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WO2015090936A1 - Kraftwerksanlage - Google Patents

Kraftwerksanlage Download PDF

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Publication number
WO2015090936A1
WO2015090936A1 PCT/EP2014/076204 EP2014076204W WO2015090936A1 WO 2015090936 A1 WO2015090936 A1 WO 2015090936A1 EP 2014076204 W EP2014076204 W EP 2014076204W WO 2015090936 A1 WO2015090936 A1 WO 2015090936A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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voltage
internal
phase position
power generation
power
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/076204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Günter ECKEL
Magdalena GIERSCHNER
Hans-Joachim Knaak
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to KR1020167016494A priority Critical patent/KR101918145B1/ko
Priority to JP2016540665A priority patent/JP6370386B2/ja
Priority to EP14808931.1A priority patent/EP3061179A1/de
Priority to US15/106,519 priority patent/US20170005479A1/en
Priority to CN201480068972.2A priority patent/CN105830328B/zh
Publication of WO2015090936A1 publication Critical patent/WO2015090936A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/048—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller controlling wind farms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F03D9/257—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between AC networks via a high-tension DC link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
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    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the invention relates to a power plant with an internal AC voltage network, a plurality of electrical power generation units, which are connected to the internal AC power network, and at least one high-voltage DC transmission device, which is connected to the internal AC power network, via a DC link to an external AC voltage network can be connected and allows energy transfer from the internal AC voltage network in the direction of the external AC voltage network.
  • Power plants of the type described are known as wind farms, in which the power generation units are formed by wind turbines, or as photovoltaic parks, in which the power generation units are formed by photovoltaic systems.
  • the high-voltage DC transmission equipment used in these power plants each have self-commutated rectifiers on the internal AC power network of the power plant.
  • the invention has for its object to provide a power plant, which can be realized more cost-effective than previous power plants.
  • the power generation units feed their power into the internal AC voltage network either via a power-electronic converter or via the stator of a doubly-fed asynchronous machine whose rotor is connected via a power electronics unit.
  • inverter is fed, feed into the internal AC power grid and the power generation units each have a synchronizer, which is suitable to regulate the generation of the output voltage of the respective energy generating unit or the feeding of the output current through the respective power generation unit such that the phase position of the output voltage or the phase position of the output current has a desired phase position predetermined by the respective energy generation unit with respect to a synchronization signal applied on the input side.
  • a significant advantage of the power plant according to the invention is the fact that in this the high-voltage DC transmission device on the part of the internal AC power network does not have to be self-guided, but can be net-guided.
  • the power plant according to the invention it is possible to use line-driven rectifiers instead of self-commutated rectifiers on the side of the internal AC voltage network, which can save considerable costs; because grid-controlled rectifiers are technically simpler and therefore less expensive to produce than self-commutated rectifiers.
  • the high-voltage direct-current transmission device on the connection side to the internal AC voltage network has at least one line-commutated one
  • the high-voltage DC transmission device on the connection side to the internal AC power network is preferably one mains-powered high-voltage direct current transmission device.
  • the high-voltage DC transmission device on the side of the internal AC voltage network is a mains-driven high-voltage DC transmission device and on the side of the external AC voltage network is a self-commutated high-voltage DC transmission device.
  • the high voltage DC transmission device on the connection side to the internal AC voltage network has at least one self-commutated rectifier, which is suitable to work as an inverter and to feed the internal power supply of the internal AC voltage network from the DC side of the high-voltage DC transmission device coming energy into the internal AC power grid. Due to the presence of a self-commutated rectifier, which can operate as an inverter, it is possible to carry out an energy transfer from the external AC voltage network in the direction of the internal AC voltage network if there is insufficient mains voltage there.
  • all power generation units of the power plant are subjected to the same synchronization signal.
  • At least one of the energy generation units In order to compensate reactive power present in the internal AC voltage network or to generate reactive power in the AC voltage network, it is possible for at least one of the energy generation units to specify or specify an individual desired phase position which deviates from the central desired phase position.
  • an individual desired phase position is predetermined for the at least one energy generation unit, which deviates from the central desired phase position by 90 ° or at least such that the energy generation unit feeds reactive power into the internal AC voltage network.
  • the power plant has a central device, which is connected to all power generation units and is configured such that it sets each power generation unit each a desired phase position.
  • the power generation units each have a radio receiver and the radio receivers of the power generation units each receive their synchronization signal by radio.
  • the synchronization signal may be, for example, the so-called GPS signal (GPS: Global Positioning System);
  • GPS Global Positioning System
  • the radio receivers are preferably GPS receivers.
  • the power plant may be, for example, a wind farm or a photovoltaic park, in which the power generation units are formed by wind turbines and / or photovoltaic systems.
  • the internal AC voltage network can be, for example, a polyphase network, in particular a three-phase network.
  • the invention also relates to a power generation unit for a power plant as described above.
  • a power generation unit it is provided according to the invention that it has a synchronizing device which is suitable for processing an input signal applied to the input side and the phase position of an output voltage generated by the power generation unit or the phase position of an output current fed into the internal AC power supply by the power generation unit, and Generation of the output voltage or the feeding of the output current to regulate such that the phase position of the output voltage or the phase position of the output current of the power generating unit predetermined target phase position corresponds.
  • the invention further relates to a method of operating a power plant equipped with an internal AC power network, a plurality of power generation units connected to the internal AC power network, and at least one high voltage DC power transmission device connected to the internal AC power network is.
  • a method of operating a power plant equipped with an internal AC power network, a plurality of power generation units connected to the internal AC power network, and at least one high voltage DC power transmission device connected to the internal AC power network is.
  • a synchronization signal is fed into the energy generating units and that the energy generating units in each case feed the synchronization signal present on the input side.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 4 shows an embodiment of a power plant according to the invention, in which a central device is provided which sets the power generation units each an individual desired phase position and in which a high-voltage DC transmission device on the part of the internal AC power network both a mains-powered rectifier and a self-commutated rectifier.
  • a central device is provided which sets the power generation units each an individual desired phase position and in which a high-voltage DC transmission device on the part of the internal AC power network both a mains-powered rectifier and a self-commutated rectifier.
  • the internal AC voltage network 20 is also connected to a high-voltage DC transmission device 40, which connects the internal AC voltage network 20 to an external AC voltage network 50 and enables energy transfer from the internal AC voltage network 20 in the direction of the external AC voltage network 50.
  • the high-voltage direct-current transmission device 40 is a line-commutated transmission device on the side of the internal alternating-voltage network 20 and for this purpose has a line-commutated rectifier 41, which is arranged electrically between the internal alternating voltage network 20 and a direct current transmission line 42.
  • the power generation units 30 and 31 are each because it is equipped with a synchronizing device 60, which is suitable for regulating the generation of the output voltage of the respective energy generating unit or the feeding of the output current through the respective energy generating unit such that the phase position of the output voltage or the phase position of the output current corresponds to a desired phase position specified for the respective energy generating unit ,
  • the desired phase position refers to a synchronization signal S present on the input side, which is fed into the synchronization devices 60 of the energy generation units 30 and 31, respectively.
  • the transmission of the synchronization signal S to the synchronizers 60 takes place via radio.
  • the feeding of the electrical power through the energy generating units 30 and 31 into the internal AC voltage network 20 is effected either via a power electronic converter or via the stator of a doubly fed asynchronous machine whose rotor is fed by a power electronic converter.
  • a power electronic converter or via the stator of a doubly fed asynchronous machine whose rotor is fed by a power electronic converter.
  • the latter components that is to say the power electronic converters or the stators of double-fed asynchronous machines, are not explicitly illustrated in FIG.
  • the power plant 10 according to FIG. 1 can be operated, for example, as follows:
  • GPS Global Positioning System
  • the synchronizing devices 60 evaluate the synchronization signal S and regulate the output voltage or the output current of their respective power generation unit in such a way that the phase position of the output voltage or the phase position of the output current coincides with a desired phase position given individually to the power generation unit with respect to the synchronization signal S present on the input side ,
  • the synchronization by means of the synchronization signal S thus makes it possible for the energy generation units, without being directly connected to each other, to show a coordinated behavior with regard to the feeding of their energy into the internal AC voltage network 20.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a power plant in which the energy generation units 30 and 31 are synchronized by means of a synchronization signal S in order to ensure adequate stabilization of the internal AC voltage network 20 for grid-controlled operation of the grid-commutated rectifier 41.
  • the power plant 10 according to FIG. 2 has the internal one AC line 20 facing terminal side of the high-voltage DC transmission device 40 in addition a self-commutated rectifier 46, which is suitable to work as an inverter and fed from the DC transmission line 42 coming energy in the AC voltage network 20.
  • the self-commutated rectifier 46 can thus serve to cover the intrinsic demand of the internal AC voltage network 20 via an energy transfer from the external AC voltage network 50 in the direction of the internal AC voltage network 20, for example, if the power generation units 30 or 31 do not themselves have sufficient power in the internal AC voltage network 20 feed.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a power plant 10, in which a central device 100 is present, which is connected to each power generation unit 30 and 31 individually, whether wired or via radio.
  • a central device 100 is present, which is connected to each power generation unit 30 and 31 individually, whether wired or via radio.
  • the central device 100 has the task of each energy generating unit 30 or 31 or each synchronizer 60 of the power generation units 30 and 31 each to specify an individual phase ⁇ .
  • the synchronizing devices 60 thus receive in addition to the synchronization signal S also their individually predetermined desired phase position ⁇ , so that it is possible for them to regulate the output voltage or the output current in such a way that they have the predetermined desired phase position ⁇ with respect to the synchronization signal S present on the input side.
  • the transmission of the synchronization signal S takes place as a GPS signal via radio and the transmission of the individually predetermined target value.
  • a wired transmission can be dispensed radio receiving equipment for receiving a GPS signal, for example.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a power plant, in which the high-voltage DC transmission device 40 on the side of the internal AC voltage network 20 in addition to the grid-controlled rectifier 41 also has a self-commutated rectifier 46, which is suitable to work as an inverter and to supply the internal demand of the internal AC voltage network 20 from the DC side of the rectifier 46 or from the DC transmission line 42 energy to be fed into the internal AC voltage network 20, as has already been explained in detail in connection with Figure 2 above. The relevant explanations therefore apply accordingly. While the invention has been further illustrated and described in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Kraftwerksanlage (10) mit einem internen Wechselspannungsnetz (20), einer Vielzahl an elektrischen Energieerzeugungseinheiten (30, 31), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen ist, über eine Gleichstromverbindung an ein externes Wechselspannungsnetz (50) anschließbar ist und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz (20) in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes (50) ermöglicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) ihre Leistung entweder über einen leistungselektronischen Umrichter in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird, in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen und die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils eine Synchronisiereinrichtung (60) aufweisen, die geeignet ist, die Erzeugung der Ausgangsspannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) oder das Einspeisen des Ausgangsstromes durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit (30, 31) derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebene Sollphasenlage (Δϕ) gegenüber einem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal (S) aufweist.

Description

Beschreibung
Kraftwerksanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftwerksanlage mit einem internen Wechselspannungsnetz, einer Vielzahl an elektrischen Energieerzeugungseinheiten, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, über eine Gleichstromverbindung an ein externes Wechselspannungsnetz anschließbar ist und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes ermöglicht.
Kraftwerksanlagen der beschriebenen Art sind als Windparks, bei denen die Energieerzeugungseinheiten durch Windkraftanlagen gebildet sind, oder als Photovoltaikparks , bei denen die Energieerzeugungseinheiten durch Photovoltaikanlagen gebildet sind, bekannt. Die bei diesen Kraftwerksanlagen eingesetzten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtungen weisen aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes der Kraftwerksanlage jeweils selbstgeführte Gleichrichter auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerksanlage anzugeben, die sich kostengünstiger als bisherige Kraftwerksanlagen realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftwerksanla- ge mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Energieerzeu- gungseinheiten ihre Leistung entweder über einen leistungselektronischen Umrichter in das interne Wechselspannungsnetz einspeisen oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektroni - sehen Umrichter gespeist wird, in das interne Wechselspannungsnetz einspeisen und die Energieerzeugungseinheiten jeweils eine Synchronisiereinrichtung aufweisen, die geeignet ist, die Erzeugung der AusgangsSpannung der jeweiligen Ener- gieerzeugungseinheit oder das Einspeisen des Ausgangsstromes durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit derart zu regeln, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit vorgegebene Sollphasenlage gegenüber einem ein- gangsseitig anliegenden Synchronisationssignal aufweist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage ist darin zu sehen, dass bei dieser die Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes nicht selbstgeführt sein muss, sondern netzgeführt sein kann. Mit anderen Worten ist es bei der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage möglich, aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes netzgeführte Gleichrichter anstelle von selbstgeführten Gleichrichtern einzusetzen, wo- durch erhebliche Kosten eingespart werden können; denn netzgeführte Gleichrichter sind technisch einfacher und somit kostengünstiger herstellbar als selbstgeführte Gleichrichter. Der Einsatz einer aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes netzgeführten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- einrichtung ist erfindungsgemäß möglich, weil eine ausreichende Stabilisierung des internen Wechselspannungsnetzes durch die Synchronisierung der Energieerzeugungseinheiten erfolgt, so dass es einer Selbstführung der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes nicht bedarf.
Wie bereits erwähnt, wird es mit Blick auf minimale Kosten als vorteilhaft angesehen, wenn die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung auf der Anschlussseite zum in- ternen Wechselspannungsnetz mindestens einen netzgeführten
Gleichrichter aufweist. Mit anderen Worten ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz vorzugsweise eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung .
Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes eine netzgeführte Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung und aufseiten des äußeren Wechselspannungsnetzes eine selbstgeführte Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung ist .
Um einen Notbetrieb bzw. eine Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes auch im Falle nicht ausreichender Energieerzeugung der Energieerzeugungseinheiten sicherzustellen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz mindestens einen selbstgeführten Gleichrichter aufweist, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und zur Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes von der Gleich- Stromseite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung kommende Energie in das interne Wechselspannungsnetz einzuspeisen. Durch das Vorhandensein eines selbstgeführten Gleichrichters, der als Wechselrichter arbeiten kann, ist es möglich, einen Energietransfer vom externen Wechselspannungs- netz in Richtung des internen Wechselspannungsnetzes durchzuführen, wenn dort keine ausreichende Netzspannung vorhanden ist .
Vorzugsweise sind alle Energieerzeugungseinheiten der Kraft- Werksanlage mit demselben Synchronisationssignal beaufschlagt .
Mit Blick auf eine besonders hohe Stabilität des internen Wechselspannungsnetzes wird es als vorteilhaft angesehen, wenn während des Betriebs der Kraftwerksanlage zumindest der Hälfte der Energieerzeugungseinheiten dieselbe Sollphasenlage, nachfolgend zentrale Sollphasenlage genannt, vorgegeben ist und diese Hälfte der Energieerzeugungseinheiten ihre Aus- gangsspannung oder ihren Ausgangsstrom mit derselben zentralen Sollphasenlage erzeugen.
Zur Kompensation von im internen Wechselspannungsnetz befind- licher Blindleistung bzw. zum Hervorrufen von Blindleistung im Wechselspannungsnetz kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Energieerzeugungseinheiten eine individuelle Sollphasenlage vorgegeben ist oder vorgegeben werden kann, die von der zentralen Sollphasenlage abweicht.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der mindestens einen Energieerzeugungseinheit eine individuelle Sollphasenlage vorgegeben ist, die von der zentralen Sollphasenlage um 90° oder aber zumindest derart abweicht, dass die Energieerzeu- gungseinheit Blindleistung in das interne Wechselspannungs- netz einspeist.
Vorzugsweise weist die Kraftwerksanlage eine Zentraleinrichtung auf, die mit allen Energieerzeugungseinheiten verbunden ist und derart ausgestaltet ist, dass sie jeder Energieerzeugungseinheit jeweils eine Sollphasenlage vorgibt.
Mit Blick auf eine einfache Übertragung des Synchronisationssignals wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Energie- erzeugungseinheiten jeweils einen Funkempfänger aufweisen und die Funkempfänger der Energieerzeugungseinheiten jeweils ihr Synchronisationssignal per Funk empfangen.
Bei dem Synchronisationssignal kann es sich beispielsweise um das sogenannte GPS-Signal (GPS: Globales Positionsbestimmungssystem) handeln; in diesem Fall handelt es sich bei den Funkempfängern vorzugsweise um GPS-Empfänger .
Bei der Kraftwerksanlage kann es sich beispielsweise um einen Windpark oder einen Photovoltaikpark handeln, bei dem die Energieerzeugungseinheiten durch Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen gebildet sind. Das interne Wechselspannungsnetz kann beispielsweise ein mehrphasiges Netz, insbesondere ein dreiphasiges Drehstromnetz sein. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Energieerzeugungseinheit für eine Kraftwerksanlage, wie sie oben beschrieben worden ist. Bezüglich einer solchen Energieerzeugungseinheit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese eine Synchronisiereinrichtung aufweist, die geeignet ist, ein ein- gangsseitig anliegendes Synchronisationssignal sowie die Phasenlage einer von der Energieerzeugungseinheit erzeugten Ausgangsspannung oder die Phasenlage eines von der Energieerzeugungseinheit in das interne Wechselspannungsnetz eingespeisten Ausgangsstromes zu verarbeiten und die Erzeugung der Aus- gangsspannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart zu regeln, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes einer der Energieerzeugungs- einheit vorgegebenen Sollphasenlage entspricht. Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit denen der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage im Wesentlichen ent- sprechen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage, die ausgestattet ist mit einem internen Wechselspannungsnetz, einer Vielzahl an Energieerzeugungseinheiten, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung, die an das interne Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. Bezüglich eines solchen Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in die Energieerzeugungseinheiten jeweils ein Synchronisationssignal eingespeist wird und die Energieerzeugungseinheiten jeweils das eingangsseitig anliegende Synchro- nisationssignal sowie die Phasenlage einer von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit erzeugten AusgangsSpannung oder die Phasenlage eines von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit in das interne Wechselspannungsnetz eingespeisten Ausgangs- Stromes erfassen und die Erzeugung der AusgangsSpannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart regeln, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung oder die Phasenlage des Aus- gangsstromes einer der jeweiligen Energieerzeugungseinheit vorgegebenen Sollphasenlage gegenüber dem Synchronisations- signal entspricht.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Kraftwerksanlage, bei der eine Hochspannungs-
Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten eines internen Wechselspannungsnetzes einen netzgeführten Gleichrichter aufweist, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Kraftwerksanlage, bei der eine Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten eines internen Wechselspannungsnetzes sowohl einen netzgeführten Gleichrichter als auch einen selbstgeführten Gleichrichter aufweist,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Kraftwerksanlage, bei der eine Zentraleinrichtung vorhanden ist, die mit allen Energieerzeugungsein- heiten der Kraftwerksanlage verbunden ist und diesen jeweils eine individuelle Sollphasenlage vorgibt, und Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kraftwerksanlage, bei der eine Zentraleinrichtung vorhanden ist, die den Energieerzeugungseinheiten jeweils eine individuelle Sollphasenlage vorgibt und bei der eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung aufseiten des internen Wechselspannungs- netzes sowohl einen netzgeführten Gleichrichter als auch einen selbstgeführten Gleichrichter aufweist. In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt eine Kraftwerksanlage 10, die ein internes Wechselspannungsnetz 20 sowie eine Vielzahl an an das interne Wechselspannungsnetz 20 angeschlossenen Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 aufweist. Mit dem internen Wechselspannungs- netz 20 steht außerdem eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 in Verbindung, die das interne Wech- selspannungsnetz 20 mit einem externen Wechselspannungsnetz 50 verbindet und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz 20 in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes 50 ermöglicht. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 ist aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes 20 eine netzgeführte Übertragungseinrichtung und weist hierzu einen netzgeführten Gleichrichter 41 auf, der elektrisch zwischen dem internen Wechselspannungsnetz 20 und einer Gleichstromübertra- gungsleitung 42 angeordnet ist.
Um eine korrekte Arbeitsweise des netzgeführten Gleichrichters 41 der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 zu gewährleisten, ist es nötig, dass das interne Wechsels- pannungsnetz 20 hinreichend stabil ist. Um die Stabilität des internen Wechselspannungsnetzes 20 trotz der Vielzahl der vorhandenen Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 zu gewährleisten, sind die Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 je- weils mit einer Synchronisiereinrichtung 60 ausgestattet, die geeignet ist, die Erzeugung der AusgangsSpannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit oder das Einspeisen des Ausgangsstroms durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit der- art zu regeln, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung oder die Phasenlage des Ausgangsstroms eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit vorgegebenen Sollphasenlage entspricht. Die Sollphasenlage bezieht sich dabei auf ein eingangsseitig anliegendes Synchronisationssignal S, das in die Synchroni- siereinrichtungen 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 eingespeist wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird davon ausgegangen, dass die Übertragung des Synchronisationssignals S zu den Synchronisiereinrichtungen 60 über Funk erfolgt. Alternativ ist es möglich, das Synchronisationssignal S auf andere Art zu übertragen, beispielsweise drahtgebunden.
Das Einspeisen der elektrischen Leistung durch die Energieer- zeugungseinheiten 30 bzw. 31 in das interne Wechselspannungs- netz 20 erfolgt entweder über einen leistungselektronischen Umrichter oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird. Aus Gründen der Übersicht sind die letztgenannten Komponenten, also die leistungselektronischen Umrichter oder die Statoren doppelt gespeister Asynchronmaschinen, in der Figur 1 nicht explizit dargestellt.
Bezüglich der Ausgestaltung der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungseinrichtung 40 wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese aufseiten des äußeren Wechselspannungsnetzes 50 eine selbstgeführte Übertragungseinrichtung ist und hierzu einen selbstgeführten Umrichter 45 aufweist. Die Kraftwerksanlage 10 gemäß Figur 1 kann beispielsweise wie folgt betrieben werden: Die Synchronisiereinrichtungen 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 empfangen das Synchronisationssignal S, bei dem es sich beispielsweise um das allgemein bekannte GPS- Ortungsignal (GPS: Globales Positionsbestimmungssystem) han- dein kann, da das GPS-Ortungsignal einen zur Synchronisierung geeigneten Zeitstempel aufweist.
Die Synchronisiereinrichtungen 60 werten das Synchronisationssignal S aus und regeln die AusgangsSpannung bzw. den Aus- gangsstrom ihrer jeweiligen Energieerzeugungseinheit derart, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung bzw. die Phasenlage des Ausgangsstroms mit einer der Energieerzeugungseinheit individuell vorgegebenen Sollphasenlage gegenüber dem eingangs- seitig anliegenden Synchronisationssignal S übereinstimmt.
Durch die Synchronisation mittels des Synchronisationssignals S ist es somit möglich, dass die Energieerzeugungseinheiten, ohne unmittelbar miteinander verbunden zu sein, ein abgestimmtes Verhalten hinsichtlich der Einspeisung ihrer Energie in das interne Wechselspannungsnetz 20 zeigen. Durch die
Synchronität der Energieeinspeisung wird das interne Wechselspannungsnetz 20 bezüglich Netzfrequenz und Spannungshöhe stabilisiert, so dass das interne Wechselspannungsnetz 20 bzw. dessen Stabilität ausreicht, den netzgeführten Gleich- richter 41 stabil zu betreiben und Energie vom internen Wechselspannungsnetz 20 über den netzgeführten Gleichrichter 41 und die Gleichstromübertragungsleitung 42 in Richtung des externen Wechselspannungsnetzes 50 zu übertragen. Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kraftwerksanlage, bei der die Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 mittels eines Synchronisationssignals S synchronisiert werden, um eine ausreichende Stabilisierung des internen Wechselspannungsnetzes 20 für einen netzgeführten Betrieb des netzgeführten Gleichrichters 41 zu gewährleisten.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist die Kraftwerksanlage 10 gemäß Figur 2 auf der dem internen Wechselspannungsnetz 20 zugewandten Anschlussseite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 zusätzlich einen selbstgeführten Gleichrichter 46 auf, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und von der Gleichstromüber- tragungsleitung 42 kommende Energie in das Wechselspannungs- netz 20 einzuspeisen. Der selbstgeführte Gleichrichter 46 kann somit dazu dienen, den Eigenbedarf des internen Wechselspannungsnetzes 20 über einen Energietransfer vom externen Wechselspannungsnetz 50 in Richtung des internen Wechselspan- nungsnetzes 20 zu decken, wenn beispielsweise die Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 nicht selbst ausreichend Leistung in das interne Wechselspannungsnetz 20 einspeisen.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kraft- Werksanlage 10, bei der eine Zentraleinrichtung 100 vorhanden ist, die mit jeder Energieerzeugungseinheit 30 bzw. 31 individuell, sei es drahtgebunden oder über Funk, verbunden ist. Aus Gründen der Übersicht ist lediglich die Verbindung zwischen der Energieerzeugungseinheit 30 und der Zentraleinrich- tung 100 in der Figur 1 explizit eingezeichnet; die übrigen Verbindungen zwischen den Energieerzeugungseinheiten 31 und der Zentraleinrichtung 100 sind in der Figur 1 nur angedeutet . Die Zentraleinrichtung 100 hat die Aufgabe, jeder Energieerzeugungseinheit 30 bzw. 31 bzw. jeder Synchronisiereinrichtung 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 und 31 jeweils eine individuelle Phasenlage Δφ vorzugeben. Die Synchronisiereinrichtungen 60 empfangen somit neben dem Synchronisationssig- nal S auch jeweils ihre individuell vorgegebene Sollphasenlage Δφ, so dass es ihnen möglich ist, die AusgangsSpannung bzw. den Ausgangsstrom derart zu regeln, dass diese gegenüber dem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal S die vorgegebene Sollphasenlage Δφ aufweisen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 erfolgt die Übertragung des Synchronisationssignals S als GPS-Signal über Funk und die Übertragung der individuell vorgegebenen Soll- phasenlage Δφ drahtgebunden oder per Funk durch die Zentral - einrichtung 100. Alternativ ist es möglich, das Synchronisationssignal S gemeinsam mit der individuellen Sollphasenlage Δφ von der Zentraleinrichtung 100 zu den Synchronisierein- richtungen 60 der Energieerzeugungseinheiten 30 bzw. 31 zu übertragen, beispielsweise drahtgebunden oder per Funk. Im Falle einer drahtgebundenen Übertragung kann auf Funkempfangseinrichtungen zum Empfang eines GPS-Signals beispielsweise verzichtet werden.
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kraftwerksanlage, bei der die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung 40 auf der Seite des internen Wechselspannungsnetzes 20 zusätzlich zu dem netzgeführten Gleichrich- ter 41 auch einen selbstgeführten Gleichrichter 46 aufweist, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und zur Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes 20 von der Gleichstromseite des Gleichrichters 46 bzw. von der Gleichstromübertragungsleitung 42 kommende Energie in das in- terne Wechselspannungsnetz 20 einzuspeisen, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Figur 2 oben eingehend erläutert worden ist. Die diesbezüglichen Erläuterungen gelten also entsprechend . Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
10 Kraftwerksanlage
20 internes Wechselspannungsnetz
30 Energieerzeugungseinheit
31 Energieerzeugungseinheit
40 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung
41 netzgeführter Gleichrichter
42 Gleichstromübertragungsleitung
45 selbstgeführter Umrichter
46 selbstgeführter Gleichrichter
50 externes Wechselspannungsnetz
60 Synchronisiereinrichtung
100 Zentraleinrichtung
S Synchronisationssignal
Δφ Sollphasenlage

Claims

Patentansprüche
1. Kraftwerksanlage (10) mit
- einem internen Wechselspannungsnetz (20) ,
- einer Vielzahl an elektrischen Energieerzeugungseinheiten (30, 31), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen sind, und
- zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) , die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen ist, über eine Gleichstromverbindung an ein externes Wechselspannungsnetz (50) anschließbar ist und eine Energieübertragung von dem internen Wechselspannungsnetz (20) in Richtung des externen Wechselspannungs- netzes (50) ermöglicht,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) ihre Leistung entweder über einen leistungselektronischen Umrichter in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen oder über den Stator einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine, deren Rotor über einen leistungselektronischen Umrichter gespeist wird, in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeisen und
- die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils eine
Synchronisiereinrichtung (60) aufweisen, die geeignet ist, die Erzeugung der AusgangsSpannung der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) oder das Einspeisen des Ausgangsstromes durch die jeweilige Energieerzeugungseinheit (30, 31) derart zu regeln, dass die Phasenlage der Ausgangsspannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes eine der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebene Sollphasenlage (Δφ) gegenüber einem eingangsseitig anliegenden Synchronisationssignal (S) aufweist.
2. Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz (20) mindestens einen netzgeführten Gleichrichter (41) aufweist.
3. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) ist.
4. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden An- Sprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) aufseiten des internen Wechselspannungsnetzes (20) eine netzgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) und aufseiten des äußeren Wechselspannungsnetzes (50) eine selbstgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) ist.
5. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden An- Sprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung (40) auf der Anschlussseite zum internen Wechselspannungsnetz (20) mindestens einen selbstgeführten Gleichrichter (46) aufweist, der geeignet ist, als Wechselrichter zu arbeiten und zur Deckung des Eigenbedarfs des internen Wechselspannungsnetzes (20) von der Gleichstromseite der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungseinrichtung (40) kommende Energie in das interne Wechselspannungsnetz (20) einzuspeisen.
6. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
alle Energieerzeugungseinheiten (30, 31) der Kraftwerksanlage (10) mit demselben Synchronisationssignal (S) beaufschlagt sind .
7. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- während des Betriebs der Kraftwerksanlage (10) zumindest der Hälfte der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) dieselbe Sollphasenlage (Δφ) , nachfolgend zentrale Sollphasenlage genannt, vorgegeben ist und
- diese Hälfte der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) ihre AusgangsSpannung oder ihren Ausgangsstrom mit derselben zentralen Sollphasenlage erzeugen.
8. Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
mindestens einer der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) eine individuelle Sollphasenlage (Δφ) vorgegeben ist oder vorgegeben werden kann, die von der zentralen Sollphasenlage abweicht .
9. Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der mindestens einen Energieerzeugungseinheit (30, 31) eine individuelle Sollphasenlage (Δφ) vorgegeben ist, die von der zentralen Sollphasenlage um 90° oder zumindest derart abweicht, dass die Energieerzeugungseinheit (30, 31) Blindleis- tung in das interne Wechselspannungsnetz (20) einspeist.
10. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Kraftwerksanlage (10) eine Zentraleinrichtung (100) aufweist, die mit allen Energieerzeugungseinheiten (30, 31) verbunden ist und derart ausgestaltet ist, dass sie jeder Energieerzeugungseinheit (30, 31) jeweils eine Sollphasenlage (Δφ) vorgibt .
11. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils einen Funkempfänger aufweisen und
- die Funkempfänger der Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils ihr Synchronisationssignal (S) per Funk empfangen.
12. Kraftwerksanlage (10) nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Funkempfänger GPS-Empfänger sind.
13. Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) Windkraftanlagen sind und die Kraftwerksanlage (10) einen Windpark bildet oder
- die Energieerzeugungseinheiten (30, 31)
Photovoltaikanlagen sind und die Kraftwerksanlage (10) einen Photovoltaikpark bildet.
14. Energieerzeugungseinheit (30, 31) für eine Kraftwerksanlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Energieerzeugungseinheit (30, 31) eine
Synchronisiereinrichtung (60) aufweist, die geeignet ist, ein eingangsseitig anliegendes Synchronisationssignal (S) sowie die Phasenlage einer von der Energieerzeugungseinheit (30, 31) erzeugten AusgangsSpannung oder die Phasenlage eines von der Energieerzeugungseinheit (30, 31) in das interne Wechselspannungsnetz (20) eingespeisten Ausgangsstromes zu verar- beiten und die Erzeugung der AusgangsSpannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart zu regeln, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung oder die Phasenlage des Aus- gangsstromes einer der Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebenen Sollphasenlage (Δφ) entspricht.
15. Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage (10), die ausgestattet ist mit einem internen Wechselspannungsnetz (20), einer Vielzahl an Energieerzeugungseinheiten (30, 31), die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen sind, und zumindest einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungseinrichtung (40) , die an das interne Wechselspannungsnetz (20) angeschlossen ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- in die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils ein
Synchronisationssignal (S) eingespeist wird und
- die Energieerzeugungseinheiten (30, 31) jeweils das ein- gangsseitig anliegende Synchronisationssignal (S) sowie die Phasenlage einer von der jeweiligen Energieerzeugungs- einheit (30, 31) erzeugten AusgangsSpannung oder die Phasenlage eines von der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) in das interne Wechselspannungsnetz (20) eingespeisten Ausgangsstromes erfassen und die Erzeugung der AusgangsSpannung oder das Einspeisen des Ausgangsstromes derart regeln, dass die Phasenlage der AusgangsSpannung oder die Phasenlage des Ausgangsstromes einer der jeweiligen Energieerzeugungseinheit (30, 31) vorgegebenen Sollphasenlage (Δφ) gegenüber dem Synchronisationssignal (S) entspricht .
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