间段内以95％可用。

此外或替选地，还使用风险因子。因此，风电场例如根据天气预测在预设的时间段内产生可用功率，例如在接下来的2小时内产生风电场额定功率的50％。然后将所述值加载危险因子，即在这种情况下为50乘以0.95。据此，在接下来的两小时内，向电网运营商报告风电场额定功率的47.5％，即在接下来的两小时内，在10mw的风电场的情况下报告4.75mw。

优选地，至少根据调控区域状态和/或调控区域大小和/或当前调控区域负载和/或调控节点的位置，将风电场组合成风力发电站或对应地选择风电场。

因此尤其提出，不仅根据可用功率将风电场组合成风力发电站，而且还考虑调控区域的特性和/或调控节点的位置。

优选地，组合成风力发电站的风电场的数量也取决于调控区域状态和/或调控区域大小和/或当前调控区域负载和/或调控节点的位置，并且与风力发电站额定功率相关。

因此尤其也提出，构成风力发电站的风电场的数量取决于调控区域的特性。因此，例如在一些情况下有利的可以是，例如将两个50mw风电场组合成风力发电站，而在另一些情况下，将四个25mw风电场组合。

优选地，尤其由电网运营商预设期望值，用于控制风力发电站，所述期望值包括有功功率和/或无功功率和/或期望频率和/或有功功率-频率-电流下垂(statik)和/或期望电压和/或无功功率-电压-电流下垂。

因此尤其提出，通过上述或下述期望值来控制风力发电站，尤其通过电网运营商、例如借助于与风力发电站调控器连接的电网控制中心来控制风力发电站。

根据本发明，还提出一种具有风电场控制单元的风电场，所述风电场控制单元设立用于，参与上述或下述用于控制配电网的方法。

根据本发明，还提出这种风电场的风能设施。

附图说明

现在在下文中示例性地并且根据实施例参考附图来详细阐述本发明，其中相同的附图标记用于相似的或功能相同的部件。

图1示出一个实施方式中的根据本发明的风电场的根据本发明的风能设施的示意图，

图2示出一个实施方式中的根据本发明的风电场的示意构造，

图3示出一个实施方式中的根据本发明的方法的示意流程图，

图4a示意性示出配电网的调控区域，

图4b示出配电网中的风力发电站的构造，尤其对风电场的可用功率的查询，

图4c示出配电网中的风力发电站的构造，尤其调控节点的规定。

图4d示出配电网中的风力发电站的构造，尤其风电场组合成风力发电站以及随后的控制。

具体实施方式

图1示出根据本发明的风电场的风能设施100。

为此，风能设施100具有塔102和吊舱104。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和整流罩110的空气动力学转子106。转子106在运行中通过风置于旋转运动并且由此驱动吊舱104中的发电机。由此，发电机产生电流，所述电流借助于全功率变流器施加到风能设施变压器上，所述风能设施变压器与风电场电网连接。

图2示出一个实施方式中的根据本发明的风电场1000的示意性构造。

风电场1000包括多个风能设施1100，如例如在图1中所示，所述多个风能设施经由共同的风电场电网1200彼此连接。

风电场电网1200借助于风电场变压器1300连接到配电网2000上，以便馈入由各个风能设施电功率pwea的总和组合的风电场电功率ppark。

此外，风电场1000具有用于控制风电场1000的风电场控制单元1400。

风电场控制单元1400包括风力发电站接口1410、电网运营商接口1420和风能设施接口1430。

风力发电站接口1410至少设立用于，从风力发电站控制单元3000接收期望值swpp。

电网运营商接口1420至少设立用于，从电网控制中心4000、尤其电网运营商接收期望值sgo，并且尤其根据天气预测将可用功率pavail传输给电网控制中心4000。

风能设施接口1430设立用于，将期望值swf、例如有功功率期望值传送给风电场1000的风能设施1100，以便控制风电场1000和尤其风电场电功率ppark。

为此，风能设施1100分别具有至少一个风能设施控制单元1180，所述风能设施控制单元接收风电场控制单元1400的期望值swf并且设立用于，至少以运行参数组运行。

风电场控制单元1400优选地还具有电网监控装置1440，所述电网监控装置设立用于检测至少一个电网变量、如例如电网电压ugrid。

图3示出根据本发明的用于控制配电网的方法5000的示意流程图，尤其如在下文中在图4a至图4d中所示的。

在第一步骤5100中，电网控制中心查询风电场的可用功率pavail。

随后，在下一步骤5100中，根据查询到的可用功率pavail、尤其由电网运营商在调控区域内规定调控节点slack。

在另一步骤5200中，然后在计算出的调控节点slack处将一定数量的风电场组合成风力发电站wpp。

因此尤其提出，不仅调控节点slack、而且风力发电站wpp的功率由电网运营商来实现。

随后，借助于风力发电站控制单元来控制风力发电站wpp，使得在调控区域中提供所需的电压质量和/或频率稳定性和/或不间断的可用性。

风力发电站控制单元因此利用组合的风电场、尤其借助于风力发电站调控器形成风力发电站。为此，优选地在风力发电站调控装置内设有检查和反馈机构，所述检查和反馈机构说明，风力发电站是否能够以要求的参数总的来说符合规定地运行。特别优选地，检查和反馈机构基于在线地构成。

图4a示意性示出配电网的调控区域6000，其中配电网具有用于控制配电网的电网控制中心6100。

调控区域6000包括多个消耗器z1、z2、z3、z4，发生器g1、g2和风电场wf1、wf2、wf3、wf4，其经由电流线路c1、c2、c3、c4、c5彼此连接。

因此，调控区域6000是配电网的一部分，或者也可以是整个配电网。如果调控区域仅是配电网的一部分，则调控区域例如具有引向配电网的其他部分的其他电流线路c6、c7、c8。

发生器g1、g2例如是常规的发电厂、例如燃煤发电厂。

消耗器z1、z2、z3、z4例如是工业建筑物、住宅等。

风电场wf1、wf2、wf3、wf4优选地是例如在图2中示出的风电场，其中风电场wf1、wf2、wf3、wf4在空间上彼此分离。

为了控制配电网中的负载流或配电网，电网控制中心与发生器、即发生器g1、g2和风电场wf1、wf2、wf3、wf4通过信号线路l1、l2、l3、l4、l5、l6以传导信号的方式连接，尤其以便交换期望值和可用功率。

为了执行上述或下述方法，电网控制中心6100还包括风力发电站控制单元6200，所述风力发电站控制单元借助于信号线路l1、l2、l3、l4与调控区域的风电场wf1、wf2、wf3、wf4连接。

图4b示出配电网中的风力发电站的构造，尤其如在图4a中示出的那样，尤其示出对风电场的可用功率的查询，尤其如在图3中以方法步骤5100示出的那样。

在调控区域中，示例性地在电流线路c4上存在干扰f，所述干扰导致配电网中的临界电网情形。

然后，电网控制中心6100激活风力发电站控制单元6200，所述风力发电站控制单元经由信号线路l1、l2、l3、l4在调控区域6000的风电场wf1、wf2、wf3、wf4中查询可用功率pavail。

然后，风电场wf1、wf2、wf3、wf4经由信号线路l1、l2、l3、l4向风力发电站控制单元6200报告风电场的可用功率。

图4c示出配电网中的风力发电站的构造，尤其如在图4a中示出的那样，尤其示出调控节点slack的规定，尤其如在图3中以方法步骤5200示出的那样。

在风力发电站控制单元6200已经获得风电场wf1、wf2、wf3、wf4的可用功率pavail之后，风力发电站控制单元6200根据可用功率来计算调控节点slack。

图4d示出配电网中的风力发电站的构造，尤其如在图4a中示出的那样，尤其示出风电场wf1、wf2、wf4组合成风力发电站wpp以及随后通过期望值swpp对风力发电站wpp的控制，尤其如在图3中以方法步骤5300和5400示出的那样。

在风力发电站控制单元6200已经计算并规定调控节点slack之后，将风电场wf1、wf2、wf4动态地组合成功能单元，并且通过风力发电站控制单元6200来控制。

因此，风电场wf1、wf2、wf4，风力发电站控制单元6200和调控节点关于调控区域构成尤其虚拟的风力发电站。

所述风力发电站wpp的结构在此是动态的，即在根据本发明的方法的过程中，可以向风力发电站添加另外的风电场wf4，或者可以从风力发电站wpp去除风力发电站的风电场wf1、wf2、wf4。