EP3437171A1 - Verfahren zum einspeisen elektrischer leistung in ein elektrisches versorgungsnetz mit einem windpark sowie windpark mit schwarzstart - Google Patents

Verfahren zum einspeisen elektrischer leistung in ein elektrisches versorgungsnetz mit einem windpark sowie windpark mit schwarzstart

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EP3437171A1
EP3437171A1 EP17714420.1A EP17714420A EP3437171A1 EP 3437171 A1 EP3437171 A1 EP 3437171A1 EP 17714420 A EP17714420 A EP 17714420A EP 3437171 A1 EP3437171 A1 EP 3437171A1
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EP
European Patent Office
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supply network
wind
wind farm
network
black start
Prior art date
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Application number
EP17714420.1A
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Alfred Beekmann
Matthias Bartsch
Marcel Kruse
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Original Assignee
Wobben Properties GmbH
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Publication date
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a method for feeding electrical power into an electrical supply network by means of at least one wind farm. Moreover, the present invention relates to a wind farm and the present invention also relates to a control device for carrying out a method according to the invention and a control device for controlling a wind farm according to the invention.
  • Such methods basically require that the network is in operation. Although there are also known methods in which disturbances in the network are also taken into account by wind turbines, the electrical supply network is nevertheless in operation, 5 even if there is a short-term disturbance. Even if a complete voltage dip should be present for a short time, the electrical supply network returns regularly and the wind turbines or wind farms can continue their feed-in.
  • Island grids which are thus small and self-contained, in particular if they are actually arranged on a (small) island, then regularly have a so-called network generator.
  • This may for example be a synchronous generator, which is driven by an internal combustion engine, especially a diesel engine.
  • an internal combustion engine especially a diesel engine.
  • Such a system is described in the published patent application DE 100 44 096 A1.
  • the network is also guided through a directly coupled synchronous generator.
  • German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present application the following prior art research: DE 103 20 087 A1, EP 1 965 483 A1, EP 1 909 371 A2, EP 2 632 012 A1, US 2015/0042092 A1, CN 104953616A, DE 100 30 44 096 A1, WO 2005/031941 A1.
  • the invention is therefore based on the object to address at least one of the above problems.
  • a solution is to be created to take an electrical supply network or a part thereof without using a large power plant with directly coupled synchronous generator in operation or to put back into operation.
  • At least an alternative solution should be proposed over previously known solutions.
  • a method according to claim 1 is thus proposed.
  • This procedure is based on a wind farm that is connected to the grid via a grid connection point and that is to feed electrical power into the grid via this grid connection point.
  • This electrical supply network, or simply supply network is to operate at a grid frequency, such as 50 Hz or 60 Hz. It can also be provided to feed with multiple wind farms, each wind farm has multiple wind turbines and a wind farm each via its own network connection point to the Supply network is connected and feeds about it.
  • the method now proposes that it is first determined whether the electrical supply network is in operation. This determination can be made in particular by the at least one wind farm and, for this purpose, a central control of the wind farm can be present and used. It is also possible, especially if several wind farms are involved, to use a higher-level control device.
  • the at least one wind farm is started in a black start mode to generate electrical power and feed it into the utility grid.
  • the at least one wind farm started in the black start mode is now operated in a black start mode.
  • electrical power is fed into the supply network and thereby operated the supply network, in particular, put back into service.
  • the mains frequency is predetermined by the input of the electrical power.
  • the grid frequency is thus predetermined by the at least one feeding wind farm.
  • the proposed method thus provides a way to take back an electrical supply network that is not in operation, which is so black in particular, without requiring a large-scale power plant, in particular without requiring a large power plant, the one directly with the Network-coupled synchronous generator has, which specifies the network frequency.
  • the wind farm possibly several, thus recognizes that the network is not in operation and drives it up independently.
  • an electrical supply network Under an electrical supply network is not understood island network, but an electrical supply network that is not isolated and in particular does not have the one or more wind farms and possibly other decentralized generating units as the only producers.
  • the electrical supply network which is the basis here, is coupled in normal operation with at least one large power plant, which feeds into this electrical supply network. This may also mean that the electrical supply network that has been determined to be out of service is not coupled to a large power plant at the moment because one has disconnected from the electrical supply network and / or with another subnetwork is connected and this subnet has disconnected from the electrical supply network, which has been determined to be inoperative.
  • the electrical supply network considered here can form, for example, a part of the European interconnected network.
  • the method thus creates a possibility to be put into operation automatically without such a large power plant and this has the advantage that such a commissioning without a corresponding large-scale power plant can be performed on the one hand. It can therefore be put into operation when a connection to a large power plant is disconnected at the moment. But it also has the advantage that commissioning, in particular restarting, if necessary, can be made faster than would be the case with one or more large power plants. This is particularly due to the fact that wind turbines can regulate the use of inverters very quickly and flexibly. If an electrical supply network has failed, this is regularly classified as a serious disorder. Such a disturbance often results in many or all large power plants feeding into this electrical supply network being switched off.
  • these large-scale power plants in order to restart the electrical supply network, these large-scale power plants, at least part of them, would first have to be put back into operation or power plants specially designed for black start would have to be started.
  • the recommissioning by means of a wind farm which is proposed here, can thus possibly provide an improved solution, in particular achieve a faster restart.
  • the wind farm is connected via the respective grid connection point to the supply network, wherein the supply network is not in operation before connecting, in particular has no grid frequency and the supply network after connecting the grid frequency by feeding through the at least one wind farm having.
  • the supply network is thus initially not in operation. In particular, it has no network frequency, which can also be used as an indicator for the extent that the supply network is not in operation.
  • a frequency generator In the black start mode, a frequency generator generates a frequency signal and optionally also a phase signal. This can be made available to the at least one wind farm as a pilot signal and the at least one wind farm then sets the frequency and possibly the phase based on this pilot signal.
  • a frequency generator is part of the at least one wind farm, which takes the electrical supply network back into operation here.
  • this frequency generator can provide the frequency signal and optionally the phase signal as a pilot signal to all wind farms involved.
  • the local arrangement of the frequency generator, or this higher-level control means may be in one of the wind farms.
  • one of the wind turbines for the specification of the frequency and optionally for the specification of the phase works as a master system and the other wind turbines adapt to it, in particular sync with it.
  • a wind farm for the specification of the frequency and optionally for the specification of the phase works as a master park and the other wind farms adapt to it, in particular synchronize with it.
  • a frequency as a master frequency and optionally a phase can be specified as the lead phase in a simple manner.
  • the master system or the master park can work insofar as a frequency generator or higher-level control means.
  • the advantages and features of the above-described frequency generator can be transferred to this master system or this master Park mutatis mutandis.
  • electrical energy from an energy store is used to start the at least one wind farm.
  • energy from the energy store is also used to feed at least part of the electrical power to be fed in.
  • an energy storage which may be arranged centrally in the wind farm, for example. If this energy storage device is comparatively small or has a comparatively low charge, it can be useful to use the energy only for starting the at least one wind farm, ie as energy for the operating devices such as blade pitch drives and in each case an excitation current for exciting the rotor field of a separately excited synchronous generator each of a wind turbine. Also, control processors, including an inverter, can be powered by such energy from an energy store.
  • a correspondingly large energy store is provided, its energy can also be used for direct feeding. This can be achieved that a restart of the electrical supply network is also possible if little wind or even no wind in the moment in which the electrical supply network is to be put into operation again.
  • electrical energy storage come especially as a direct electrical energy storage battery storage into consideration. But there are also electrical energy storage into consideration, which store the energy in a different form, but especially save this energy as electrical see energy, so can deliver. For this purpose, especially gas storage are considered.
  • Electrical capacitors can supplement the electrical storage, especially in electrical battery storage. It is also considered as a particularly preferred embodiment to combine battery storage and other memory and possibly additionally capacitor storage. This can be done by the different memory different speed electrical services are provided.
  • a grid impedance is detected at at least one of the respective grid connection points in order to check an operability of the supply grid.
  • the network impedance it can be detected in particular whether there is still a network short circuit or whether the network connection point at which the network impedance is detected is disconnected from the electrical supply network or from a large part of the electrical supply network, or if there is another interference.
  • a comparison impedance or comparison network impedance has been recorded.
  • a comparison of the network impedance now recorded at the grid connection point with such a comparison grid impedance can provide information on whether the grid impedance now detected indicates a problem, in particular suggesting that operability could not exist.
  • the start in the black start mode be adapted to the detected network impedance. In particular, it can depend on how much power and / or reactive power is initially fed in, how quickly the voltage which is fed in is increased, and in particular also how stable the regulation of the feed is designed.
  • a control reserve is understood here as the relative, ie percentage, distance of the fed-in power or power to be fed in to the calculated feed-in power at which a stability limit was calculated at which the feed would thus become unstable.
  • the wind farm is not started, if it results from the detected network impedance that a serviceability of the supply network is not given.
  • a serviceability of the supply network is not given.
  • the network impedance is particularly large or very small.
  • At least one consumer connected to the utility grid is switched on to serve as a load for the power fed into the utility grid so that an electrical current can flow to that at least one consumer in the utility grid ,
  • Such a consumer may be an artificial consumer, that is to say one which is provided solely for network support, in particular the starting in black start mode described here.
  • This can be, for example, an electric motor and / or resistor banks for dissipating electrical energy.
  • this load is designed to be tolerant to voltage fluctuations, frequency fluctuations and variations in available power.
  • a rotary electric machine in particular with flywheel, which can operate in both engine and generator mode.
  • This electric machine can then serve as a load, absorb power and convert this power into a rotational movement.
  • This initially fed-in power or the energy that integrates over time can accelerate this electric rotary machine so that the electrical energy is stored as a kinetic rotational energy.
  • This rotational energy can later be released back into the network and would thus, at least in part, not lost.
  • such a rotary electric machine can deliver the energy again when needed, when the wind farm is still operating in the black start mode and / or black start mode.
  • a wind turbine of another wind farm and / or another wind farm forms the switchable load.
  • the use of the wind energy plant or the wind farm as a load has the advantage that this wind energy plant or this wind farm can thereby be raised at the same time.
  • This wind energy plant or this other wind farm then initially supports the commissioning of the electrical supply network as a load, but then can work faster as a generating unit or units as soon as it is needed. This may be needed especially when other consumers are switched to this electrical supply network in the black start mode.
  • the start in the black start mode is triggered by an external signal of an operator of the electrical supply network or by an external signal of a central control unit.
  • This external signal can thus also be used to determine whether the electrical supply network is in operation, ie to determine that the electrical supply network is not in operation. Additionally or alternatively, such an external signal can be used to determine the operability of the electrical supply network. Accordingly, the network operator and / or the central control unit can determine whether the electrical supply network is operational. According to a preferred embodiment, it is proposed that, before starting in the black start mode, a subsystem of the supply network connected to the network connection point be disconnected in order to be started and operated independently of the remaining part of the supply network. In addition, it is proposed as a supplementary option that in a further step, the separated and operated in the black start operation subnet with the remaining part of the supply network, or a part thereof, synchronized and then reconnected.
  • a subnetwork that can be powered up independently of the remainder of the utility network is disconnected from an entire electrical utility network, such as the European Network.
  • the remaining electrical supply network can also be powered up and otherwise.
  • the at least one wind farm thus only needs to start this separate subnet.
  • an impedance detection was carried out for this subnet before, when the electrical supply network was still essentially in an optimal state. In this case, it is also possible to extrapolate from an impedance measured in the non-separated subnetwork to an impedance that would result if the subnetwork were separated accordingly.
  • multiple, at least two, subnetworks can be powered up independently, especially until they operate stably.
  • synchronization and reconnection of these subnets, which are initially booted separately, can take place.
  • the supply network preferably has at least one consumer and one conventional generating unit.
  • the electrical supply network has very many consumers. Accordingly, the use of an essentially standard supply network is proposed here.
  • the conventional generation unit has a rated output of more than 200 MW. It is thus provided a conventional generating unit, which is also referred to here as a large power plant.
  • the conventional generating unit has a synchronous generator coupled directly to the supply network. It is thus assumed that a supply network with a basically conventional generator, namely a generator other than a wind turbine or a wind farm. This conventional generation unit is thus constructed to have a synchronous generator directly coupled to the network. Such a synchronous generator would also be able to specify a frequency in the network.
  • this conventional generating unit is disconnected from the supply network when the supply network is not in operation. Such an electrical supply network is thus restarted by one or more wind farms, but not by the conventional generating unit.
  • At least two wind farms are provided and these wind farms are started synchronously, in particular start up synchronously, wherein they are matched at least in their frequency and phase relationship, preferably one of the wind farms works as a master park and the other Park or the other parks after this master park.
  • the re-operation of the electrical supply network by means of two or more wind farms can be made in a simple manner.
  • These at least two wind farms can thus already be supplemented in terms of their deliverable power, ie active power, as well as their deliverable reactive power.
  • these at least two wind farms are also located at a distance from one another, a certain homogenization with regard to the wind supply can also be made. If these wind farms are far enough apart, wind changes, especially gusts, can at least partially clear out. This advantage is particularly useful when using more than two, especially significantly more than two, wind farms to fruition.
  • the coordination of several wind farms can be implemented in a simple manner.
  • multiple wind farms are used and the wind farms exchange data with each other to prepare for a common start in the black start mode, the wind farms at least exchange data on their available power and / or power required in the supply network, and depending on the start in Control black start mode with subsequent operation in black start mode and / or deduce whether it is possible to start in black start mode with subsequent operation in black start mode.
  • a data communication between the wind farms is provided.
  • data about the available power and / or power required in the supply network are exchanged here.
  • the available power of a wind farm depends especially on how strong the prevailing wind in the park is. But there are also other information into consideration, such as whether all wind turbines can be put into operation in the park, or whether one or more wind turbines are in a repair mode, to name just one example.
  • the commissioning or recommissioning of the electrical supply network can be better planned and coordinated. It also comes into consideration that it turns out in evaluation of these data that a start-up or recommissioning of the electrical supply network is currently not possible.
  • power available to a determination will account for the prevailing wind, expected wind, and / or properties and size of existing storage facilities in the park.
  • a weather forecast is preferably taken into account. This can be obtained from a central meteorological institute, such as in Germany the Federal Maritime and Hydrographic Agency. Another possibility is that the wind farm itself determines a prediction, especially from recorded weather data such as the change in air pressure, the temperature and the prevailing wind. Preferably, this meteorological data of several wind farms are evaluated. Preferably also meteorological data of wind farms are used, which are not involved in the commissioning of this electrical supply network. For the determination of available power, characteristics and size of storage devices existing in the park can also be taken into account. Depending on such storage devices can be assessed how fast the park can be started up and / or how much energy and thus power can be fed directly from the storage devices, how much feedable electrical energy so wind is independent.
  • a control device for controlling the feeding of electrical energy into an electrical supply network is also proposed.
  • the supply takes place here by means of at least one each connected via a grid connection point to the supply network wind farm and the supply network is, as described above, operated at a mains frequency, in particular 50 Hz or 60 Hz.
  • Each wind farm has multiple wind turbines and the control device includes Detection means for determining whether the electrical supply network is in operation.
  • the detection means is provided in particular for measuring or evaluating corresponding measured values as to whether there is a frequency on the network, that is to say it can be recognized.
  • control device has a signal generator, which can generate and transmit a start signal.
  • a start signal is intended to start the at least one wind farm, which is to feed into the supply network, in a black start mode.
  • the wind farm generates electrical power and feeds it into the supply network.
  • a start signal is given when the supply network is not in operation, ie when the detection means has determined that the electrical supply network is not in operation.
  • a guide unit is provided as part of the control device, which leads the at least one wind farm in a black start operation.
  • electrical power is fed from the at least one wind farm into the supply network, thereby operating the supply network.
  • the guide unit can guide the at least one wind farm at least in such a way that it can specify the active power to be fed in, the reactive power to be fed in and / or its relationship to one another.
  • it may have the at least one wind farm lead such that it specifies the voltage level with which in the black start mode and the black start mode is fed. For example, it can increase such a voltage value slowly or guide the wind farm so that it receives specifications to increase the voltage accordingly.
  • the grid frequency is first predetermined by the feeding of the electrical power through the at least one wind farm.
  • control device is prepared to carry out a method according to at least one of the embodiments described above or to lead a wind farm, or several wind farms, so that it or they according to a method according to one of the embodiments described above electrical power into the electrical supply network feeds.
  • the control device coordinates the black start of the electrical supply network.
  • the invention proposes a wind farm with several wind turbines, which is prepared to execute a method according to at least one of the embodiments described above or to participate in such a method. Accordingly, the wind farm can perform such a method even without the said control device or even without such a control device participate in carrying out the method. For example, the wind farm or one of the wind farms can take over the coordination.
  • such a wind farm is prepared to be functionally coupled to a control device according to at least one of the embodiments described above.
  • this wind farm is prepared to receive the start signal from the control device and also or alternatively to be guided by the guide unit of the control device in the black start operation.
  • the wind farm is thus adapted to the control device both in terms of interfaces and in terms of functional compatibility.
  • a wind turbine is also proposed, which is prepared for operation in a wind farm according to an embodiment described above.
  • a wind turbine can thus participate, which required accordingly electrical values.
  • it can contribute a portion of the active power to be fed and / or reactive power.
  • it may have a ratio of active to reactive power equal to the ratio that the wind farm feeds in total.
  • it may provide its voltage level corresponding to the respective predetermined value in the black start mode and the black start mode, respectively. This also includes providing such a voltage that takes into account a transmission ratio of one or more transformers connected between it and the grid connection point.
  • the wind energy installation include a control device according to one of the embodiments described above.
  • a control device may be provided in a wind turbine of the wind farm.
  • a wind farm may include a plurality of wind turbines, some of which are suitable and prepared for a black start mode, but one of which has a described controller and thereby may take the lead of the black start mode.
  • communication units and connections and possibly communication lines of the wind turbines can also be used for the guidance or coordination of such a black start by means of the control device.
  • Fig. 1 shows a wind turbine in a perspective view.
  • Fig. 2 shows a wind farm in a schematic representation.
  • Fig. 3 shows schematically an electrical supply network for illustrating a Wieder Sha ists.
  • FIG. 4 shows schematically in a diagram simplified profiles for a voltage U and a power factor coscp for a black start operation.
  • FIG. 1 shows a wind turbine 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • the nacelle 104 has a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 1 10 arranged.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind in rotation and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.
  • FIG. 2 shows a wind farm 1 12 with, for example, three wind turbines 100, which may be the same or different.
  • the three wind turbines 100 are thus representative of basically any desired number of wind turbines of a wind farm 1 12.
  • the wind turbines 100 provide their power, namely, in particular, the generated power via an electric parking net 1 14.
  • the respective generated currents or outputs of the individual wind turbines 100 are added up and usually a transformer 1 16 is provided, which transforms the voltage in the park, to then at the feed point 1 18, which is also commonly referred to as PCC, in the supply network 120th feed.
  • Fig. 2 is only a simplified representation of a wind farm 1 12, for example, shows no control, although of course there is a controller.
  • the parking network 1 14 be designed differently, in which, for example, a transformer at the output of each wind turbine 100 is present, to name just another embodiment.
  • Fig. 3 shows a supply network 1 in a schematic representation.
  • the electrical supply network 1 contains in this illustration three subnetworks N1, N2 and N3, which can be separated from each other by the switches S2 and S4. In the illustration of FIG. 3, however, these two switches S2 and S4 are closed and these three subnetworks N1-N3 thus form, together with further elements, the electrical supply network 1.
  • the electrical supply network 1, as illustrated in FIG may also be coupled with other parts, in particular with an overall comprehensive network, such as the European interconnected network, which should be illustrated by the continuation symbol K1. It should be emphasized that Fig. 3 is in many ways only a schematic and illustrative representation.
  • symbolized subnetworks N1-N3 can also be connected to one another more strongly, that is to say for example via a plurality of connection points and not just via a switch S2 or S4.
  • switching elements, transformers, consumers and generators, to name but a few examples also belong to a supply network or sub-network. Some of these elements will be described below in their meaning for the supply network 1.
  • a first and a second wind farm WP1 or WP2 are provided, which feed into the electrical supply network 1, namely via the switch S3 and the transformer T3 into the subnetwork N2 or via the switch S5 and the transformer T5 in the subnet N3.
  • the two switches S3 and S5 are closed, the two wind farms WP1 and WP2 are thus connected to the electrical supply network 1 and can feed.
  • a large power plant 2 is shown, which could feed via a switch S1 and a transformer T1 in the electrical supply network 1, namely in the subnetwork N 1.
  • the switch S1 is open and the large power plant 2 is thus not fed in the situation shown.
  • the large-scale power plant 2 is only representative of other large-scale power plants, especially those which would feed via a synchronous generator coupled directly to the supply network 1.
  • the open switch S1 is representative of the fact that in the situation shown in Fig. 3, no large power plant 2 is currently fed into the electrical supply network.
  • an industrial consumer 4 is shown by way of example, which could draw power from the electrical supply network 1 from the electrical supply network 1 via the transformer T6 and the switch S6.
  • the switch S6 is open, thus indicating that in the situation shown the exemplary industrial consumer 4 does not draw power from the electrical supply network 1.
  • a city network 6 which is representative of many individual non-industrial consumers, especially those grouped in a low-voltage network.
  • This urban network 6 could also draw power from the electrical supply network 1, namely via the transformer T7 and the switch S7.
  • the switch S7 is open and the urban network 6 thus does not draw any power from the electrical supply network 1 in the situation shown.
  • the exemplary industrial consumer 4 also symbolizes a consumer who also purchases inductive power, at least with a significantly higher proportion as this is the case with the urban network 6.
  • only the two wind farms WP1 and WP2 are thus currently coupled to the electrical supply network 1. At the moment, they are not feeding any power.
  • the two switches S3 and S5 could also be open. It is therefore assumed that the illustrated electrical supply network 1, which can be referred to only as a supply network 1 for the sake of simplicity, has failed, which can also be referred to as black fallen here.
  • the electrical supply network 1 is thus currently not in operation.
  • the control device 10 recognizes this and decides whether it is expedient to start the two exemplary wind farms WP1 and WP2 in the black start mode. For this purpose, the control device 10 evaluates further information, namely both information about the state of the electrical supply network 1 and the state of the two wind farms WP1 and WP2.
  • the state of the electrical supply network 1 can also be detected at the measuring point 8, at least that which is illustrated as illustrated.
  • a detection of the network impedance at the respective grid connection point is proposed.
  • these details are not shown in FIG. 3 and a measurement of the network impedance or detection of the network impedance would respectively relate to the grid connection point or in particular be made there.
  • the wind farm WP1 feeds via the grid connection point 12 into the electrical supply network 1, which may locally correspond to the measuring point 8.
  • the second wind farm WP2 feeds into the supply network 1 via the grid connection point 14.
  • the control device 10 communicates with the first and second wind farms WP1 and WP2. Thereby, the control device can obtain information from the respective wind farm and judge whether a start in the black start mode can now be appropriate. Such information is, in particular, how much power and / or reactive power the respective wind farm could currently provide and thus feed.
  • the information about the electrical supply network, in particular the respective network impedance related to the grid connection point 12 or 14, the control device 10 could also receive from the respective wind farm WP1 or WP2.
  • the measuring point 8 can also be omitted if all information is provided by the relevant wind farm.
  • This information that is, in particular information about the network status as well as the current state and the current performance of the two wind farms WP1 and WP2, are now evaluated in the control device 10 and the control device 10 can then give a start signal to the two wind farms WP1 and WP2 to let them start in black start mode.
  • the two wind farms WP1 and WP2 can then feed in particular first reactive power, partly or later but also active power.
  • the two wind farms WP1 and WP2 are performed by the control device 10 with respect to a particular frequency and phase so that they feed with a fixed frequency, in particular the nominal frequency of the electrical supply network, and thus pretend this in the electrical supply network.
  • the two wind farms WP1 and WP2 are synchronized with each other.
  • the wind farm or wind farms are not geared to an existing frequency in the grid, but instead provide it.
  • the two wind farms WP1 and WP2 can be managed in such a way that they in particular start up the grid voltage.
  • the control device 10 can also undertake to connect consumers to the electrical supply network 1 as soon as the electrical supply network has a corresponding stability. This may include closing the switches S6 and S7 shown as examples at suitable times and thus switching on the corresponding consumers, namely the industrial consumers 4 or the city network 6. However, this connection from the control device 10 to the corresponding switches S6 and S7 is not shown for the sake of clarity.
  • the diagram in FIG. 4 now illustrates by way of example how such a startup of the electrical supply network can take place with the aid of the two wind farms WP1 and WP2.
  • the diagram shows the voltage U in the supply network 1 according to FIG. 3, z. At the measuring point 8, as a function of time, and it shows the power factor coscp of the two wind farms WP1 and WP2 in total.
  • the control device 10 has determined that the electrical supply network is not in operation and determined that a start of the at least one wind farm, in this case the wind farms WP1 and WP2, makes sense.
  • a start signal for starting the two wind farms in a black start mode is thus given by a signal generator of the control device 10 to these two wind farms WP1 and WP2.
  • These two wind farms now enter this black start mode to start and tune into a black start mode. This includes, for example, not being fed immediately with nominal voltage or a similar voltage value.
  • the voltage U is slowly increased from the time t 0 with the value 0 on to nominal voltage U N.
  • the abbreviation SSM also indicates that the black start mode is used here.
  • the two wind farms WP1 and WP2 essentially feed in reactive power, especially as no significant consumers have yet been connected. Accordingly, the coscp has a low value close to 0. Thus, a lot of reactive power, but little active power is fed.
  • the industrial load 4 will now be switched on by way of example, in particular in that the switch S6 according to FIG. 3 is closed.
  • the voltage keeps its value of the nominal voltage U N , which is to be expected regularly with certain fluctuations, which are not shown here for the sake of simplicity.
  • time t 4 it can then be assumed at time t 4 that the supply network with switched on industrial consumer 4 and switched urban network 6 works stably and then also the large power plant 2, and other such power plants, could be switched on.
  • time t 4 is therefore proposed to close the switch S1, but only after the large power plant 2 is raised accordingly.
  • the time t 4 in which the example of large power plant 2 is switched, are much later than indicated in Fig. 4.
  • the distances between t- 1 and t 2 or t 2 and t 3 could on the one hand be significantly less than the distance between t 3 and t 4 .
  • the operation of t 0 when the wind farms start in the black start mode until the time U, when finally the large power plant 2 is switched on, can be regarded as a black start operation.
  • all switches illustrated in FIG. 3, in particular the switches S1, S6 and S7, are finally closed and the electrical supply network 1 is then essentially in a normal state and the black start operation can then be ended or at least considered to be finished.
  • This may mean that the control device 10 withdraws from the guidance of the two wind farms in the black start mode and then basically feed the wind farms normally into the electrical supply network 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz (1) mittels wenigstens eines jeweils über einen Netzanschlusspunkt (12) an das Versorgungsnetz angeschlossenen Windparks (WP1), wobei das Versorgungsnetz (1) mit einer Netzfrequenz zu betreiben ist und jeder Windpark (WP1) mehrere Windenergieanlagen (100) aufweist, umfassend die Schritte Feststellen, ob das elektrische Versorgungsnetz (1) in Betrieb ist, Starten des wenigstens einen Windparks (WP1) in einem Schwarzstartmodus zum Erzeugen elektrischer Leistung zum Einspeisen in das Versorgungsnetz (1), wenn das Versorgungsnetz (1) nicht in Betrieb ist, Betreiben des wenigstens einen Windparks (WP1) in einem Schwarzstartbetrieb, in dem elektrische Leistung in das Versorgungsnetz (1) eingespeist wird und dadurch das Versorgungsnetz (1) betrieben wird, wobei in dem Schwarzstartmodus und/oder in dem Schwarzstartbetrieb die Netzfrequenz durch das Einspeisen der elektrischen Leistung vorgegeben wird.

Description

VERFAHREN ZUM EINSPEISEN ELEKTRISCHER LEISTUNG IN EIN ELEKTRISCHES VERSORGUNGSNETZ MIT EINEM WINDPARK SOWIE WINDPARK MIT SCHWARZSTART
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels wenigstens eines Windparks. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Windpark und die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und eine 5 Steuervorrichtung zum Steuern eines erfindungsgemäßen Windparks.
Es ist bekannt, elektrische Leistung durch Windenergieanlagen in ein elektrisches Versorgungsnetz einzuspeisen, besonders durch mehrere in einem Park zusammengefasste Windenergieanlagen, die über einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen. Auch das Einspeisen mit mehreren Windparks in0 dasselbe elektrische Versorgungsnetz an unterschiedlichen Netzanschlusspunkten ist bekannt.
Solche Verfahren setzen grundsätzlich voraus, dass das Netz in Betrieb ist. Es sind zwar auch Verfahren bekannt, bei denen Störungen im Netz auch durch Windenergieanlagen berücksichtigt werden, das elektrische Versorgungsnetz ist hierbei gleichwohl in Betrieb,5 auch wenn eine kurzfristige Störung vorliegt. Selbst wenn ein vollständiger Spannungseinbruch für kurze Zeit vorliegen sollte, kehrt das elektrische Versorgungsnetz doch regelmäßig wieder und die Windenergieanlagen bzw. Windparks können ihre Einspei- sung fortsetzen.
So beschreibt beispielsweise die internationale Anmeldung WO 2005/031941 A1 ein0 Verfahren, bei dem eine Windenergieanlage bei Auftreten einer Störung in dem elektrischen Netz mit dem Netz verbunden bleibt und bei Beendigung der Störung eine deutlich höhere Leistung in das Netz einspeist, um hierbei das Netz zu stützen. Aber auch hier wird lediglich ein existierendes Netz, das in Betrieb ist und auch wieder selbständig in einen Betrieb ohne Störung zurückgekehrt ist, unterstützt. 5 Diesen Konzepten liegt der Grundgedanke zugrunde, dass ein elektrisches Versorgungsnetz wenigstens auch von einem Großkraftwerk versorgt und geführt wird. Dabei ist regelmäßig ein sehr großer Synchrongenerator direkt mit dem Netz gekoppelt, der diese Führungsaufgabe übernimmt und dabei auch eine Netzfrequenz vorgibt. Daran können sich dann die dezentralen Einspeiser wie auch Windenergieanlagen bzw. Windparks orientieren.
Inselnetze, die also klein und in sich abgeschlossen sind, insbesondere wenn sie tatsächlich auf einer (kleinen) Insel angeordnet sind, verfügen dann regelmäßig über einen 5 sogenannten Netzbildner. Das kann beispielsweise ein Synchrongenerator sein, der von einem Verbrennungsmotor, besonders einem Dieselmotor, angetrieben wird. Ein solches System ist in der Offenlegungsschrift DE 100 44 096 A1 beschrieben. Somit wird letztlich auch dort das Netz durch einen direkt gekoppelten Synchrongenerator geführt.
Problematisch kann nun sein, wenn das elektrische Versorgungsnetz komplett ausgefällt) len ist, besonders nach einem Blackout, und wieder in Betrieb genommen werden muss.
Ähnliches gilt auch für eine Erstinbetriebnahme eines elektrischen Versorgungsnetzes, wobei dieser Fall heutzutage kaum noch auftreten kann, mit Ausnahme von kleinen Inselnetzen, um die es in dieser Anmeldung aber nicht geht. Bei einer solchen Wiederinbetriebnahme wird grundsätzlich das Großkraftwerk durch seinen Synchrongenerator den 15 Betrieb wieder aufnehmen. Dazu wird das eine oder mehrere Großkraftwerke wieder hochgefahren und dann sukzessive Verbraucher an entsprechenden Netzschaltpunkten zugeschaltet.
Ein solches System kann aber nicht funktionieren, wenn an dem wieder in Betrieb zu nehmenden elektrischen Versorgungsnetz solche Großkraftwerke mit Synchrongenerato- 20 ren nicht angeschlossen sind. Ein solches Problem kann auch für ein größeres abgetrenntes Teilnetz auftreten, wenn beispielsweise ein lokaler Blackout aufgetreten ist.
Eine Möglichkeit könnte darin liegen, für solche Fälle Netzbildner vorzusehen, wie das bei Inselnetzen gemacht wird. Das hätte aber den Nachteil, dass solche Netzbildner nur für solche Wiederinbetriebnahmen vorgehalten werden müssten und damit üblicherweise 25 nicht benötigt werden, denn ein solches Wiederinbetriebnehmen oder eine Erstinbetriebnahme tritt recht selten auf.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 103 20 087 A1 , EP 1 965 483 A1 , EP 1 909 371 A2, EP 2 632 012 A1 , US 2015/0042092 A1 , CN 104953616A, DE 100 30 44 096 A1 , WO 2005/031941 A1. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eins der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung geschaffen werden, ein elektrisches Versorgungsnetz oder einen Teil davon ohne Verwendung eines Großkraftwerks mit direkt gekoppeltem Synchrongenerator in Betrieb zu nehmen oder wieder in Betrieb zu nehmen. Zumindest soll gegenüber bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren geht aus von einem Windpark, der über einen Netzanschlusspunkt in das Versorgungsnetz angeschlossen ist und über diesen Netzanschlusspunkt in das Versor- gungsnetz elektrische Leistung einspeisen soll. Dieses elektrische Versorgungsnetz, oder einfach Versorgungsnetz, ist mit einer Netzfrequenz zu betreiben, wie beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz. Es kann auch vorgesehen sein, mit mehreren Windparks einzuspeisen, wobei jeder Windpark mehrere Windenergieanlagen aufweist und ein Windpark jeweils über einen eigenen Netzanschlusspunkt an das Versorgungsnetz angeschlossen ist und darüber einspeist.
Das Verfahren schlägt nun vor, dass zuerst festgestellt wird, ob das elektrische Versorgungsnetz in Betrieb ist. Diese Feststellung kann insbesondere von dem wenigstens einen Windpark vorgenommen werden und dazu kann eine zentrale Steuerung des Windparks vorhanden sein und verwendet werden. Es kommt auch in Betracht, beson- ders wenn mehrere Windparks involviert sind, eine übergeordnete Steuereinrichtung zu verwenden.
Wird festgestellt, dass das Versorgungsnetz nicht in Betrieb ist, wird der wenigstens eine Windpark in einem Schwarzstartmodus gestartet, um elektrische Leistung zu erzeugen und in das Versorgungsnetz einzuspeisen. Der wenigstens eine Windpark, der in dem Schwarzstartmodus gestartet wurde, wird nun in einem Schwarzstartbetrieb betrieben. In diesem Schwarzstartbetrieb wird elektrische Leistung in das Versorgungsnetz eingespeist und dadurch das Versorgungsnetz betrieben, insbesondere auch wieder in Betrieb genommen. In diesem Schwarzstartmodus bzw. Schwarzstartbetrieb wird die Netzfrequenz durch das Einspeisen der elektrischen Leistung vorgegeben. Die Netzfrequenz wird somit durch den wenigstens einen einspeisenden Windpark vorgegeben. Das vorgeschlagene Verfahren schafft somit eine Möglichkeit, ein elektrisches Versorgungsnetz, das nicht in Betrieb ist, das also insbesondere schwarzgefallen ist, wieder in Betrieb zu nehmen, ohne dafür ein Großkraftwerk zu benötigen, insbesondere ohne ein Großkraftwerk dazu zu benötigen, das einen direkt mit dem Netz gekoppelten Synchron- generator aufweist, der die Netzfrequenz vorgibt. Der Windpark, ggf. mehrere, erkennt somit, dass das Netz nicht in Betrieb ist und fährt dieses selbständig hoch.
Unter einem elektrischen Versorgungsnetz wird hier kein Inselnetz verstanden, sondern ein elektrisches Versorgungsnetz, das nicht isoliert ist und insbesondere nicht den einen oder mehrere Windparks und ggf. weitere dezentrale Erzeugungseinheiten als einzige Erzeuger aufweist. Das elektrische Versorgungsnetz, das hier zugrunde gelegt wird, ist im Normalbetrieb mit wenigstens einem Großkraftwerk gekoppelt, das in dieses elektrische Versorgungsnetz einspeist. Das kann auch beinhalten, dass das elektrische Versorgungsnetz, von dem festgestellt wurde, dass es nicht in Betrieb ist, in dem Moment nicht mit einem Großkraftwerk gekoppelt ist, weil sich ein solcher vom elektrischen Versor- gungsnetz getrennt hat und/oder mit einem anderen Teilnetz verbunden ist und sich dieses Teilnetz von dem elektrischen Versorgungsnetz getrennt hat, von dem festgestellt wurde, dass es nicht in Betrieb ist. In diesem Fall kann nach dem Starten des elektrischen Versorgungsnetzes und dem Inbetriebnehmen oder Wiederinbetriebnehmen dieses elektrischen Versorgungsnetzes später eine Verbindung mit dem besagten Teil- netz und/oder dem besagten Großkraftwerk vorgenommen werden, um letztlich wieder den Normalbetrieb des elektrischen Versorgungsnetzes herzustellen.
Das hier betrachtete elektrische Versorgungsnetz kann beispielsweise einen Teil des Europäischen Verbundnetzes bilden.
Das Verfahren schafft somit eine Möglichkeit, ohne ein solches Großkraftwerk selbsttätig in Betrieb genommen zu werden und das hat zum einen den Vorteil, dass ein solches Inbetriebnehmen ohne ein entsprechendes Großkraftwerk durchgeführt werden kann. Es kann also in Betrieb genommen werden, wenn eine Verbindung zu einem Großkraftwerk in dem Moment getrennt ist. Es hat aber auch den Vorteil, dass eine Inbetriebnahme, insbesondere Wiederinbetriebnahme, ggf. schneller vorgenommen werden kann als dies mit einem oder mehreren Großkraftwerken der Fall wäre. Das liegt besonders darin begründet, dass Windenergieanlagen über die Verwendung von Wechselrichtern sehr schnell und flexibel regeln können. Ist ein elektrisches Versorgungsnetz ausgefallen, so ist dies regelmäßig als schwerwiegende Störung einzustufen. Eine solche Störung hat häufig zur Folge, dass viele oder alle in dieses elektrische Versorgungsnetz einspeisenden Großkraftwerke abgeschaltet wurden. Entsprechend müssten zum Wiederinbetriebnehmen des elektrischen Versor- gungsnetzes diese Großkraftwerke, zumindest ein Teil davon, zunächst wieder in Betrieb genommen werden oder es müssen Kraftwerke, die speziell zum Schwarzstart vorgesehen sind, gestartet werden. Das Wiederinbetriebnehmen mittels eines Windparks, das hier vorgeschlagen wird, kann somit ggf. eine verbesserte Lösung schaffen, insbesondere eine schnellere Wiederinbetriebnahme erreichen. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Windpark über den jeweiligen Netzanschlusspunkt mit dem Versorgungsnetz verbunden wird, wobei das Versorgungsnetz vor dem Verbinden nicht in Betrieb ist, insbesondere keine Netzfrequenz aufweist und das Versorgungsnetz nach dem Verbinden die Netzfrequenz durch das Einspeisen durch den wenigstens einen Windpark aufweist. Das Versorgungsnetz ist somit zunächst nicht in Betrieb. Es weist insbesondere keine Netzfrequenz auf, was insoweit auch als Indikator dafür verwendet werden kann, dass das Versorgungsnetz nicht in Betrieb ist. Erst das Verbinden mit dem Windpark und Einspeisen elektrischer Leistung durch den Windpark mit der entsprechenden Frequenz, die der Windpark somit vorgibt, führt dazu, dass das Versorgungsnetz dann eine Netzfrequenz aufweist. Vorzugsweise erzeugt im Schwarzstartbetrieb ein Frequenzgenerator ein Frequenzsignal und optional auch ein Phasensignal. Dies kann dem wenigstens einen Windpark als Leitsignal zur Verfügung gestellt werden und der wenigstens eine Windpark stellt dann die Frequenz und ggf. die Phase basierend auf diesem Leitsignal ein. Insbesondere ist ein solcher Frequenzgenerator Teil des wenigstens einen Windparks, der das elektrische Versorgungsnetz hier wieder in Betrieb nimmt. Bei Verwendung mehrerer Windparks zum Inbetriebnehmen des einen elektrischen Versorgungsnetzes kann dieser Frequenzgenerator allen diesen beteiligten Windparks das Frequenzsignal und optional das Phasensignal als Leitsignal zur Verfügung stellen. Besonders in diesem Fall wird vorgeschlagen, den Frequenzgenerator als übergeordnetes Steuermittel für die mehreren Windparks vorzusehen. Die örtliche Anordnung des Frequenzgenerators, bzw. dieses übergeordneten Steuermittels, kann in einem der Windparks sein.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine der Windenergieanlagen für die Vorgabe der Frequenz und optional für die Vorgabe der Phase als Master-Anlage arbeitet und sich die übrigen Windenergieanlagen daran anpassen, sich insbesondere damit synchronisieren. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass bei Verwendung mehrerer Windparks ein Windpark für die Vorgabe der Frequenz und optional für die Vorgabe der Phase als Master-Park arbeitet und sich die übrigen Windparks daran anpassen, sich insbesondere damit synchronisieren. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine Frequenz als Leitfrequenz und optional eine Phase als Leitphase vorgegeben werden. Die Master-Anlage bzw. der Master-Park können insoweit als Frequenzgenerator bzw. übergeordnetes Steuermittel arbeiten. Insoweit können die Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Frequenzgenerators auf diese Master-Anlage bzw. diesen Master- Park sinngemäß übertragen werden. Vorzugsweise wird zum Starten des wenigstens einen Windparks elektrische Energie aus einem Energiespeicher verwendet. Optional wird auch zum Einspeisen wenigstens eines Teils der einzuspeisenden elektrischen Leistung Energie aus dem Energiespeicher verwendet.
Entsprechend ist ein Energiespeicher vorzusehen, der beispielsweise zentral in dem Windpark angeordnet sein kann. Ist dieser Energiespeicher vergleichsweise klein oder weist eine vergleichsweise geringe Ladung auf, kann es sinnvoll sein, die Energie nur zum Starten des wenigstens einen Windparks zu verwenden, also als Energie für die Betriebseinrichtungen wie beispielsweise Blattverstellantriebe und jeweils einen Erregungsstrom zum Erregen des Rotorfeldes eines fremderregten Synchrongenerators jeweils einer Windenergieanlage. Auch Steuerprozessoren, einschließlich eines Wechselrichters, können durch solche Energie aus einem Energiespeicher versorgt werden.
Ist ein entsprechend großer Energiespeicher vorgesehen, kann dessen Energie auch zum unmittelbaren Einspeisen verwendet werden. Damit kann erreicht werden, dass ein Wiederinbetriebnehmen des elektrischen Versorgungsnetzes auch dann möglich wird, wenn wenig Wind oder sogar gar kein Wind in dem Moment vorhanden ist, in dem das elektrische Versorgungsnetz wieder in Betrieb genommen werden soll. Als elektrische Energiespeicher kommen besonders als direkte elektrische Energiespeicher Batteriespeicher in Betracht. Es kommen aber auch elektrische Energiespeicher in Betracht, die die Energie in einer anderen Form speichern, aber besonders diese Energie als elektri- sehe Energie ausspeichern, also abgeben können. Hierzu kommen besonders auch Gasspeicher in Betracht. Elektrische Kondensatoren können die elektrischen Speicher, insbesondere bei elektrischen Batteriespeichern, ergänzen. Es kommt auch als eine besonders bevorzugte Ausführungsform in Betracht, Batteriespeicher und andere Speicher und ggf. zusätzlich Kondensatorspeicher zu kombinieren. Dadurch können durch die unterschiedlichen Speicher unterschiedlich schnell elektrische Leistungen zur Verfügung gestellt werden. Unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Geschwindigkeit der Energiebereitstellung einerseits und des Speichervermögens hinsichtlich Energiemenge andererseits können so vorteilhaft kombiniert werden. Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass vor dem Starten des wenigstens einen Windparks an wenigstens einem der jeweiligen Netzanschlusspunkte eine Netzimpedanz erfasst wird, um eine Betriebsfähigkeit des Versorgungsnetzes zu überprüfen. Somit ist zum einen zwischen der Feststellung, ob das elektrische Versorgungsnetz in Betrieb ist, zusätzlich die Betriebsfähigkeit überprüft. Durch das Erfassen der Netzimpe- danz kann insbesondere erkannt werden, ob noch ein Netzkurzschluss vorliegt oder ob der Netzanschlusspunkt, an dem die Netzimpedanz erfasst wird, vom elektrischen Versorgungsnetz oder von einem Großteil des elektrischen Versorgungsnetzes getrennt ist, oder ob eine andere Störung vorliegt. Vorzugsweise ist zu wenigstens einem früheren Zeitpunkt, besonders als das elektrische Versorgungsnetz in Betrieb war, also ohne Störung, eine Vergleichsimpedanz bzw. Vergleichsnetzimpedanz aufgenommen worden. Ein Vergleich der nun am Netzanschlusspunkt erfassten Netzimpedanz mit einer solchen Vergleichsnetzimpedanz kann Aufschluss darüber geben, ob die nun erfasste Netzimpedanz auf ein Problem hindeutet, insbesondere darauf hindeutet, dass eine Betriebsfähigkeit nicht vorliegen könnte. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass das Starten im Schwarzstartmodus an die erfasste Netzimpedanz angepasst wird. Besonders kann davon abhängen, wie viel Leistung und/oder Blindleistung zunächst eingespeist wird, wie schnell die Spannung erhöht wird, mit der eingespeist wird, und insbesondere auch, wie stabil die Regelung der Einspeisung ausgelegt wird. Besonders wird vorgeschlagen, abhängig von der erfassten Netzimpedanz eine Regelreserve vorzusehen. Unter einer Regelreserve wird hier verstanden, wie groß der relative, also prozentuale, Abstand der eingespeisten Leistung bzw. einzuspeisenden Leistung zu der rechnerischen Einspeiseleistung ist, bei der eine Stabilitätsgrenze errechnet wurde, bei der somit die Einspeisung instabil werden würde.
Vorzugsweise wird der Windpark nicht gestartet, wenn sich aus der erfassten Netzimpe- danz ergibt, dass eine Betriebsfähigkeit des Versorgungsnetzes nicht gegeben ist. Das ist besonders dann der Fall, wenn die Netzimpedanz besonders groß oder besonders klein ist. Es kann aber auch die Netzimpedanz qualitativ darauf hindeuten, dass eine Betriebsfähigkeit nicht vorliegt oder zumindest problematisch ist. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Netzimpedanz einen sehr hohen oder sehr niedrigen ohmschen Anteil aufweist.
Vorzugsweise wird beim oder unmittelbar nach dem Starten des wenigstens einen Windparks im Schwarzstartmodus wenigstens ein mit dem Versorgungsnetz verbundener Verbraucher zugeschaltet, um für die in das Versorgungsnetz eingespeiste Leistung als Last zu dienen, sodass in dem Versorgungsnetz ein elektrischer Strom zu diesem wenigstens einen Verbraucher fließen kann.
Ein solcher Verbraucher kann ein künstlicher Verbraucher sein, also ein solcher, der allein für eine Netzstützung, insbesondere das hier beschriebene Starten im Schwarz- startmodus, vorgesehen ist. Das kann beispielsweise ein elektrischer Motor und/oder Widerstandsbänke zum Abführen elektrischer Energie sein. Vorzugsweise ist diese Last so gestaltet, dass sie auf Spannungsschwankungen, Frequenzschwankungen und Schwankungen verfügbarer Leistung tolerant reagiert.
Besonders bevorzugt kann als Last eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere mit Schwungmasse, vorgesehen sein, die sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb arbeiten kann. Diese elektrische Maschine kann dann als Last dienen, Leistung aufnehmen und diese Leistung in eine Drehbewegung umsetzen. Diese anfangs eingespeiste Leistung bzw. die sich dabei über die Zeit integrierende Energie kann diese elektrische Rotationsmaschine beschleunigen, sodass die elektrische Energie als kinetische Rotati- onsenergie gespeichert wird. Diese Rotationsenergie kann später wieder ins Netz abgegeben werden und wäre somit, zumindest zum Teil, nicht verloren. Zudem kann eine solche elektrische Rotationsmaschine die Energie auch bei Bedarf wieder abgeben, wenn der Windpark noch im Schwarzstartmodus und/oder Schwarzstartbetrieb betrieben wird.
Vorzugsweise bildet eine Windenergieanlage eines anderen Windparks und/oder ein anderer Windpark die zuschaltbare Last. Die Verwendung der Windenergieanlage oder des Windparks als Last hat den Vorteil, dass hierdurch diese Windenergieanlage bzw. dieser Windpark dabei gleichzeitig hochgefahren werden kann. Diese Windenergieanlage bzw. dieser andere Windpark stützen dann zunächst das Inbetriebnehmen des elektrischen Versorgungsnetzes als Last, können dann aber umso schneller als Erzeugungs- einheit oder Einheiten arbeiten, sobald es benötigt wird. Das kann besonders dann benötigt werden, wenn weitere Verbraucher zu diesem elektrischen Versorgungsnetz im Schwarzstartbetrieb zugeschaltet werden. Vorzugsweise wird das Starten im Schwarzstartmodus ausgelöst durch ein externes Signal eines Betreibers des elektrischen Versorgungsnetzes oder durch ein externes Signal einer Zentralsteuereinheit. Dieses externe Signal kann somit auch dazu verwendet werden, um festzustellen, ob das elektrische Versorgungsnetz in Betrieb ist, also um festzustellen, dass das elektrische Versorgungsnetz nicht in Betrieb ist. Außerdem oder alternativ kann ein solches externes Signal dazu verwendet werden, die Betriebsfähigkeit des elektrischen Versorgungsnetzes festzustellen. Entsprechend kann der Netzbetreiber und/oder die Zentralsteuereinheit feststellen, ob das elektrische Versorgungsnetz betriebsfähig ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass vor dem Starten im Schwarzstartmodus ein mit dem Netzanschlusspunkt verbundenes Teilnetz des Versorgungsnetzes abgetrennt wird, um unabhängig von dem verbleibenden Teil des Versorgungsnetzes gestartet und betrieben zu werden. Außerdem wird hierzu als ergänzende Option vorgeschlagen, dass in einem weiteren Schritt das abgetrennte und im Schwarz- startbetrieb betriebene Teilnetz mit dem verbliebenen Teil des Versorgungsnetzes, oder einem Teil davon, synchronisiert und dann wieder verbunden wird.
Demnach wird aus einem gesamten elektrischen Versorgungsnetz, wie beispielsweise dem Europäischen Verbundnetz, ein Teilnetz abgetrennt, das unabhängig von dem verbleibenden Teil des Versorgungsnetzes hochgefahren werden kann. Das verbleibende elektrische Versorgungsnetz kann ebenfalls und anderweitig hochgefahren werden. Der wenigstens eine Windpark braucht somit nur dieses abgetrennte Teilnetz zu starten. Vorzugsweise wurde auch für dieses Teilnetz eine Impedanzerfassung zuvor durchgeführt, als das elektrische Versorgungsnetz im Wesentlichen noch in einem optimalen Zustand lief. In diesem Fall kann auch von einer im nicht abgetrennten Teilnetz gemes- senen Impedanz auf eine Impedanz hochgerechnet werden, die sich bei entsprechend abgetrenntem Teilnetz ergäbe.
Vorzugsweise wird in einem weiteren Schritt das abgetrennte und im Schwarzstartbetrieb betriebene Teilnetz mit dem verbliebenen Teil des Versorgungsnetzes, oder einem Teil davon, synchronisiert und dann wieder verbunden. Somit können mehrere, zumindest zwei, Teilnetze unabhängig voneinander hochgefahren werden, besonders bis sie stabil arbeiten. Dann kann eine Synchronisation und Wiederverbindung dieser zunächst separat hochgefahrenen Teilnetze erfolgen. Vorzugsweise weist das Versorgungsnetz wenigstens einen Verbraucher und eine konventionelle Erzeugungseinheit auf. Insbesondere weist das elektrische Versorgungsnetz sehr viele Verbraucher auf. Demnach wird hier die Verwendung eines im Grunde üblichen Versorgungsnetzes vorgeschlagen. Vorzugsweise weist die konventionelle Erzeu- gungseinheit eine Nennleistung von mehr als 200 MW auf. Es ist somit eine konventionelle Erzeugungseinheit vorgesehen, die hier auch als Großkraftwerk bezeichnet wird. Außerdem oder alternativ weist die konventionelle Erzeugungseinheit einen direkt mit dem Versorgungsnetz gekoppelten Synchrongenerator auf. Es wird somit von einem Versorgungsnetz mit einem im Grunde herkömmlichen Erzeuger, nämlich einem anderen Erzeuger als eine Windenergieanlage bzw. ein Windpark, ausgegangen. Diese konventionelle Erzeugungseinheit ist somit so aufgebaut, dass sie einen Synchrongenerator aufweist, der unmittelbar an das Netz gekoppelt ist. Ein solcher Synchrongenerator würde insoweit auch eine Frequenz im Netz vorgeben können.
Dabei ist vorgesehen, dass diese konventionelle Erzeugungseinheit vom Versorgungs- netz getrennt ist, wenn das Versorgungsnetz nicht in Betrieb ist. Ein solches elektrisches Versorgungsnetz wird somit durch einen oder mehrere Windparks wieder in Betrieb genommen, nicht aber durch die konventionelle Erzeugungseinheit.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Windparks vorgesehen sind und diese Windparks synchron gestartet werden, insbesondere synchron hochfahren, wobei sie wenigstens in ihrer Frequenz- und Phasenlage aufeinander abgestimmt sind, wobei vorzugsweise einer der Windparks als Master-Park arbeitet und sich der andere Park bzw. die anderen Parks nach diesem Master-Park richten. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise das Wiederinbetriebnehmen des elektrischen Versorgungsnetzes mittels zweier oder mehrerer Windparks vorgenommen werden. Diese wenigstens zwei Windparks können sich somit besonders in ihrer abgebbaren Leistung, also Wirkleistung, als auch ihrer abgebbaren Blindleistung, bereits in der Höhe ergänzen. Insoweit diese wenigstens zwei Windparks auch örtlich voneinander beabstandet aufgestellt sind, kann auch eine gewisse Vergleichmäßigung hinsichtlich des Windangebotes vorgenommen werden. Stehen diese Windparks weit genug auseinander, können sich Windveränderungen, insbesondere Böen, zumindest teilweise herausmitteln. Dieser Vorteil kommt besonders bei Verwendung von mehr als zwei, insbesondere deutlich mehr als zwei, Windparks zum Tragen.
Durch das Vorsehen eines Windparks als Master-Park kann die Koordinierung mehrerer Windparks auf einfache Art und Weise umgesetzt werden. Vorzugsweise werden mehrere Windparks verwendet und die Windparks tauschen untereinander Daten aus, um sich für einen gemeinsamen Start im Schwarzstartmodus vorzubereiten, wobei die Windparks wenigstens Daten über ihre verfügbare Leistung und/oder über im Versorgungsnetz benötigte Leistung austauschen, und wobei sie davon abhängig den Start im Schwarzstartmodus mit anschließendem Betrieb im Schwarzstartbetrieb steuern und/oder daraus ableiten, ob ein Start im Schwarzstartmodus mit anschließendem Betrieb im Schwarzstartbetrieb möglich ist.
Somit wird eine Datenkommunikation zwischen den Windparks vorgesehen. Insbesondere Daten über die verfügbare Leistung und/oder im Versorgungsnetz benötigte Leistung werden hierbei ausgetauscht. Die verfügbare Leistung eines Windparks hängt besonders davon ab, wie stark der vorherrschende Wind im Park ist. Es kommen aber auch andere Informationen in Betracht, wie beispielsweise ob alle Windenergieanlagen in dem Park in Betrieb genommen werden können, oder ob eine oder mehrere Windenergieanlagen in einem Reparaturmodus sind, um nur ein Beispiel zu nennen. Mit diesen Daten kann dann die Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme des elektrischen Versorgungsnetzes besser geplant und koordiniert werden. Es kommt auch in Betracht, dass sich bei Auswertung dieser Daten herausstellt, dass eine Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme des elektrischen Versorgungsnetzes derzeit nicht möglich ist.
Vorzugsweise berücksichtigt für eine Bestimmung verfügbare Leistung der betreffende Park den vorherrschenden Wind, den zu erwartenden Wind und/oder Eigenschaften und Größe im Park vorhandener Speichereinrichtungen.
Die Bedeutung vorherrschenden Windes wurde bereits erläutert und der vorherrschende Wind hat einen großen Einfluss darauf, wie viel Leistung überhaupt aus dem Wind entnommen und damit zum Einspeisen bereitgestellt werden kann. Bei der Berücksichtigung zu erwartenden Windes wird vorzugsweise eine Wettervorhersage mit in Betracht gezogen. Diese kann von einem zentralen meteorologischen Institut, wie beispielsweise in Deutschland dem Bundesamt für Seefahrt und Hydrographie, bezogen werden. Als weitere Möglichkeit wird vorgeschlagen, dass der Windpark selbst eine Vorhersage ermittelt, besonders aus aufgenommenen Wetterdaten wie der Ände- rung des Luftdrucks, der Temperatur und des vorherrschenden Windes. Vorzugsweise werden hierfür meteorologische Daten mehrerer Windparks ausgewertet. Vorzugsweise werden dabei auch meteorologische Daten von Windparks verwendet, die nicht in das Inbetriebnehmen dieses elektrischen Versorgungsnetzes involviert sind. Für die Bestimmung verfügbarer Leistung können auch Eigenschaften und Größe im Park vorhandener Speichervorrichtungen berücksichtigt werden. Abhängig solcher Speichervorrichtungen kann beurteilt werden, wie schnell der Park hochgefahren werden kann und/oder wie viel Energie und damit Leistung unmittelbar aus den Speichervorrich- tungen eingespeist werden kann, wie viel einspeisbare elektrische Energie also windunabhängig vorliegt.
Im Übrigen müssen solche elektrischen Speichervorrichtungen nicht unmittelbar im Windpark angeordnet sein, wobei eine Anordnung im Park eine bevorzugte Ausführungsform ist. Erfindungsgemäß wird zudem eine Steuervorrichtung zum Steuern des Einspeisens elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgeschlagen. Die Einspeisung erfolgt hier mittels wenigstens eines jeweils über einen Netzanschlusspunkt an das Versorgungsnetz angeschlossenen Windparks und das Versorgungsnetz wird, wie oben schon beschrieben, mit einer Netzfrequenz betrieben, insbesondere mit 50 Hz oder 60 Hz. Jeder Windpark weist mehrere Windenergieanlagen auf und die Steuervorrichtung umfasst ein Erfassungsmittel zum Feststellen, ob das elektrische Versorgungsnetz in Betrieb ist. Das Erfassungsmittel ist insbesondere dazu vorgesehen, zu messen oder entsprechende Messwerte auszuwerten, ob auf dem Netz eine Frequenz vorliegt, also erkennbar ist. Weiterhin weist die Steuervorrichtung einen Signalgeber auf, der ein Startsignal erzeugen und übertragen kann. Ein solches Startsignal ist dazu vorgesehen, den wenigstens einen Windpark, der in das Versorgungsnetz einspeisen soll, in einem Schwarzstartmodus zu starten. In diesem erzeugt der Windpark elektrische Leistung und speist diese in das Versorgungsnetz ein. Ein solches Startsignal wird dann gegeben, wenn das Versor- gungsnetz nicht in Betrieb ist, wenn das Erfassungsmittel also festgestellt hat, dass das elektrische Versorgungsnetz nicht in Betrieb ist.
Weiterhin ist als Teil der Steuervorrichtung eine Führungseinheit vorgesehen, die den wenigstens einen Windpark in einem Schwarzstartbetrieb führt. In diesem Schwarzstartbetrieb wird elektrische Leistung von dem wenigstens einen Windpark in das Versor- gungsnetz eingespeist und dadurch das Versorgungsnetz betrieben. Die Führungseinheit kann den wenigstens einen Windpark wenigstens derart führen, dass es die einzuspeisende Wirkleistung, die einzuspeisende Blindleistung und/oder deren Verhältnis zueinander vorgeben kann. Außerdem oder alternativ kann sie den wenigstens einen Windpark derart führen, dass sie die Spannungshöhe vorgibt, mit der in dem Schwarzstartbetrieb bzw. Schwarzstartmodus eingespeist wird. Beispielsweise kann sie einen solchen Spannungswert langsam erhöhen bzw. den Windpark so führen, dass er Vorgaben erhält, um die Spannung entsprechend zu erhöhen. Somit wird auch in diesem Schwarzstartmodus bzw. Schwarzstartbetrieb die Netzfrequenz durch das Einspeisen der elektrischen Leistung durch den wenigstens einen Windpark erst vorgegeben.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu vorbereitet, ein Verfahren gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen bzw. einen Windpark, oder mehrere Windparks, so zu führen, dass er bzw. sie gemäß einem Verfahren gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz einspeist.
Demnach wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung den Schwarzstart des elektrischen Versorgungsnetzes koordiniert. Außerdem wird erfindungsgemäß ein Windpark mit mehreren Windenergieanlagen vorgeschlagen, der dazu vorbereitet ist, ein Verfahren gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auszuführen bzw. in einem solchen Verfahren mitzuwirken. Demnach kann der Windpark ein solches Verfahren auch ohne die genannte Steuervorrichtung ausführen bzw. auch ohne eine solche Steuervorrichtung an einem Ausführen des Verfahrens mitwirken. Beispielsweise kann der Windpark bzw. einer der Windparks hierbei die Koordinierung übernehmen.
Außerdem oder alternativ ist ein solcher Windpark dazu vorbereitet, mit einer Steuervorrichtung gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen funktional gekoppelt zu werden. Insbesondere ist dieser Windpark dazu vorbereitet, das Startsignal von der Steuervorrichtung zu empfangen und außerdem oder alternativ durch die Führungseinheit der Steuervorrichtung in dem Schwarzstartbetrieb geführt zu werden. Der Windpark ist somit sowohl hinsichtlich Schnittstellen als auch hinsichtlich funktionaler Kompatibilität hierbei an die Steuervorrichtung angepasst.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die zum Betrieb in einem Windpark gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorbereitet ist. Eine solche Windenergieanlage kann somit mitwirken, die entsprechend geforderten elektrischen Werte einzuhalten. Insbesondere kann sie einen Teil der einzuspeisenden Wirkleistung und/oder Blindleistung beisteuern. Vorzugsweise kann sie ein Verhältnis von Wirk- zu Blindleistung aufweisen, das dem Verhältnis entspricht, das der Windpark insgesamt einspeist. Außerdem oder alternativ kann sie ihre Spannungshöhe entsprechend dem jeweiligen vorgegebenen Wert in dem Schwarzstartmodus bzw. Schwarzstartbetrieb bereitstellen. Das beinhaltet auch, eine solche Spannung bereitzustellen, dass diese ein Übertragungsverhältnis eines oder mehrerer zwischen ihr und dem Netzanschlusspunkt geschalteter Transformatoren berücksichtigt.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage eine Steuervorrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet. Somit kann eine solche Steuervorrichtung in einer Windenergieanlage des Windparks vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Windpark mehrere Windenergieanlagen aufweisen, von denen einige, insbesondere alle, für einen Schwarzstartmodus bzw. Schwarzstartbetrieb geeignet und vorbereitet sind, von denen aber eine eine beschriebene Steuervorrichtung aufweist und dadurch die Führung des Schwarzstartmodus bzw. Schwarzstartbetriebs übernehmen kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass Kommunikationseinheiten und Anschlüsse und ggf. Kommunikationsleitungen der Windenergieanlagen auch für die Führung bzw. Koordination eines solchen Schwarzstarts mittels der Steuervorrichtung genutzt werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 2 zeigt einen Windpark in einer schematischen Darstellung.
Fig. 3 zeigt schematisch ein elektrisches Versorgungsnetz zum Veranschaulichen eines Wiederinbetriebnehmens.
Fig. 4 zeigt schematisch in einem Diagramm vereinfachte Verläufe für eine Spannung U und einen Leistungsfaktor coscp für einen Schwarzstartbetrieb.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. 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 Windpark 1 12 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsen- tativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 1 12. Die Windenergieanlagen 100 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches Parknetz 1 14 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 100 aufaddiert und meist ist ein Transformator 1 16 vorgesehen, der die Spannung im Park hochtransformiert, um dann an dem Einspeisepunkt 1 18, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 120 einzuspeisen. Fig. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 1 12, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist. Auch kann beispielsweise das Parknetz 1 14 anders gestaltet sein, in dem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen.
Fig. 3 zeigt ein Versorgungsnetz 1 in einer schematischen Darstellung. Das elektrische Versorgungsnetz 1 enthält in dieser Darstellung drei Teilnetze N1 , N2 und N3, die durch die Schalter S2 bzw. S4 voneinander getrennt werden können. In der Darstellung der Fig. 3 sind diese beiden Schalter S2 und S4 aber geschlossen und diese drei Teilnetze N 1-N3 bilden somit, zusammen mit weiteren Elementen, das elektrische Versorgungsnetz 1. Das elektrische Versorgungsnetz 1 , wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist, kann auch mit weiteren Teilen, insbesondere mit einem übergreifenden Gesamtnetz, wie dem Europäischen Verbundnetz, gekoppelt sein, was durch das Fortsetzungssymbol K1 veranschaulicht werden soll. Es ist zu betonen, dass Fig. 3 in vielerlei Hinsicht nur eine schematische und veranschaulichende Darstellung ist. Insbesondere können auch die symbolisierten Teilnetze N1-N3 stärker miteinander verbunden sein, also beispielsweise über mehrere Verbindungspunkte und nicht nur über einen Schalter S2 bzw. S4. Außerdem gehören letztlich auch Schaltelemente, Transformatoren, Verbraucher und Erzeuger, um nur einige Beispiele zu nennen, jeweils zu einem Versorgungsnetz bzw. Teilnetz hinzu. Einige solcher Elemente werden nachfolgend auch noch in ihrer Bedeutung für das Versorgungsnetz 1 beschrieben. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind ein erster und ein zweiter Windpark WP1 bzw. WP2 vorgesehen, die in das elektrische Versorgungsnetz 1 einspeisen, nämlich über den Schalter S3 und den Transformator T3 in das Teilnetz N2 bzw. über den Schalter S5 und den Transformator T5 in das Teilnetz N3. In der gezeigten Situation sind die beiden Schalter S3 und S5 geschlossen, die beiden Windparks WP1 und WP2 sind somit mit dem elektrischen Versorgungsnetz 1 verbunden und können einspeisen.
Außerdem ist ein Großkraftwerk 2 dargestellt, das über einen Schalter S1 und einen Transformator T1 in das elektrische Versorgungsnetz 1 , nämlich in das Teilnetz N 1 , einspeisen könnte. In der gezeigten Situation ist der Schalter S1 allerdings geöffnet und das Großkraftwerk 2 speist somit in der gezeigten Situation nicht ein. Das Großkraftwerk 2 steht im Übrigen nur repräsentativ für andere Großkraftwerke, besonders solche, die über einen direkt mit dem Versorgungsnetz 1 gekoppelten Synchrongenerator einspeisen würden. Insoweit steht der geöffnete Schalter S1 repräsentativ dafür, dass in der in Fig. 3 gezeigten Situation kein Großkraftwerk 2 in das elektrische Versorgungsnetz aktuell einspeist.
Außerdem ist exemplarisch ein industrieller Verbraucher 4 dargestellt, der aus dem elektrischen Versorgungsnetz 1 über den Transformator T6 und den Schalter S6 Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz 1 beziehen könnte. In der gezeigten Situation ist der Schalter S6 allerdings geöffnet, was somit anzeigt, dass in der gezeigten Situation der exemplarische industrielle Verbraucher 4 keine Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz 1 bezieht.
Ebenfalls ist symbolisch ein Stadtnetz 6 dargestellt, das repräsentativ für viele einzelne, besonders in einem Niederspannungsnetz zusammengefasste, nichtindustrielle Verbraucher steht. Auch dieses Stadtnetz 6 könnte Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz 1 beziehen, nämlich über den Transformator T7 und den Schalter S7. In der dargestellten Situation ist der Schalter S7 aber geöffnet und das Stadtnetz 6 bezieht somit in der gezeigten Situation keine Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz 1. Der exemplarische industrielle Verbraucher 4 symbolisiert auch einen Verbraucher, der auch induktive Leistung bezieht, zumindest mit einem deutlich höheren Anteil als dies bei dem Stadtnetz 6 der Fall ist. In der in Fig. 3 veranschaulichten Situation sind somit im Moment nur die beiden Windparks WP1 und WP2 mit dem elektrischen Versorgungsnetz 1 gekoppelt. Sie speisen derzeit aber zunächst keine Leistung ein. Insoweit könnten die beiden Schalter S3 und S5 auch geöffnet sein. Es wird somit davon ausgegangen, dass das gezeigte elektrische Versorgungsnetz 1 , das der Einfachheit halber auch nur als Versorgungsnetz 1 bezeichnet werden kann, ausgefallen ist, was hier auch als schwarzgefallen bezeichnet werden kann. Das elektrische Versorgungsnetz 1 ist somit derzeit nicht in Betrieb.
Es wird nun an der Messstelle 8 gemessen, um festzustellen, ob das elektrische Versorgungsnetz 1 in Betrieb ist. Das Messergebnis wird zur Steuervorrichtung 10 gegeben und dort ausgewertet. In der Steuervorrichtung 10 wird nun festgestellt, dass das elektrische Versorgungsnetz 1 nicht in Betrieb ist. Das kann besonders dadurch festgestellt werden, dass keine Spannung und/oder keine Frequenz erfasst wird (obwohl Messfehler ausgeschlossen werden können).
Die Steuervorrichtung 10 erkennt dies und entscheidet, ob es zweckmäßig ist, die beiden exemplarisch gezeigten Windparks WP1 und WP2 im Schwarzstartmodus zu starten. Dazu wertet die Steuervorrichtung 10 weitere Informationen aus, nämlich sowohl Informationen zum Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes 1 als auch zum Zustand der beiden Windparks WP1 und WP2.
Der Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes 1 kann dabei auch, zumindest soll das veranschaulicht so dargestellt werden, an der Messstelle 8 erfasst werden. Insbesondere eine Erfassung der Netzimpedanz an dem jeweiligen Netzanschlusspunkt wird vorgeschlagen. Diese Details sind in Fig. 3 aber nicht dargestellt und eine Messung der Netzimpedanz bzw. Erfassung der Netzimpedanz wäre jeweils auf den Netzanschlusspunkt zu beziehen bzw. insbesondere dort vorzunehmen. Insoweit speist der Windpark WP1 über den Netzanschlusspunkt 12 in das elektrische Versorgungsnetz 1 ein, der örtlich der Messstelle 8 entsprechen kann. Der zweite Windpark WP2 speist über den Netzanschlusspunkt 14 in das Versorgungsnetz 1 ein.
Über Kommunikationsverbindungen 16 kommuniziert die Steuervorrichtung 10 mit dem ersten bzw. zweiten Windpark WP1 bzw. WP2. Dadurch kann die Steuervorrichtung Informationen von dem jeweiligen Windpark erhalten und beurteilen, ob ein Start im Schwarzstartmodus nun zweckmäßig sein kann. Solche Informationen sind insbesondere, wie viel Leistung und/oder Blindleistung der entsprechende Windpark aktuell überhaupt bereitstellen und damit einspeisen könnte. Die genannte Information über das elektrische Versorgungsnetz, insbesondere die jeweilige auf den Netzanschlusspunkt 12 bzw. 14 bezogene Netzimpedanz, könnte die Steuervorrichtung 10 auch hierdurch von dem jeweiligen Windpark WP1 bzw. WP2 erhalten. Grundsätzlich kann auch die Messstelle 8 entfallen, wenn sämtliche Informationen von dem betreffenden Windpark bereit- stellen werden.
Diese Informationen, also insbesondere Informationen zum Netzzustand als auch zum aktuellen Zustand und der aktuellen Leistungsfähigkeit der beiden Windparks WP1 und WP2, werden nun in der Steuervorrichtung 10 ausgewertet und die Steuervorrichtung 10 kann dann ein Startsignal an die beiden Windparks WP1 und WP2 geben, um zu veran- lassen, dass diese im Schwarzstartmodus starten.
Die beiden Windparks WP1 und WP2 können dann insbesondre zunächst Blindleistung, zum Teil bzw. später aber auch Wirkleistung einspeisen. Dabei werden die beiden Windparks WP1 und WP2 durch die Steuervorrichtung 10 besonderes hinsichtlich einer Frequenz und Phase so geführt, dass sie mit einer festen Frequenz, insbesondere der Nennfrequenz des elektrischen Versorgungsnetzes, einspeisen und diese damit in dem elektrischen Versorgungsnetz vorgeben. Die beiden Windparks WP1 und WP2 sind dabei miteinander synchronisiert. Es kommt natürlich auch in Betracht, dass, in einer anderen Ausführungsform, nur ein Windpark einspeist und alleine die Frequenz vorgibt. Somit orientiert sich nicht der Windpark bzw. die Windparks an einer vorhandenen Frequenz im Netz, sondern gibt diese vor.
Gleichzeitig können die beiden Windparks WP1 und WP2 so geführt werden, dass sie insbesondere die Netzspannung hochfahren.
Die Steuervorrichtung 10 kann auch übernehmen, Verbraucher dem elektrischen Versorgungsnetz 1 zuzuschalten, sobald das elektrische Versorgungsnetz eine entsprechende Stabilität aufweist. Dazu kann gehören, die exemplarisch dargestellten Schalter S6 und S7 zu geeigneten Zeitpunkten zu schließen und damit die entsprechenden Verbraucher, hier nämlich die industriellen Verbraucher 4 bzw. das Stadtnetz 6 zuzuschalten. Diese Verbindung von der Steuervorrichtung 10 zu den entsprechenden Schaltern S6 bzw. S7 ist der Übersichtlichkeit halber allerdings nicht dargestellt. Das Diagramm in Fig. 4 erläutert nun beispielhaft, wie ein solches Hochfahren des elektrischen Versorgungsnetzes mit Hilfe der beiden Windparks WP1 und WP2 erfolgen kann. Das Diagramm zeigt die Spannung U im Versorgungsnetz 1 gemäß Fig. 3, z. B. an der Messstelle 8, in Abhängigkeit der Zeit, und es zeigt den Leistungsfaktor coscp der beiden Windparks WP1 und WP2 insgesamt.
Zum Zeitpunkt t0 hat die Steuervorrichtung 10 festgestellt, dass das elektrische Versor- gungsnetz nicht in Betrieb ist und festgestellt, dass ein Start des wenigstens einen Windparks, hier also der Windparks WP1 und WP2, sinnvoll ist. Zum Zeitpunkt t0 wird somit von einem Signalgeber der Steuervorrichtung 10 ein Startsignal zum Starten der beiden Windparks in einem Schwarzstartmodus an diese beiden Windparks WP1 und WP2 gegeben. Diese beiden Windparks schalten nun in diesen Schwarzstartmodus, um darin zu starten und sich auf einen Schwarzstartbetrieb einzustellen. Dazu gehört beispielsweise, dass nicht sofort mit Nennspannung oder einem ähnlichen Spannungswert eingespeist wird.
Entsprechend wird die Spannung U langsam vom Zeitpunkt t0 mit dem Wert 0 an auf Nennspannung UN erhöht. Zum Zeitpunkt t0 ist durch die Abkürzung SSM auch angedeu- tet, dass hier der Schwarzstartmodus verwendet wird.
Zum Zeitpunkt t-ι konnte dann die Nennspannung UN erreicht werden, wobei auch etwa Netzfrequenz vorliegt.
Hierbei speisen die beiden Windparks WP1 und WP2 im Wesentlichen Blindleistung ein, zumal noch keine nennenswerten Verbraucher zugeschaltet sind. Entsprechend hat auch der coscp einen geringen Wert nahe 0. Es wird also viel Blindleistung, aber wenig Wirkleistung eingespeist.
Zum Zeitpunkt t2 wird dann festgestellt, dass die Spannung U auf der Nennspannung UN gehalten werden konnte und nun ein erster stabiler Betrieb vorliegt. In diesem Fall wird nun beispielshaft der industrielle Verbraucher 4 zugeschaltet, insbesondere dadurch, dass der Schalter S6 gemäß Fig. 3 geschlossen wird.
Die Spannung behält ihren Wert der Nennspannung UN bei, wobei hier regelmäßig auch mit gewissen Schwankungen zu rechnen ist, die hier der Einfachheit halber aber nicht dargestellt sind.
Außerdem wird nun mehr Wirkleistung eingespeist, sodass sich der coscp erhöht. Exem- plarisch ist hier gleichwohl noch ein nicht sehr hohes coscp eingezeichnet, um anzudeu- ten, dass nach wie vor noch ein erheblicher Anteil an Blindleistung eingespeist wird. Dabei ist auch zu beachten, dass ein industrieller Verbraucher regelmäßig einige Blindleistung benötigt.
Arbeitet nun das Versorgungsnetz 1 auch mit zugeschaltetem industriellen Verbraucher 4 stabil, kann zum Zeitpunkt t3 das Stadtnetz 6 zugeschaltet werden, indem der Schalter S7 geschlossen wird. Diese Vorgänge erfolgen natürlich auch mit Koordination in Absprache der betroffenen Verbraucher, also mit dem industriellen Verbraucher 4 bzw. einem Betreiber des Stadtnetzes 6, wie beispielsweise mit den betreffenden Stadtwerken.
Mit Zuschalten des Stadtnetzes 6 wird noch mehr Wirkleistung eingespeist und die Blind- leistung kann langsam zurückgenommen werden.
Es kann dann zum Zeitpunkt t4 angenommen werden, dass das Versorgungsnetz mit zugeschaltetem industriellem Verbraucher 4 und zugeschaltetem Stadtnetz 6 stabil arbeitet und dann könnte auch das Großkraftwerk 2, bzw. weitere solcher Kraftwerke, zugeschaltet werden. Zum Zeitpunkt t4 wird also vorgeschlagen, den Schalter S1 zu schließen, allerdings erst nachdem das Großkraftwerk 2 entsprechend hochgefahren ist. Je nach den Umständen, insbesondere je nach Art des Großkraftwerks 2 und je nachdem, ob dieses heruntergefahren wurde, oder im Wesentlichen noch in einem Standby- ähnlichen Modus sich befindet, kann der Zeitpunkt t4, bei dem das beispielhaft genannte Großkraftwerk 2 zugeschaltet wird, wesentlich später liegen, als in Fig. 4 angedeutet. Insbesondere könnten die Abstände zwischen t-ι und t2 bzw. t2 und t3 einerseits deutlich geringer als der Abstand zwischen t3 und t4 sein.
Jedenfalls kann der Betrieb von t0, wenn die Windparks im Schwarzstartmodus starten, bis zum Zeitpunkt U, wenn schließlich das Großkraftwerk 2 zugeschaltet wird, als Schwarzstartbetrieb angesehen werden. Mit dieser letzten Zuschaltung des Großkraft- werks 2 sind letztlich alle in Fig. 3 veranschaulichten Schalter, besonders die Schalter S1 , S6 und S7, geschlossen und das elektrische Versorgungsnetz 1 befindet sich dann im Wesentlichen in einem normalen Zustand und der Schwarzstartbetrieb kann dann beendet werden oder zumindest als beendet betrachtet werden. Das kann bedeuten, dass sich die Steuervorrichtung 10 aus der Führung der beiden Windparks im Schwarzstartbe- trieb zurückzieht und die Windparks dann im Grunde ganz normal in das elektrische Versorgungsnetz 1 einspeisen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz (1 ) mittels wenigstens eines jeweils über einen Netzanschlusspunkt (12) an das Versorgungsnetz angeschlossenen Windparks (WP1 ), wobei
- das Versorgungsnetz (1 ) mit einer Netzfrequenz zu betreiben ist und
- jeder Windpark (WP1 ) mehrere Windenergieanlagen (100) aufweist,
umfassend die Schritte
- Feststellen, ob das elektrische Versorgungsnetz (1 ) in Betrieb ist,
- Starten des wenigstens einen Windparks (WP1 ) in einem Schwarzstartmodus zum Erzeugen elektrischer Leistung zum Einspeisen in das Versorgungsnetz (1 ), wenn das Versorgungsnetz (1 ) nicht in Betrieb ist,
- Betreiben des wenigstens einen Windparks (WP1 ) in einem Schwarzstartbetrieb, in dem elektrische Leistung in das Versorgungsnetz (1 ) eingespeist wird und dadurch das Versorgungsnetz (1 ) betrieben wird, wobei
- in dem Schwarzstartmodus und/oder in dem Schwarzstartbetrieb die Netzfrequenz durch das Einspeisen der elektrischen Leistung vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
im Schwarzstartmodus der Windpark (WP1 ) über den jeweiligen Netzanschlusspunkt (12) mit dem Versorgungsnetz (1 ) verbunden wird, wobei
- das Versorgungsnetz (1 ) vor dem Verbinden nicht in Betrieb ist, insbesondere keine Netzfrequenz aufweist und
- das Versorgungsnetz (1 ) nach dem Verbinden die Netzfrequenz durch das Einspeisen durch den wenigstens einen Windpark (WP1 ) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
im Schwarzstartbetrieb ein Frequenzgenerator ein Frequenzsignal und optional ein
Phasensignal erzeugt und dem wenigstens einen Windpark (WP1 ) als Leitsignal zur Verfügung stellt und der wenigstens eine Windpark (WP1 ) Frequenz und ggf. Phase basierend auf diesem Leitsignal einstellt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine der Windenergieanlagen (100) für die Vorgabe der Frequenz und optional für die Vorgabe der Phase als Master-Anlage arbeitet und sich die übrigen Windenergieanlagen daran anpassen, sich insbesondere damit synchronisieren und/oder dass bei Verwendung mehrerer Windparks (WP1 ) ein Windpark (WP1 ) für die Vorgabe der Fre- quenz und optional für die Vorgabe der Phase als Masterpark arbeitet und sich die übrigen Windparks (WP1 ) daran anpassen, sich insbesondere damit synchronisieren.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Starten des wenigstens einen Windparks (WP1 ) elektrische Energie aus einem Energiespeicher verwendet wird und dass optional zum Einspeisen wenigstens eines Teils der elektrischen Leistung Energie aus dem Energiespeicher verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Starten des wenigstens einen Windparks (WP1 ) an wenigstens einem der jeweiligen Netzanschlusspunkte (12) eine Netzimpedanz erfasst wird, um eine Betriebsfähigkeit des Versorgungsnetzes (1 ) zu überprüfen und/oder um das Starten im Schwarzstartmodus daran anzupassen und/oder ggf. den Windpark (WP1 ) nicht zu starten, wenn sich aus der erfassten Netzimpedanz ergibt, dass eine Betriebsfähigkeit des Versorgungsnetzes (1 ) nicht gegeben ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
beim oder unmittelbar nach dem Starten des wenigstens einen Windparks (WP1 ) im Schwarzstartmodus wenigstens ein mit dem Versorgungsnetz (1 ) verbundener Verbraucher zugeschaltet wird, um für die in das Versorgungsnetz (1 ) eingespeiste Leistung als Last zu dienen, so dass in dem Versorgungsnetz (1 ) ein elektrischer Strom zu diesem wenigstens einen Verbraucher fließen kann.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Starten im Schwarzstartmodus ausgelöst wird durch ein externes Signal eines
Betreibers des Versorgungsnetzes (1 ) oder einer Zentralsteuereinheit (10).
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Starten im Schwarzstartmodus ein mit dem Netzanschlusspunkt (12) ver- bundenes Teilnetz (N1 ) des Versorgungsnetzes abgetrennt wird, um unabhängig von dem verbleibenden Teil des Versorgungsnetzes (1 ) gestartet und betrieben zu werden und dass optional in einem weiteren Schritt das abgetrennte und im Schwarzstartbetrieb betriebene Teilnetz (N1 ) mit dem verbliebenen Teil des Versorgungsnetzes (1 ), oder einem Teil davon, synchronisiert und dann wieder verbunden wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Versorgungsnetz (1 ) wenigstens einen Verbraucher und eine konventionelle Erzeugungseinheit (2) aufweist, wobei die konventionelle Erzeugungseinheit (2) eine Nennleistung von mehr als 200 MW aufweist und/oder wenigstens einen direkt mit dem Versorgungsnetz (1 ) gekoppelten Synchrongenerator aufweist, wobei die konventionelle Erzeugungseinheit (2) vom Versorgungsnetz (1 ) getrennt ist, wenn das Versorgungsnetz (1 ) nicht in Betrieb ist.
1 1. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Windparks (WP1 , WP2) vorgesehen sind und diese wenigstens zwei Windparks (WP1 , WP2) synchron gestartet werden, insbesondere synchron hochfahren werden, wobei sie wenigstens in ihrer Frequenz und Phasenlage auf einander abgestimmt sind, wobei vorzugsweise einer der Windparks (WP1 ) als Masterpark arbeitet und sich der andere Park (WP2) bzw. die anderen Parks (WP2) nach dem Masterpark (WP1 ) richten.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- mehrere Windparks (WP1 , WP2) verwendet werden,
- die Windparks (WP1 , WP2) untereinander Daten austauschen um sich für einen gemeinsamen Start im Schwarzstartmodus vorzubereiten, wobei
- die Windparks (WP1 , WP2) wenigstens Daten über ihre verfügbare Leistung und/oder über im Versorgungsnetz (1 ) benötigte Leistung austauschen und
- davon abhängig den Start im Schwarzstartmodus mit anschließendem Betrieb im Schwarzstartbetrieb steuern und/oder daraus ableiten, ob ein Start im Schwarzstartmodus mit anschließendem Betrieb im Schwarzstartbetrieb möglich ist.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bestimmung verfügbarer Leistung der betreffende Park (WP1 )
- den vorherrschenden Wind,
- zu erwartenden Wind und/oder - Eigenschaften und Größe im Park (WP1 ) vorhandener Speichereinrichtungen berücksichtigt.
14. Steuervorrichtung (10) zum Steuern des Einspeisens elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz (1 ) mittels wenigstens eines jeweils über einen Netzanschlusspunkt (12) an das Versorgungsnetz (1 ) angeschlossenen Windparks (WP1 ), wobei
- das Versorgungsnetz (1 ) mit einer Netzfrequenz zu betreiben ist und
- jeder Windpark (WP1 ) mehrere Windenergieanlagen (100) aufweist,
und die Steuervorrichtung (100) umfasst
- ein Erfassungsmittel zum Feststellen, ob das elektrische Versorgungsnetz in Betrieb ist,
- einen Signalgeber zum Erzeugen und Übertragen eines Startsignals zum Starten des wenigstens einen Windparks (WP1 ) in einem Schwarzstartmodus zum Erzeugen elektrischer Leistung zum Einspeisen in das Versorgungsnetz (1 ), wenn das Versorgungsnetz (1 ) nicht in Betrieb ist,
- Führungseinheit zum Führen des wenigstens einen Windparks (WP1 ) in einem Schwarzstartbetrieb, in dem elektrische Leistung in das Versorgungsnetz (1 ) eingespeist wird und dadurch das Versorgungsnetz (1 ) betrieben wird, wobei
- in dem Schwarzstartmodus und/oder in dem Schwarzstartbetrieb die Netzfrequenz durch das Einspeisen der elektrischen Leistung durch den wenigstens einen Windpark (WP1 ) vorgegeben wird.
15. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 14, dazu vorbereitet,
- ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, und/oder - wenigstens einen Windpark (WP1 ) so zu führen, dass der gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz (1 ) einspeist.
16. Windpark (WP1 ) mit mehreren Windenergieanlagen (100), wobei der Windpark (WP1 )
- dazu vorbereitet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen bzw. in einem solchen Verfahren mitzuwirken,
- eine Steuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15 aufweist und/oder - dazu vorbereitet ist, mit einer Steuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder
15 funktional gekoppelt zu werden, insbesondere um das Startsignal zu empfangen und/oder um durch die Führungseinheit in dem Schwarzstartbetrieb geführt zu werden.
17. Windenergieanlage (100), vorbereitet zum Betrieb in einem Windpark (WP1 ) nach Anspruch 16, und/oder umfassend einen Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15.
EP17714420.1A 2016-03-29 2017-03-29 Verfahren zum einspeisen elektrischer leistung in ein elektrisches versorgungsnetz mit einem windpark sowie windpark mit schwarzstart Pending EP3437171A1 (de)

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