DE102005026062A1 - Automatische Leistungs-Frequenz-Regelung und automatische Erzeugungsregelung mit selbstgeführten, pulsweitenmodulierten Wechselrichtern - Google Patents

Automatische Leistungs-Frequenz-Regelung und automatische Erzeugungsregelung mit selbstgeführten, pulsweitenmodulierten Wechselrichtern Download PDF

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Abstract

Für die Netzintegration von Erzeugern, die über selbstgeführte, pulsweitenmodulierte Wechselrichter das Drehstromnetz speisen, wird mit zunehmendem Ausbau eine Beteiligung an der Spannungs- und Frequenzregelung notwendig. Um die bisherigen erfolgreichen Regelungsstrukturen und -parameter beibehalten zu können, muss der Wechselrichter das gleiche dynamische Verhalten wie der rotierende Synchrongenerator aufweisen und sich außerdem an der Netzspannungserzeugung beteiligen. Damit wird die bislang noch mögliche Einspeisung mit so genannten Slave-Wechselrichtern zu einem Teil durch Master-Wechselrichter abgelöst werden müssen. DOLLAR A Die Master-Wechselrichter müssen, damit sie untereinander und mit den Synchrongeneratoren synchron laufen, eine von der Leistungslieferung in der Frequenz abhängige Quellenspannung erzeugen, analog zur Polradspannung des Synchrongenerators. Die vorgelegte Erfindung realisiert diese Forderung. Basierend auf dem "synchrongeneratorkompatiblen" Verhalten des Wechselrichters werden Regelkreise für die automatische Leistungs-Frequenzregelung und die automatische Erzeugungsregelung angegeben. DOLLAR A Die Erfindung deckt auch die Beteiligung von Windparks an der Netzregelung ab, und zwar auch bei Entfernungen der Windparks vom Verbrauchernetz, die nur mit einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung überbrückbar sind. DOLLAR A Simulationen mit dem EMTP-Programm PSCAD/EMTDC haben gezeigt, dass die vorgesehenen Regelkreise funktionieren und damit Patentansprüche auf die ...

Description

  • Die Erfindung betrifft die automatische Leistungs-Frequenzregelung und automatische Erzeugungsregelung mit selbstgeführten, pulsweitenmodulierten Wechselrichtern und deren Netzintegration mit einem zu rotierenden Synchrongeneratoren äquivalenten dynamischen Verhalten unter Aufrechterhaltung der im Netz gängigen Regelkreisstruktur und Parameter der Primär- und Sekundärregelung sowie automatischen Erzeugungsregelung. Die Erfindung bezieht sich auf alle über einen Gleichspannungszwischenkreis einspeisende Erzeuger, schließt also auch regenerative Anlagen ein.
  • Selbstgeführte, pulsweitenmodulierte Wechselrichter werden bei Frequenzumrichtern, bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung und bei der Einspeisung erneuerbarer Energien verwendet. Beim Netz kann es sich um das öffentliche Drehstromnetz, das 110-kV-Bahnnetz, ein Industrienetz oder ein Inselnetz handeln. Die Leistung kann einige kW (z.B. Brennstoffzellen-Heizgerät) oder auch viele Hunderte oder Tausende MW (z.B. Frequenzumrichter, Windpark oder Wasserkraft) betragen.
  • Bei einer Einspeisung in bestehende Netze werden bislang selbstgeführte, pulsweitenmodulierte Wechselrichter in so genannter Slave-Schaltung mit dem Netz synchronisiert und die Wechselrichterleistung über den Phasenverdrehungswinkel zwischen innerer Spannung des Wechselrichters (Quellenspannung) und Netzspannung eingestellt. Soll sich der Wechselrichter an der Primärregelung (proportionale Frequenzregelung) des Netzes beteiligen, so wird über die Netzfrequenzabweichung und einen davon gespeisten Proportionalregler der Wechselrichter entsprechend ausgesteuert.
  • Frequenzumrichter der Deutschen Bundesbahn verwenden dieses Konzept. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen bis (gegenwärtig) ca. 300 MW Leistung können bei Bedarf dieses Konzept verwenden. Solche Anlagen werden bei Siemens mit HVDC Plus und bei ABB mit HVDC Light bezeichnet. Und auch die über Wechselrichter an ein Netz gekoppelten „Erneuerbaren Erzeuger" arbeiten in einer Slave-Schaltung.
  • Beim Slave-Konzept muss die Netzspannung durch andere Betriebsmittel vorgegeben werden. Diese Betriebsmittel sind im Drehstromnetz die Synchrongeneratoren.
  • Mit zunehmendem Ausbau statischer Einspeisung über Wechselrichter wird der Anteil von Synchrongeneratoren im Drehstromnetz sinken, und die Wechselrichter müssen Aufgaben der Synchrongeneratoren übernehmen, d.h. im besonderen, sie müssen sich als Master an der Netzspannungserzeugung beteiligen. Das heißt nicht nur, dass sie Blindleistung liefern, bzw. aufnehmen müssen – das können auch Wechselrichter in Slave-Schaltung – sondern auch, dass sie sich aktiv an der Frequenzhaltung beteiligen müssen. Im Grenzfall des Inselbetriebs sind gar keine Synchrongeneratoren mit rotierenden Massen mehr vorhanden, so dass bei Laständerungen auch keine Frequenzänderung – die Voraussetzung zum Funktionieren der Primärregelung – auftreten würde.
  • Will man den Ausbau von Netzen mit erneuerbarer Energie und deren Einspeisung über Wechselrichter netzverträglich gestalten, so müssen die Wechselrichter ein zu Synchrongeneratoren äquivalentes dynamisches Verhalten aufweisen (Kompatibilität zwischen Synchrongeneratoren und Wechselrichtern). Nur dann können bisherige Regelstruktur und Regelparameter netzweit beibehalten werden.
  • Im VDN*)-Leitfaden „EEG-Erzeugungsanlagen am Hoch- und Höchstspannungsnetz" steht hierzu geschrieben: „Wegen der Zunahme von Erzeugungsanlagen, die auf Basis des Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer Energien vom 21.07.2004 an das Netz vorrangig angeschlossen und eingesetzt werden, sind teilweise andere Anforderungen als bisher an das Verhalten dieser Anlagen im Normalbetrieb und im Netzfehlerfall zu stellen, um auch weiterhin einen stabilen und versorgungsgerechten Systembetrieb zu gewährleisten. EEG-Erzeugungsanlagen mit direktem Anschluss an das Hoch- und Höchstspannungsnetz müssen sich daher in Zukunft aktiv an der Spannungs- und Frequenzhaltung beteiligen."/1/
  • Folgendes Zitat (Abschnitt 4.62 aus /2/) zeigt die Bedeutung der aktiven Beteiligung von regenerativen Systemen an der Netzhaltung: „Der Wert der Windenergie kann ganz entscheidend gesteigert werden, wenn sie in der Lage ist, zur Netzhaltung beizutragen".
  • Es gibt Vorschläge zur Einbindung von Windparks in die Primärregelung. Diese basieren auf Asynchronmaschinen, welche über Drehstromkabel Energie einspeisen, s. Bild 1 in /3/. Diese Lösung ist wegen der Anforderung an die Spannungshaltung technisch höchst aufwendig und bei großen Entfernungen von über 100 km nicht mehr wirtschaftlich.
  • Bei größeren Entfernungen müssen Gleichstromverbindungen zum Einsatz kommen. Eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung mit netzgeführtem Wechselrichter kann hierzu verwendet werden, wenn ein genügend starkes Drehstromnetz vorliegt. Ein starkes Drehstromnetz liegt im Allgemeinen vor, wenn das Verhältnis der Kurzschlussleistung des Netzes zur eingespeisten Leistung mindestens drei beträgt. Bei zunehmendem Ausbau regenerativer Einspeisung wird der Anteil konventioneller Einspeisung mit rotierenden Synchrongeneratoren abnehmen und das Netz zunehmend schwächer werden, so dass die Voraussetzung eines hinreichend starken Drehstromnetzes am Einspeiseknoten nicht mehr erfüllt sein wird. Man wird dann vom netzgeführten auf den selbstgeführten Wechselrichter übergehen müssen.
  • Die oben verlangte Kompatibilität zwischen rotierenden Synchrongeneratoren und selbstgeführten Wechselrichtern ist nur mit Wechselrichtern in so genannter Masterschaltung erreichbar. Die innere Spannung des Wechselrichters entspricht der Polradspannung des Synchrongenerators, deren Frequenz von der Generatorlast abhängt. Dementsprechend ist die Frequenz der inneren Spannung des Wechselrichters in Abhängigkeit von der Last zu steuern. Der Wechselrichter verhält sich dann so, wie wenn er über eine rotierende Masse verfügte. Diese fiktive rotierende Masse ist die Voraussetzung für eine Beteiligung des Wechselrichters an der Primärregelung (proportionale Frequenzregelung) und übergeordneten Netzregelung unter Beibehaltung der üblichen Regelkreise und Regelkreisparameter.
    •
  • Durch die Beteiligung der als „Master" betriebenen Wechselrichter an der Erzeugung der Netzspannung bleibt auch bei schwachen Netzen und selbst im Inselnetz die Netzspannung frequenzmäßig stabil. Daher können bis zu einem gewissen Leistungsanteil auch als „Slave" betriebene Wechselrichter zusätzlich installiert werden. 0-a zeigt beispielhaft eine Konfiguration, bei der über den Master-Wechselrichter (1) und einen Gleichstromzwischenkreis (2) eine große Leistung aus einem (hier) entfernt liegenden Kraftwerk (3) bezogen wird und zusätzlich lokal (4) über einen Slave-Wechselrichter (5) eine relativ kleine Leistung in das Drehstromnetz (6) eingespeist wird.
  • 0-b zeigt einen Übersichtsplan der beiden Wechselrichterstationen mit den für den Master- (1) und für den Slave-Wechselrichter (2) notwendigen Schaltungen (3 und 4) zur Erzeugung der inneren Wechselrichter spannungen. Die Frequenz der inneren Spannung des Master-Wechselrichters wird mittels Steuerung einer Spannungsquelle durch das Signal „Frequenz" (5) und einen PLL-Kreis (phase-locked-loop-Kreis) autonom erzeugt, während die Frequenz der inneren Spannung des Slave-Wechselrichters von der Netzspannung Vac (6) mittels eines PLL-Kreis abgeleitet wird. Die Phasenlagen der Spannungen werden durch das Signal „STAB" beim Master Wechselrichter, bzw. „δ" beim Slave Wechselrichter beeinflusst. Für die Blindleistungs- oder Netzspannungsregelung (Amplitude der Netzspannung) dienen die Steuersignale „Amplitude Master EMF" (10) und „Amplitude Slave EMF" (11). Durch Vergleich (12) der erzeugten Sinusspannungen mit einem höherfrequenten Dreiecksignal werden die Schaltsignale für die Stromrichter erzeugt. Alle Synchrongeneratoren des Netzes werden durch eine Ersatzmaschine (7) dargestellt. Die Erzeugungsseiten der Wechselrichter werden in 0-b vereinfacht durch Gleichspannungsquellen (8 und 9) dargestellt.
  • Von besonderem Interesse ist in vorgenannten Figuren der Master-Wechselrichter. Master-Wechselrichter und Synchronmaschine müssen synchronisiert werden. Nur bei Vorliegen synchronen Laufs sind auch die oben genannten Regelfunktionen (Primärregelung, Sekundärreglung und Erzeugungsregelung) unter Einbezug des über Wechselrichter einspeisenden Kraftwerks (3) (0-a) realisierbar. Das Kraftwerk kann eine EEG-Anlage oder auch ein konventionelles Kraftwerk sein, das über eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Leistung in ein Drehstromnetz liefert. Während Windkraftanlagen auf die Primärregelung beschränkt sind /3/, können Laufwasserkraftwerke großer Kapazität und Leistung auch für die Sekundärregelung und für die automatische Erzeugungsregelung eingesetzt werden.
  • Vorrichtungen für die Realisierung der synchronisierenden Leistung und der Regelfunktionen sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtungen werden im Folgenden anhand der 1-a, 1-b, 1-c sowie der in 2-a, 2-b und 2-c gezeigten Simulationsschaltungen erläutert.
  • Basis der Erfindung und Grundlage für das Entstehen einer synchronisierenden Leistung ist der Funktionsblock INV-ROTMASS (1) (1-a), mit dem eine fiktive rotierende Masse INV-ROTMASS für den Wechselrichter INV (2) (1-a) mittels Elektronik und/oder Software realisiert wird. INV-ROTMASS ist eine integrierende Funktion mit einer durch die Eingangsgröße H (Trägheitskonstante) (1) (1-a) beliebig einstellbaren Verstärkung.
  • Weitere Eingangsgrößen von INV-ROTMASS (1) (1-a) sind der Istwert Pd_master (hier gebildet als Produkt aus der Gleichspannung Udc und dem Gleichstrom Idc), der Sollwert Pd_master_ref der Wechselrichter-Wirkleistung sowie die durch die Primärregelung entstehende Änderung des Sollwertes delta_Pd_master_ref. Außerdem wird die von der Sekundärregelung erzeugte Größe part_delta_Pd_master, deren Funktion weiter unten beschrieben wird, dem Funktionsblock INV-ROTMASS zugeführt.
  • Die Sollwertänderung delta_Pd_master_ref ergibt sich durch die Primärregelung (3 u. 4) (1-a). Die Statiken der Primärregelung sind mittels Kp_master und Kp_syn_generator in den Blöcken 3 und 4 einstellbar (1-a).
  • Ausgangsgröße von INV_ROTMASS (1) (1-a) ist delta_frequency_EMF_master, eine Frequenz, die zu der voreinstellbaren Frequenz preset_frequency_EMF_master addiert wird (8) (1-a). Siehe hierzu auch die Simulationsschaltung in 2-a. Die resultierende Größe frequency_EMF_master ist die regelungstechnische Vorgabe für die Erzeugung der tatsächlichen Frequenz der inneren Wechselspannung des Wechselrichters.
  • Die innere Wechselrichterspannung wird über eine PLL-Schaltung (5) (1-a) mit nachfolgender Erzeugung von pulsweitenmodulierten Schaltsignal-Mustern (mittels sin (theta) (6) und CMP (comparator) (7)) generiert.
  • Eine weitere Eingangsgröße für den Block 6 ist das Signal STAB. Dieses Signal wird z.B. aus einer im System schwingenden Wirkleistung gewonnen. Mit diesem Signal lassen sich beim Laststoß Einschwingvorgänge dämpfen.
  • Eingangsgrößen für den Proportional-Regler des Wechselrichters P-controller INV (3) (1-a) sind der Frequenz-Istwert frequency_master_bus und der Frequenz-Sollwert frequency_master_bus_ref. Siehe hierzu ebenfalls die Simulationsschaltung in 2-a).
  • Alle Regeleinrichtungen des Wechselrichters sind im strichpunktiert umrandeten Block INV-ALFC-PRIM (11) (1-a) (Inverter – Automatic Load Frequency Control – Primary Control) zusammengefasst. Siehe hierzu auch die Simulationsschaltung in 2-a.
  • Bei der Synchronmaschine (9) (1-a) ist die Primärregelung SYN-ALFC-PRIM (10) (1-a) (Synchronous Generator – Automatic Load Frequency Control – Primary Control) durch die übliche Drehzahlregelung der Turbine gegeben. Siehe hierzu auch die Simulationsschaltung in 2-b.
  • Die Sekundärregelung (12) (1-a) (rechts unten stichpunktiert umrandeter Block) beseitigt Frequenzabweichungen nach Laständerungen. Die Schnelligkeit der Sekundärregelung ist in dem Funktionsblock ALFC-SEC (13) (1-a) (Automatic Load Frequency Control – Secondary Control) durch den Verstärkungsfaktor Ki einstellbar. Siehe hierzu auch die Simulationsschaltung in 2-c.
  • Die Aufteilung der erzeugten Leistung zwischen den Erzeugern geschieht hier automatisch über die einstellbaren „participation factors", und zwar für die Aufteilung zwischen erneuerbarer Energie und konventioneller Energie mittels AGC (14) (1-a) (Automatic Generation Control) und für die Aufteilung innerhalb der beiden Energieerzeugungsarten mittels INV-AGC (15) (1-a) (Inverter – Automatic Generation Control) und SYN-AGC (16) (1-a) (Synchronous Generator – Automatic Generation Control). Siehe hierzu auch die Simulationsschaltung in 2-c.
  • Die Eingangsseite des Wechselrichters INV (2) (1-a) bilden die Gleichstrom-Sammelschienen. In 1-b sind dies die Klemmen a und b des Wechselrichters INV (5). Dies ist die Koppelstelle mit dem Gleichrichter GR (1) (1-b), der entweder lokal oder räumlich entfernt (dann Anbindung über Gleichstromleitung GL (2)) aufgestellt ist.
  • Voraussetzung für eine unbegrenzte Beteiligung des Wechselrichters an der Leistungs-Frequenzregelung ist, wie auch bei konventioneller Erzeugung, eine für Regelungszwecke hinreichende Leistungslieferung. Dies ist nur gewährleistet, wenn die Gleichspannung Udc und der Gleichstrom Idc die für den Leistungsfluss erforderlichen Werte annehmen können. Dies wiederum bedeutet z.B. für Wasserkraftgeneratoren oder für Windkraftanlagen, die beide mit Synchrongeneratoren (4) arbeiten (1-b), dass die Klemmenspannung des Synchrongenerators über die Erregung des Synchrongenerators auf ihren Nennwert regelbar sein muss. Bei gesteuertem Gleichrichter kann die Gleichspannung auch über den Gleichrichter selbst geregelt werden.
  • Außerdem muss der für die angeforderte Wechselrichterleistung notwendige Gleichstrom Idc fließen können.
  • Die erste Forderung wird durch eine entsprechende Dimensionierung des Generators und seiner Erregung erfüllt. Um die zweite Forderung zu erfüllen, ist die Nennwechselrichterleistung über Pd_master_ref (11) (1-a) so einzustellen, dass die speisende Turbine (z.B. Wasserkraftturbine (3) oder Windturbine (3) in 1-b) in einem Betriebspunkt arbeitet, der genügend Reserve für die Beteiligung an Regelaufgaben lässt. Eine Veränderung der Wechselrichterleistung (infolge Regelung) bedeutet dann, gekoppelt durch die Gleichstromübertragung, gleichzeitig eine Veränderung der elektrischen Leistung des Synchrongenerators (4) (1-b).
  • Über die Drehzahlregelung der Turbine (3) wird ein Gleichgewicht zwischen mechanischer Antriebsleistung und elektrischer Leistung des Synchrongenerators hergestellt. Diese elektrische Leistung des Synchrongenerators ist die vom Wechselrichter bezogene Leistung plus Übertragungsverluste.
  • Liegt der Betriebspunkt des Erzeugers so, dass keine Regelmarge vorhanden ist, oder reduziert sich das Primärenergieangebot so stark, dass eine vorher vorhandene Regelmarge verloren geht, dann wird sich wegen eines Ungleichgewichts zwischen der Leistungsanforderung des Wechselrichters und der begrenzten mechanischen Antriebsleistung des Generators die Generatordrehzahl verkleinern. Zur Vermeidung eines unzulässigen Drehzahlabfalls muss die Wechselrichterleistung verkleinert werden. Dadurch verringert sich auch die Leistungsanforderung an das einspeisende Kraftwerk. Durch die oben beschriebene Primär- und Sekundärregelung erfolgt automatisch eine Umverteilung auf andere das Drehstromnetz speisende Erzeuger.
  • Für die Verringerung der Wechselrichterleistung werden eine Hauptfunktion und eine Back-up Funktion vorgesehen. Die Hauptfunktion enthält die Berechnung der aktuell verfügbaren Leistung und deren Übermittlung an die Wechselrichterstation als maximal zulässige Leistung Pd_master_limit (18) (in Block 11 INV-ALFC-PRIM) (1-a). Die Übermittlung geschieht bei Fernübertragungen mittels einer nachrichtentechnischen Verbindung.
  • Bei erneuerbarer Energie wird die aktuell verfügbare Leistung aus aktuellem Windangebots. Abschnitt 4.6 /1/), bzw. aktueller Sonneneinstrahlung berechnet und ebenfalls als Signal Pd_master_limit der Min-Auswahl min-selection (18) (1-a) zugeführt. Der Min-Wert oder ein um eine Regelmarge niedrigerer Wert (ersteres bei Fahren mit maximaler Einspeisung, letzteres bei Fahren mit Beteiligung an der Primärregelung) wird als Leistungssollwert dem Block INV-ROTMASS (1) (1-a) zugeführt. Siehe hierzu auch 2-a.
  • Die Back-Up Funktion wird aktiviert, wenn die Hauptfunktion ausfällt. Dies ist dann der Fall, wenn entweder die berechnete Leistung nicht tatsächlich verfügbar ist oder wenn die nachrichtentechnische Übertragung des Signals Pd_master_limit defekt ist.
  • Die Back-up Funktion basiert bei rotierenden Erzeugern auf der Drehzahldifferenz, die bei einem Defizit an angebotener Primärleistung einen einstellbaren Schwellwert überschreitet. Die Funktion ist wie folgt: die Drehzahldifferenz Δn = n* – n (Sollwert minus Istwert) (1-b) erzeugt über eine Schwellwertfunktion SWF1 (6) (1-b) einen Befehl, mit dem die Gleichspannung des Gleichrichters auf einen einstellbaren Wert Udc* (z.B. 90% des Nennwertes) entweder über den Synchrongenerator (4) oder über den Gleichrichter (1) (1-b) selbsttätig reduziert wird.
  • An der Wechselrichterstation INV (5) (1-b) wird die Wechselrichterspannung Udc gemessen, und bei festgestelltem Absinken auf z.B. 90% des Wertes wird ein Signal MPL (Master Power Limit) (7) (1-b) gebildet, das den Sollwert der Wechselrichterleistung (Pd_master_ref) auf einen vorgebbaren Wert (z.B. auf 90% des vorherigen Wertes) verkleinert (17) (1-a). Ist diese Maßnahme nicht erfolgreich, das heißt sinkt die Drehzahl weiterhin, so wird in einer zweiten Stufe der Sollwert der Wechselrichterleistung weiter verkleinert. Bei weiterhin fehlendem Erfolg können weitere Stufen der Leistungsverkleinerung vorgesehen werden, bzw. der Wechselrichter wird vom Netz genommen. Die Größe der Leistungsabsenkung muss so gewählt werden, dass der bei reduzierter Gleichspannung eintretende Strom Idc entweder nicht größer als der Nenngleichstrom ist oder aber eine entsprechende Überstromfähigkeit vorgesehen wird.
  • Sobald wieder hinreichend Regelmarge vorliegt, wird bei vorher aktivierter Back-up Funktion die Gleichspannung auf den ursprünglichen Wert zurückgesetzt. Dadurch wird das Begrenzungssignal MPL auf Null zurückgesetzt.
  • Regelmarge wird festgestellt durch Vergleich der aktuell gelieferten Leistung mit dem berechneten aktuellen Leistungspotential oder durch Messung des Anstellwinkels der Windradflügel bei einer Windkraftanlage. Bei Vergleich der Leistungen ist ein über eine längere Zeitdauer (z.B. mehrere Minuten) hinweg bestehendes prospektives Verhältnis von z.B. 90% der übertragenen Leistung zur verfügbaren Leistung ein Indiz, das MPL-Signal auf Null zu setzen, bzw. bei der Hauptfunktion den Leistungswert Pd_master_limit wieder hochzusetzen. Liegt keine Fernübertragung, sondern eine lokale Erzeugung und eine Einspeisung über einen Master-Wechselrichter vor, so entfällt die nachrichtentechnische Signalübertragung. Das Signal Pd_master_limit wird unmittelbar der Min-Auswahl (18) (1-a) zugeführt. Ansonsten bleiben die Funktionen wie oben bei der Fernübertragung beschrieben. Bei der Back-Up Funktion wird der Ausgang der Schwellwertfunktion SWF1 unmittelbar zur Bildung des Signals MPL (7) (1-b) verwendet.
  • Bei Leistungsbezug aus nicht rotierenden Erzeugern (z.B. Brennstoffzellen, Photovoltaische Anlagen) wird ein Signal MPL aus dem Vergleich der gelieferten Leistung und dem Leistungsvermögen gebildet.
  • Die Erfindung deckt auch den Fall ab, dass die regenerative Energie nicht nur von einer einzigen Turbine erzeugt wird, sondern durch mehrere parallel betriebene, wie z.B. in einem Windpark (1-c). Im Windpark speist jeder Synchrongenerator (Syn) einen zugeordneten Gleichrichter (GR) und dieser über eine Gleichstromleitung (GL) einen zugeordneten, selbstgeführten Wechselrichter (WR). Alle Wechselrichter speisen auf einen gemeinsamen Drehstromknoten. Es handelt sich bei dem Knoten um ein Inselnetz ohne räumliche Ausdehnung. Es kann eine gewisse räumliche Ausdehnung geben, wenn die Ankopplung an den Knoten über ein Drehstromkabel geschieht. Ein einziger Gleichrichter (GR gesamt) überträgt vom Drehstromknoten die Gesamtleistung über eine Gleichstromleitung (GL) zum im Verbrauchernetz installierten selbstgeführten Wechselrichter (WR gesamt). Die oben besprochenen Regelvorrichtungen (1-a und 1-b) wiederholen sich für die einzelnen Gleichstromübertragungen mit Gleichrichter und selbstgeführten Wechselrichtern und für die einzelnen Erzeuger im Windpark.
  • Die im VDN-Leitfaden angesprochene Beteiligung von EEG-Anlagen an der Frequenzhaltung kann mit den Vorrichtungen, für die im folgenden Patentansprüche gestellt werden, realisiert werden. Die Ansprüche beziehen sich aber nicht nur auf EEG-Anlagen, sondern auf alle Anlagen, die über selbstgeführte, pulsweitenmodulierte Wechselrichter Leistung in ein Drehstromnetz liefern.
  • Literatur
    • /1/ VDN e.V., EEG-Erzeugungsanlagen am Hoch- und Höchstspannungsnetz, Ergänzung zu den Netz-Codes, August 2004.
    • /2/ Heier, S., Windkraftanlagen, Teubner Verlag, 4. Ausgabe, Februar 2005.
    • /3/ Holst, A., Prillwitz, F., Weber, H., Netzregelverhalten von Windkraftanlagen, 6. GMA/ETG-Fachtagung, 21.–22. Mai 2003, München.

Claims (6)

  1. Realisierung einer fiktiven rotierenden Masse bei selbstgeführtem, pulsweitenmodulierten Wechselrichter durch elektronische Schaltung oder Software (1) (s. 1-a) zur Integration selbstgeführter Wechselrichter, die entweder Leistung aus EEG-Anlagen oder konventionellen Kraftwerken in ein Drehstromnetz liefern. Beim Drehstromnetz kann es sich auch um ein Inselnetz handeln, in dem keine rotierenden Erzeuger mehr vorkommen.
  2. Elektronische Schaltung oder Software (3) (1-a) abhängig von Anspruch 1 und aufsetzend auf (1) (1-a) für die Primärregelung des Wechselrichters (2) (1-a) und des konventionellen Synchrongenerators (9) (1-a).
  3. Elektronische Schaltung oder Software (13 bis 16) (1-a) abhängig von Ansprüchen 1 und 2, aufsetzend auf (1) (1-a) für die Sekundärregelung (ALFC-SEC) (12) (1-a) und automatische Erzeugungsregelung (AGC) (12) (1-a) des Wechselrichters (2) (1-a) und des konventionellen Synchrongenerators (9) (1-a).
  4. Vorrichtung zur Begrenzung der Wechselrichterleistung bei begrenzter dargebotsabhängiger Leistung durch on-line Berechnung der dargebotsabhängigen Leistung, Übermittlung des Wertes an den Wechselrichter und Min-Auswahl des Leistungssollwertes (Block 18 in 1-a) aufbauend auf den vorherigen Ansprüchen.
  5. Back-Up Funktion zur Hauptfunktion (Anspruch 4) bei Ausfall der Hauptfunktion oder sonst fehlerhafter Hauptfunktion: Vorrichtung (1) (1-b) zur Reduktion der Gleichspannung des Gleichrichters GR (1-b) und Vorrichtung (7) (1-b) zur Erfassung der Gleichspannungsabsenkung und zur Erzeugung des Leistungsreduktionssignals MPL (1-b) bei Fernübertragungen. Verwendung des Signals MPL gemäß Block 17 in 1-a. Bei lokaler Einspeisung unmittelbare Erzeugung des Signals MPL aus der Drehzahldifferenz durch Vorrichtung 6.
  6. Realisierung der Leistungs-Frequenzregelung unter Einbezug einer Vielzahl kleinerer regenerativer Einspeisungen innerhalb eines „Parks", z.B. Windpark. Speisung des Gleichrichters der Hochspannungs-Gleichstrom-Fernübertragung durch mehrere selbstgeführte Wechselrichter, die wiederum über HGÜ-Leitungen von Gleichrichtern gespeist werden, welche die Wechselspannung der Synchrongeneratoren gleichrichten. Die Regelvorrichtungen der Ansprüche 1 bis 5 wiederholen sich.
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