WO2011085961A2 - Verfahren und vorrichtung zum aufsynchronisieren eines generators in einem netz - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufsynchronisieren eines generators in einem netz Download PDF

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    • 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
    • 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
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    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for smoothly synchronizing a generator in a network, and more particularly to smoothly synchronizing an asynchronous generator to an inverter-connected wind farm network.
  • a wind energy plant generally comprises a tower, at the upper end of which a rotor with preferably three rotor blades is arranged to rotate freely and is set into rotary motion by the wind flow.
  • a generator With the rotor, a generator is connected directly or via a correspondingly dimensioned gear, which converts the energy contained in the wind via the rotation of the rotor and thus the drive of the generator into electrical energy. This can be supplied directly to a consumer.
  • several wind energy used jointly in a so-called wind farm wherein the total energy provided results from the sum of the energy provided by the individual wind turbines.
  • the single wind turbine may be connected to the load or the grid directly or through a corresponding electronically controlled inverter, depending on the size of the power (or power) provided, the design of the generator and the conditions of the load or a connected network.
  • FIG. 4 shows, in simplified and schematic representation, an overall arrangement of several wind turbines, which are connected together to a grid N.
  • each of the wind turbines has an individual converter.
  • a first wind turbine W1 comprises a first rotor R1 which is connected to a first generator G1.
  • the first generator G1 is driven by means of the first rotor R1.
  • the first generator G1 is in turn electrically connected to a first inverter U1.
  • the electrical energy provided by the first generator G1 is converted into electrical quantities by means of the first converter U1 in such a way that it can be fed into the network N.
  • This relates to the provision of energy in the form of electrical variables according to a rated voltage of the network, a frequency of the network and a phase position.
  • a second wind turbine with a rotor R is connected via a second generator G2 and a second inverter U2 to the network N.
  • a large number of wind turbines are provided, with an nth wind turbine shown in FIG. 4 for the sake of simplicity, in which the rotor R drives the nth generator Gn and is connected to the grid N via the nth inverter Un. Since currently the wind turbines are generally operated with individual inverters, by an appropriate control of each inverter U1, U2, .... Un a precise synchronization in terms of voltage, frequency and phase angle to the connected network N possible.
  • the generators used may be synchronous generators or preferably asynchronous generators.
  • one or more wind turbines are connected via a respective individual inverter to the network of an energy supplier.
  • the power utility's network generally includes a substantially fixed voltage (rated voltage) and a fixed frequency.
  • the arranged on the side of the wind turbines or a wind farm individual inverter U1 to Un are used to set a variable and the current operating conditions of the wind turbine, such as the wind speed, adapted optimum frequency / speed during operation of the wind turbine.
  • asynchronous generators driven by the rotors are provided for energy conversion to provide the electrical energy
  • the reactive power required for operating the asynchronous generators may be from the inverter or from additional reactive power sources, such as capacitors, which may be provided in a plurality as a capacitor bank , provided.
  • Asynchronous generators are switched directly to the network N waiving a converter, in general, no problems occur because a smooth synchronization is possible and a surge occurs within the network, which does not have to be provided via a converter as a result of the selected arrangement.
  • a wind turbine equipped with an asynchronous generator is to commence operation starting from an idle state and be connected to a network, such as a public power supply network of an energy supplier, then the associated generator is brought into proximity by means of the rotor (rotor blades) of the wind turbine (wind turbine) the current speed according to the prevailing operating conditions of the generator and the network. After that, the generator, which is not directly connected to the grid via the converter, can be connected to the grid.
  • the present invention is therefore based on the object, a method and apparatus for gently synchronizing a generator to a connected via a converter network in such a way that ensures a smooth synchronization of the generator and overloading of the inverter is effectively avoided. According to the invention, this object is achieved in conjunction with a method according to the features of patent claim 1, and by a device for carrying out the method according to the features of patent claim 6.
  • the method according to the invention for synchronizing a generator to a network connected via an inverter by means of a control device connected to the generator and the converter comprises the following steps: determining a default frequency and outputting the default frequency to the converter for controlling a phase position of the voltage generated by the converter, Detecting an actual current of the inverter at the time of turning on the other generator, and comparing the actual current of the inverter with a maximum current of the inverter and outputting a frequency component with which the previously determined default frequency is changed to influence the default frequency in response to the comparison result.
  • the device according to the invention for synchronizing a generator to a network connected via a converter by means of a control device connected to the generator and the converter comprises a determination device for determining a default frequency and outputting the default frequency to the converter for controlling a phase position of the voltage generated by the converter Detecting means for detecting an actual current of the inverter at the time of turning on the generator, and a comparison unit for comparing the actual current of the inverter with a maximum current of the inverter and outputting a frequency component with which the previously determined default frequency is changed to influence the default frequency depending on the comparison result.
  • the central converter for a wind turbine or for several wind turbines of a wind farm is thus controlled or regulated in such a way that the frequency of the three-phase AC voltage generated by the inverter is influenced by the inverter current such that the total amount of current is kept below a predetermined limit.
  • the detected current of the inverter at the time of connecting the wind turbine to the corresponding number of revolutions including the generator is evaluated depending on the operating condition. According to this evaluation, it is determined whether a given amount of current having a maximum value still permissible for the inverter is exceeded. If the maximum current amount of the converter is exceeded, then the frequency of the three-phase alternating voltage generated by the converter changes as a function of the detected actual converter current.
  • the frequency is changed in such a way that the amount of current remains below the permissible limit value for the inverter or exceeds it only for a short time.
  • the detected actual current is brought very quickly to a permissible current value for the converter in accordance with the dimensioning and the operating conditions of the converter. It is therefore achieved according to the present invention in the inevitable surge, that is limited with the current-dependent variable frequency of the inverter as a default, the surge in the short period of time after the connection of the generator.
  • the limiting effect of the actual surge occurs at the moment of turning on the generator both at an overspeed and at an underspeed of the generator compared to the general frequency of the wind farm (wind farm frequency) before the connection.
  • the further advantage is achieved that, by means of the device and the method, the energy for the synchronization of the switched-on generator at least partially from the already on the grid generators in the case of operation another generator can be fed.
  • Further embodiments of the present invention are specified in the subclaims.
  • the frequency component may also be determined in proportional dependence on the result of the comparison step such that the actual current is less than or equal to the maximum current. This represents an effective and stable regulation.
  • the step of detecting a reactive current of the inverter and decreasing a voltage generated by the inverter depending on the detected reactive current may be provided, resulting in improved control and protection of the inverter.
  • the default frequency can be changed depending on the detected actual current by adding the frequency component to the previously determined default frequency.
  • the control device can be designed in such a way that the frequency component is determined in a proportional manner to the result obtained by means of the comparison unit, so that the actual current is less than or equal to the maximum current.
  • the frequency component can be determined in proportional dependence on the result obtained by the comparison unit, so that the actual current only exceeds the permissible current value for a predetermined period of time. In this way, an effective current limitation can be achieved.
  • a reactive current of the inverter can be detected, and it can be reduced by the inverter generated voltage in response to the detected reactive current, which also supports the current limit.
  • the control device may also be designed to change the default frequency as a function of the actual current detected by the detection device by adding the frequency component to the previously determined default frequency.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an arrangement of a plurality of wind energy installations, which are connected to a grid of an energy supplier via a common converter,
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the regulation of operating variables of the converter according to FIG. 1,
  • Figure 3 is a schematic representation of the change of a preset voltage corresponding to a detected reactive current
  • FIG 4 shows an arrangement of several wind turbines, which are each connected by means of an individual converter according to the prior art with the network of an energy supplier.
  • a plurality of wind energy installations is provided, with a first wind energy plant 1 1, a second wind energy plant 12 and a third wind energy plant 13 being shown as an example in the schematic and simplified illustration.
  • the first and second wind turbines 11 and 12 are currently in operation and are connected to respective connecting lines 21 and 22, each with a (common) busbar 20.
  • the energy supplied by the first and second wind power plants 1 1 and 12 is supplied via the common busbar 20 to a common converter 30 likewise connected to the busbar 20.
  • Inverter 30 is connected to a network 4, such as a public power or utility grid of an energy supplier.
  • the converter 30 provides an electrical energy, which is formed as a function of the operating conditions of the network, with the corresponding values according to voltage, frequency and phase position as a function of the conditions (requirements) of the network 4.
  • Each of the wind turbines 1, 12 and 13 each includes a generator, such as the generators 51, 52 and 53, which are each driven by a rotor R of the wind turbine 1 1, 12, or 13.
  • a switch S is provided for illustration in a connecting line 23, that the third wind turbine 13 with the third generator 54 is also turned on in the course of the considerations of the common busbar 20. The switch S is closed.
  • a central control device 60 is provided, which serves to carry out control and / or regulation measures in the entire wind farm WP.
  • the control device 60 is designed such that it is connected to all components of the wind farm, such as the generators 51 to 53, the inverter 30 and the common busbar 20 for detecting the respective operating states in the form of electrical or correspondingly processable values.
  • corresponding sensors are provided in the individual elements of the wind farm, with which the operating conditions such as rotational speeds of the rotors and the associated generators, temperatures, voltages, frequencies and currents detected and after supplying appropriate signals to the control device 60 to provide the control and / or regulatory measures are processed.
  • the controller 60 is also connected to the network 40 for detecting its operating conditions (voltage, frequency, phase).
  • the inverter 30 generates a three-phase AC voltage.
  • the controller 60 is shown in FIG. 2 as a separate unit. However, it can also be arranged directly on the converter 30.
  • a characteristic unit 61 is provided, wherein the characteristic (data) stored in the characteristic unit 61 indicates in each case the optimum rotational speed (in this case also corresponds to the frequency of the wind park network) of the wind energy plants as a function of the generated power. It represents such a characteristic curve of the specific characteristics of the wind turbines in relation to the optimum speed and the maximum power.
  • the wind farm network WP itself has a variable frequency.
  • the power of the converter Pum is provided as an input variable, which corresponds in good approximation to the sum of the services of all wind turbines.
  • a mean power of a wind turbine is calculated by dividing the total power Pum by the number nwea of the wind turbines connected to the grid and active.
  • the optimum setpoint frequency which is common to each wind turbine, can be determined.
  • An output of the characteristic unit 61 is a default value for the frequency (default frequency) for the wind farm (wind farm frequency) in the form of a desired frequency fsoll.
  • An integrating unit 62 is supplied with the preset frequency fsoll as the default value or the target frequency fsoll.
  • the output signal of the integrating unit 62 designates a phase position of the wind-park-side voltage generated by the converter 30 and is present in the form of the angle $ u_soll.
  • the voltage impressed by the converter 30 into the wind farm network WP is controlled with respect to its frequency and thus also the phase position in a power-dependent and current-dependent manner.
  • a comparison unit 63 is provided in a further branch of the schematic illustration in FIG a detected actual current of the inverter 30 is supplied in the form of an actual current list as input information.
  • the converter 30 has a current detection device 36, which supplies the detected actual or instantaneous current of the converter 30 to the control device 60 for further processing.
  • the comparison unit 63 is supplied with information regarding a maximum current of the inverter 30. It represents the maximum current that the inverter 30 can carry without damage or malfunction.
  • the maximum current Imax of the inverter 30 may be exceeded by a small amount for a short period of time without problems for the inverter 30. In any case, countermeasure is required upon occurrence of a current exceeding the maximum current Imax, and the actual current list exceeding this limit value must be at a value limited in height, the maximum current Imax only slightly exceeds and is therefore safe for the inverter.
  • an additional frequency control component Afsoll (referred to as additional component hereinafter) depending on this determination or the comparison result adds the frequency setpoint.
  • the additional component Afsoll is amplified after output by the comparison unit 63 by means of an amplifier 64 and brought to the addition with the output of the characteristic unit 61 fsoll.
  • the comparison result denotes a current difference between the detected actual actual current and the maximum current of the converter 30.
  • the amplifier 64 may have the proportionality factor K according to FIG.
  • the components 61 to 64 according to FIG. 2 can be assigned to the control device 60.
  • the elements of the comparison unit 63 and of the amplifier 64 also known as the current path
  • the targeted current-dependent influencing of the reference frequency and thus the phase position of the wind park-side voltage generated by the converter achieve that the current surge at the moment the connection and also after the connection of a further generator (in particular an asynchronous generator), such as for example the third generator 53 according to FIG. 1, is limited, so that only the current current list exceeds the maximum current Imax of the converter 30 at most for a very short time, and thus the Inverter 30 is held substantially in terms of its current flow in an allowable operating range.
  • a further generator in particular an asynchronous generator
  • the value of the maximum current Imax of the inverter 30 may be changed depending on other operating conditions of the inverter 30 or the entire wind farm WP. Furthermore, the value of the maximum current Imax of the converter 30 can also be used to determine or control the value to which a current limitation. There is also the possibility of a temporary change in the value of the maximum current Imax of the converter 30 as a function of further operating conditions.
  • the maximum current Imax of the converter 30 is also dimensioned such that it can meet the operating conditions of the converter 30 and can be exceeded by a predetermined amount for a predetermined short period of time.
  • an unavoidable impulse when connecting another previously operated generator 13 can be limited to the common converter 30 of a wind farm WP, so that the power surge for the inverter 30 is limited and thus harmless. Unacceptably high values of a current can be effectively avoided.
  • the energy for the synchronization of the newly connected generator 53 at least partially from the already located on the network N and thus already operated during the connection generators 51 and 52 be fed.
  • the deviation of the target frequency fsoll from the value preset in the previous operation may be controlled by the inverter 30 according to the amount of the detected current, in particular, the deviation being proportional to the amount of the inverter. terstroms can be.
  • the overshoot of the current is influenced and in particular prevented or at least reduced.
  • the current-dependent influencing of the preset frequency f * soll occurs only when in fact the actual current list exceeds the predetermined amount of the maximum current Imax.
  • the amount of voltage generated by the inverter can also be lowered in proportion to a reactive current in connection with the asynchronous generator. This also contributes to the reduction of the current surge.
  • the device comprises a reactive current detection device 56 which is arranged on the converter according to FIG. 1 and detects the reactive current lum_blind occurring in connection with the generators 51 to 53 at the common converter 30.
  • the reactive current detection device 56 is connected to the control device 60 and outputs to this a corresponding value to be processed.
  • the reactive current information for voltage control is processed.
  • the reactive current detection as well as the processing of the detected values and in particular the control of a voltage level is carried out starting from the common converter 30 with a control by the controller 60.
  • a voltage specification Uum_soll is the basis. From the detected reactive current at the inverter 30, a change component AUum_soll is determined with which the original value of the voltage values can thus be influenced as a function of the detected reactive current.
  • the changed voltage specification value is now U * um_soll.
  • the changed voltage specification value U * is supplied to a converter voltage regulator 65 which forms a new setpoint Uum_new affected by the detected reactive current over the voltage level (voltage amplitude) to be generated for the converter 30.
  • a voltage reduction occurs, ie the formed change component AUum_set determines a reduction of the voltage by the inverter voltage regulator 65 during operation of the converter 30.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufsynchronisieren eines Generators an ein über einen Umrichter angebundenes Netz mittels einer mit dem Generator und dem Umrichter verbundenen Steuerungseinrichtung umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer Vorgabefrequenz und Ausgeben der Vorgabefrequenz an den Umrichter zur Steuerung einer Phasenlage der vom Umrichter erzeugten Spannung, Erfassen eines Ist-Stroms des Umrichters zum Zeitpunkt des Zuschaltens des weiteren Generators, und Vergleichen des Ist-Stroms des Umrichters mit einem maximalen Strom des Umrichters und Ausgeben einer Frequenzkomponente, mit der die zuvor bestimmte Vorgabefrequenz geändert wird zur Beeinflussung der Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufsynchronisieren eines Generators in einem Netz
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sanften Aufsynchronisieren eines Generators in einem Netz, und insbesondere das sanfte Aufsynchronisieren eines Asynchrongenerators auf ein über Umrichter angebundenes Windparknetz.
Die Bereitstellung elektrischer Energie für den Verbrauch in privaten Haushalten und der Industrie macht umfangreiche Kraftwerksanlagen erforderlich. Hierbei kommen zunehmend Kraftwerksanlagen auf der Basis einer umweltfreundlichen Technologie in Betracht, wobei insbesondere in vielfältiger Weise Windenergieanlagen (Windkraftanlagen) verwendet werden.
Eine Windenergieanlage umfasst im Allgemeinen einen Turm, an dessen oberem Ende ein Rotor mit vorzugsweise drei Rotorblättern frei drehend angeordnet ist und durch die Windströmung in eine Drehbewegung versetzt wird. Mit dem Rotor ist direkt oder über ein entsprechend dimensioniertes Getriebe ein Generator verbunden, der die in dem Wind enthaltene Energie über die Drehung des Rotors und damit des Antriebs des Generators in elektrische Energie umwandelt. Diese kann auf direktem Wege einem Verbraucher zugeführt werden. Im Falle eines größeren Energiebedarfs werden mehrere Windener- gieanlagen im Verbund in einem sogenannten Windpark eingesetzt, wobei sich die gesamte bereitgestellte Energie aus der Summe der durch die einzelnen Windenergieanlagen bereitgestellten Energie ergibt.
Die einzelne Windenergieanlage kann in Abhängigkeit von der Größe der bereitgestellten Energie (oder Leistung), der Ausführung des Generators und den Bedingungen des Verbrauchers oder eines angeschlossenen Netzes direkt oder mittels eines entsprechenden elektronisch gesteuerten Umrichters mit dem Verbraucher oder dem Netz verbunden sein.
Figur 4 zeigt in vereinfachter und schematischer Darstellung eine Gesamtanordnung mehrerer Windenergieanlagen, die gemeinsam mit einem Netz N verbunden sind. Hierbei weist jede der Windenergieanlagen einen individuellen Umrichter auf.
Gemäß Figur 4 umfasst beispielsweise eine erste Windenergieanlage W1 einen ersten Rotor R1 der mit einem ersten Generator G1 verbunden ist. Der erste Generator G1 wird mittels des ersten Rotors R1 angetrieben. Der erste Generator G1 ist seinerseits in elekt- rischer Weise mit einem ersten Umrichter U1 verbunden. Die von dem ersten Generator G1 bereitgestellte elektrische Energie wird mittels des ersten Umrichters U1 in elektrische Größen derart umgeformt, dass sie in das Netzt N eingespeist werden kann. Dies betrifft die Bereitstellung der Energie in Form elektrischer Größen gemäß einer Nennspannung des Netzes, einer Frequenz des Netzes und einer Phasenlage. Eine zweite Windenergieanlage mit einem Rotor R ist über einen zweiten Generator G2 und einen zweiten Umrichter U2 mit dem Netz N verbunden. Es ist eine Vielzahl von Windenergieanlagen vorgesehen, wobei zur Vereinfachung eine n-te Windenergieanlage in Figur 4 gezeigt ist, bei der der Rotor R den n-ten Generator Gn antreibt und über den n-ten Umrichter Un mit dem Netz N verbunden ist. Da derzeit im Allgemeinen die Windenergieanlagen mit individuellen Umrichtern betrieben werden, ist durch eine entsprechende Steuerung jedes Umrichters U1 , U2, .... Un ein exaktes Synchronisieren hinsichtlich Spannung, Frequenz und Phasenlage auf das angeschlossene Netz N möglich.
Die verwendeten Generatoren können hierbei Synchrongeneratoren oder vorzugsweise Asynchrongeneratoren sein. Somit werden eine oder mehrere Windenergieanlagen über einen jeweils individuellen Umrichter an das Netz eines Energieversorgers angeschaltet. Das Netz des Energiever- sorgers umfasst im Allgemeinen eine im Wesentlichen feste Spannung (Nennspannung) sowie eine feste Frequenz. Die auf Seiten der Windenergieanlagen oder eines Windparks angeordneten individuellen Umrichter U1 bis Un dienen zur Einstellung einer variablen und den aktuellen Betriebsbedingungen der Windenergieanlage, wie beispielsweise der Windgeschwindigkeit, angepasste optimale Frequenz/Drehzahl während des Betriebs der Windenergieanlage. Im Allgemeinen werden zur Energieumformung von den Rotoren angetriebene Asynch- rongeneratoren zur Bereitstellung der elektrischen Energie vorgesehen, wobei die für den Betrieb der Asynchrongeneratoren erforderliche Blindleistung von dem Umrichter oder von zusätzlichen Blindleistungsquellen , wie beispielsweise Kondensatoren, die in einer Mehrzahl als eine Kondensatorbatterie vorgesehen sein kann, bereitgestellt wird.
Werden unter Verzicht auf einen Umrichter Asynchrongeneratoren direkt an das Netz N geschaltet, dann treten im Allgemeinen keine Probleme auf, da ein sanftes Aufsynchronisieren möglich ist und ein Stromstoß innerhalb des Netzes auftritt, der in Folge der gewählten Anordnung nicht über einen Umrichter bereitgestellt werden muss.
Soll eine mit einem Asynchrongenerator ausgestattete Windenergieanlage ausgehend von einem Ruhezustand den Betrieb aufnehmen und mit einem Netz, wie beispielsweise einem öffentlichen Leistungsversorgungsnetz eines Energieversorgers, verbunden werden, dann wird mittels des Rotors (Rotorblätter) des Windrades (Windturbine) der damit verbundene Generator in die Nähe der aktuellen Drehzahl entsprechend den vorherrschenden Betriebsbedingungen des Generators und des Netzes gebracht. Danach kann der nicht direkt sondern über den Umrichter an das Netz anzuschließende Generator mit dem Netz verbunden werden.
Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch eine kleine Drehzahldifferenz bei dem Zuschalten im Allgemeinen nicht zu vermeiden . In diesem Betriebszustand unmittelbar vor dem Zuschalten des Generators an das Netz befindet sich der Generator völlig im Leerlauf und die magnetischen Kreise des Generators sind noch nicht magnetisiert. Das Zuschalten des Generators an das Netz ist daher mit einem mehr oder minder großen Stromstoß verbunden, dessen Höhe und Dauer zu einem großen Teil davon abhängt, welche aktuelle Drehzahl der Generator unmittelbar vor dem Zuschalten besitzt. In jedem Fall besteht für den über einen Umrichter mit dem Netz verbundenen Generator einer Windenergieanlage das Problem, dass dieser Stromstoß hinsichtlich Höhe und Dauer für den Umrichter unzulässige Werte annehmen kann und daher zur Vermeidung von Schäden oder zumindest betrieblichen Problemen des Umrichters begrenzt werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sanften Aufsynchronisieren eines Generators auf ein über einen Umrichter angebundenes Netz derart auszugestalten, dass ein sanftes Aufsynchronisieren des Generators gewährleistet und eine Überlastung des Umrichters wirksam vermieden wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst in Verbindung mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufsynchronisieren eines Generators an ein über einen Umrichter angebundenes Netz mittels einer mit dem Generator und dem Umrichter verbundenen Steuerungseinrichtung, umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer Vorgabefrequenz und Ausgeben der Vorgabefrequenz an den Umrichter zur Steuerung einer Phasenlage der vom Umrichter erzeugten Spannung, Erfassen eines Ist-Stroms des Umrichters zum Zeitpunkt des Zuschaltens des weiteren Generators, und Vergleichen des Ist-Stroms des Umrichters mit einem maximalen Strom des Umrichters und Ausgeben einer Frequenzkomponente, mit der die zuvor bestimmte Vorgabefrequenz geändert wird zur Beeinflussung der Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufsynchronisieren eines Generators an ein über einen Umrichter angebundenes Netz mittels einer mit dem Generator und dem Umrichter verbundenen Steuerungseinrichtung, umfasst eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Vorgabefrequenz und Ausgeben der Vorgabefrequenz an den Umrichter zur Steuerung einer Phasenlage der vom Umrichter erzeugten Spannung, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Ist-Stroms des Umrichters zum Zeitpunkt des Zuschaltens des Generators, und eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des Ist-Stroms des Umrichters mit einem maximalen Strom des Umrichters und Ausgeben einer Frequenzkomponente, mit der die zuvor bestimmte Vorgabefrequenz geändert wird zur Beeinflussung der Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis. Erfindungsgemäß wird somit der zentrale Umrichter für eine Windenergieanlage oder für mehrere Windenergieanlagen eines Windparks in der Weise gesteuert oder geregelt, dass die Frequenz der vom Umrichter erzeugten dreiphasigen Wechselspannung vom Umrichterstrom derart beeinflusst wird, dass der Strombetrag insgesamt unter einem vorgegebenen Grenzwert gehalten wird. Der erfasste Strom des Umrichters zum Zeitpunkt des Zuschaltens der auf eine entsprechende Drehzahl gebrachten Windenergieanlage einschließlich des Generators wird in Abhängigkeit von dem Betriebszustand bewertet. Gemäß dieser Bewertung wird bestimmt, ob ein vorgegebener Strombetrag mit einem maximalen Wert, der für den Umrichter noch zulässig ist, überschritten wird. Er- folgt ein Überschreiten des maximalen Strombetrags des Umrichters, dann erfolgt eine Veränderung der Frequenz der vom Umrichter erzeugten dreiphasigen Wechselspannung in Abhängigkeit von dem erfassten tatsächlichen Umrichterstrom.
Die Frequenz wird derart verändert, dass der Strombetrag unter dem für den Umrichter zulässigen Grenzwert bleibt bzw. diesen lediglich kurzzeitig überschreitet. Bei dem kurz- zeitigen Überschreiten wird der erfasste tatsächliche Strom entsprechend der Dimensionierung und den Betriebsbedingungen des Umrichters sehr schnell auf einen für den Umrichter zulässigen Stromwert gebracht. Es wird daher gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem unvermeidlichen Stromstoß erreicht, dass mit der stromabhängig veränderbaren Frequenz des Umrichters als Vorgabe der Stromstoß in der kurzen Zeitdauer nach dem Zuschalten des Generators begrenzt wird. In vorteilhafter Weise tritt die begrenzende Wirkung des tatsächlichen Stromstoßes im Augenblick des Zuschaltens des Generators sowohl bei einer Überdrehzahl als auch bei einer Unterdrehzahl des Generators im Vergleich zu der allgemeinen Frequenz des Windparks (Windparkfrequenz) vor dem Zuschalten auf. Neben der schnellen und wirksamen Begrenzung des Umrichterstroms auf zulässige Werte wird gemäß der vorliegenden Erfindung der weitere Vorteil erzielt, dass mittels der Vorrichtung und dem Verfahren die Energie für die Synchronisation des zugeschalteten Generators teilweise aus den sich bereits am Netz befindlichen Generatoren im Falle des Betriebs zumindest eines weiteren Generators gespeist werden kann. Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Frequenzkomponente kann ferner in proportionaler Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichsschritts derart bestimmt werden, sodass der Ist-Strom kleiner oder gleich dem maximalen Strom ist. Dies stellt eine wirksame und stabile Regelung dar.
Es kann ebenfalls die Frequenzkomponente in proportionaler Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichsschritts derart bestimmt werden, sodass der Ist-Strom den zulässigen Umrichterstrom lediglich für eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet.
Ferner kann der Schritt des Erfassens eines Blindstroms des Umrichters und des Ver- minderns einer von dem Umrichter erzeugten Spannung in Abhängigkeit von dem er- fassten Blindstrom vorgesehen sein, wobei dies zu einer verbesserten Steuerung und dem Schutz des Umrichters führt.
Des Weiteren kann die Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem erfassten Ist-Strom durch Addieren der Frequenzkomponente zu der zuvor bestimmten Vorgabefrequenz verändert werden.
Die Steuerungseinrichtung kann in der Weise ausgebildet sein, dass die Frequenzkom- ponente in proportionaler Abhängigkeit von dem mittels der Vergleichseinheit erhaltenen Ergebnis bestimmt wird, sodass der Ist-Strom kleiner oder gleich dem maximalen Strom ist. Die Frequenzkomponente kann in proportionaler Abhängigkeit von dem durch die Vergleichseinheit erhaltenen Ergebnis bestimmt werden, sodass der Ist-Strom lediglich für eine vorbestimmte Zeitdauer den zulässigen Stromwert überschreitet. Auf diese Weise kann eine wirksame Strombegrenzung erreicht werden.
Mittels einer Blindstrom-Erfassungseinrichtung kann ein Blindstrom des Umrichters erfasst werden, und es kann eine vom Umrichter erzeugte Spannung in Abhängigkeit von dem erfassten Blindstrom vermindert werden, wobei ebenfalls die Strombegrenzung unterstützt wird. Die Steuerungseinrichtung kann ferner ausgebildet sein zur Veränderung der Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem mittels der Erfassungseinrichtung erfassten Ist-Strom durch Addieren der Frequenzkomponente zu der zuvor bestimmten Vorgabefrequenz.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung von mehreren Windenergieanlagen, die über einen gemeinsamen Umrichter mit einem Netz eines Energie- versorgers verbunden sind,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Regelung von Betriebsgrößen des Um- richters gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Darstellung der Änderung einer Vorgabespannung entsprechend einem erfassten Blindstrom, und
Figur 4 eine Anordnung mehrerer Windenergieanlagen, die jeweils mittels eines individuellen Umrichters gemäß dem Stand der Technik mit dem Netz eines Ener- gieversorgers verbunden sind.
In der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Mehrzahl von Windenergieanlagen vorgesehen, wobei als Beispiel in der schematischen und vereinfachten Darstellung eine erste Windenergieanlage 1 1 , eine zweite Windenergieanlage 12 und eine dritte Windenergieanlage 13 gezeigt sind. Gemäß dem betrachteten Betriebszustand der gesamten Anordnung, die einen Windpark WP darstellt, befinden sich die erste und die zweite Windenergieanlage 1 1 und 12 derzeit in Betrieb und sind mit entsprechenden Verbindungsleitungen 21 und 22 jeweils mit einer (gemeinsamen) Sammelschiene 20 verbunden. Die von der ersten und zweiten Windenergieanlage 1 1 und 12 gelieferte Energie wird über die gemeinsame Sammelschiene 20 einem ebenfalls mit der Sammelschiene 20 verbundenen gemeinsa- men Umrichter 30 zugeführt. Der Umrichter 30 ist mit einem Netz 4 verbunden, wie beispielsweise einem öffentlichen Energie- oder Leistungsversorgungsnetz eines Ener- gieversorgers.
Der Umrichter 30 stellt eine in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Netzes gebildete elektrische Energie mit den entsprechenden Werten gemäß Spannung, Fre- quenz und Phasenlage in Abhängigkeit von den Bedingungen (Anforderungen) des Netzes 4 zur Verfügung.
Jede der Windenergieanlagen 1 , 12 und 13 umfasst jeweils einen Generator, beispielsweise die Generatoren 51 , 52 und 53, die jeweils mittels eines Rotors R der Windenergieanlage 1 1 , 12, oder 13 angetrieben werden. Ein Schalter S ist zur Veranschaulichung in einer Verbindungsleitung 23 vorgesehen, dass die dritte Windenergieanlage 13 mit dem dritten Generator 54 ebenfalls im Verlauf der Betrachtungen an die gemeinsame Sammelschiene 20 angeschaltet wird. Der Schalter S wird geschlossen. Des Weiteren ist gemäß der Darstellung in Figur 1 eine zentrale Steuerungseinrichtung 60 vorgesehen, die zur Durchführung von Steuerungs- und/oder Regelungsmaßnahmen in dem gesamten Windpark WP dient. Die Steuerungseinrichtung 60 ist derart ausgebildet, dass sie mit sämtlichen Komponenten des Windparks, wie den Generatoren 51 bis 53, dem Umrichter 30 sowie der gemeinsamen Sammelschiene 20 verbunden ist zur Erfassung der jeweiligen Betriebszustände in Form elektrischer oder entsprechend verarbeitbarer Werte. Insbesondere sind in den einzelnen Elementen des Windparks entsprechende Sensoren vorgesehen, mit denen die Betriebszustände wie beispielsweise Drehzahlen der Rotoren und der zugehörigen Generatoren, Temperaturen, Spannungen, Frequenzen und Ströme erfasst und nach Zufuhr entsprechender Signale zur Steue- rungseinrichtung 60 zur Bereitstellung der Steuerungs- und/oder Regelungsmaßnahmen verarbeitet werden. Zur Anpassung des Betriebs des Umrichters 30 an das Netz 40 ist die Steuerungseinrichtung 60 ebenfalls mit dem Netz 40 zur Erfassung dessen Betriebsbedingungen (Spannung, Frequenz, Phasenlage) verbunden. Der Umrichter 30 erzeugt eine dreiphasige Wechselspannung. Die Steuerungseinrichtung 60 ist in der Figur 2 als eine getrennte Einheit angegeben. Sie kann jedoch auch unmittelbar an dem Umrichter 30 angeordnet sein.
Die Funktion und Wirkungsweise des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Figur 2 beschrieben.
Gemäß der Darstellung in Figur 2 ist eine Kennlinieneinheit 61 vorgesehen, wobei die in der Kennlinieneinheit 61 gespeicherte Kennlinie (Daten) jeweils die optimale Drehzahl (entspricht hier auch der Frequenz des Windparknetzes) der Windenergieanlagen in Abhängigkeit der erzeugten Leistung angibt. Es stellt eine derartige Kennlinie die spezifischen Eigenschaften der Windenergieanlagen in Bezug zur optimalen Drehzahl und der maximalen Leistung dar. Das Windparknetz WP selbst weist eine variable Frequenz auf. Bezüglich eines Zugriffs auf die Kennlinie der Kennlinieneinheit 61 , spezifisch für eine Windenergieanlage, ist als Eingangsgröße die Leistung des Umrichters Pum vorgesehen, die in guter Näherung der Summe der Leistungen sämtlicher Windenergieanlagen entspricht. Aus dieser Umrichterleistung Pum wird durch eine Division der gesamten Leistung Pum durch die Anzahl nWea der an das Netz angeschlossenen und aktiven Windenergieanlagen eine mittlere Leistung einer Windenergieanlage berechnet. Damit kann in der Kennlinieneinrichtung 61 die optimale Sollfrequenz, die gemeinsam für jede Windenergieanlage ist, bestimmt werden.
Eine Ausgangsgröße der Kennlinieneinheit 61 ist ein Vorgabewert für die Frequenz (Vorgabefrequenz) für den Windpark (Windparkfrequenz) in Form einer Soll-Frequenz fsoll. Einer Integriereinheit 62 wird die Vorgabefrequenz bzw. die Soll-Frequenz fsoll als der Vorgabewert oder die Soll-Frequenz fsoll zugeführt. Das Ausgangssignal der Integriereinheit 62 bezeichnet eine Phasenlage der vom Umrichter 30 erzeugten windparksei- tigen Spannung und liegt in Form des Winkels $u_soll vor.
Mittels dieses vorstehend beschriebenen Pfads gemäß Figur 2, der auch als Leistungspfad bezeichnet werden kann, wird die vom Umrichter 30 in das Windparknetz WP ein- geprägte Spannung bezüglich ihrer Frequenz und somit auch der Phasenlage leistungsabhängig und stromabhängig gesteuert.
Hinsichtlich der Möglichkeit einer stromabhängigen Steuerung oder Regelung und somit einer stromabhängigen Beeinflussung der Vorgabefrequenz oder Soll-Frequenz und der zugehörigen Phasenlage zu der vom Umrichter zu erzeugenden windparkseitigen Span- nung ist in einem weiteren Zweig der schematischen Darstellung in Figur 2 eine Vergleichseinheit 63 vorgesehen, der ein erfasster tatsächlicher Strom des Umrichters 30 in Form eines Ist-Stroms list als Eingangsinformation zugeführt wird. Gemäß Figur 1 weist der Umrichter 30 eine Stromerfassungseinrichtung 36 auf, die den erfassten tatsächlichen oder momentanen Strom des Umrichters 30 der Steuerungseinrichtung 60 zur weiteren Verarbeitung zuführt.
Desweiteren wird der Vergleichseinheit 63 eine Information hinsichtlich eines maximalen Stroms des Umrichters 30 zugeführt. Es stellt dies den maximalen Strom dar, den der Umrichter 30 ohne Schäden oder Betriebsstörungen tragen kann. Der maximale Strom Imax des Umrichters 30 kann um einen geringen Betrag für eine kurze Zeitdauer ohne Probleme für den Umrichter 30 überschritten werden. In jedem Fall ist bei Auftreten eines über den maximalen Strom Imax hinausgehenden Stroms eine Gegensteuerung erforderlich, und es muss der diesen Grenzwert überschreitende Ist-Strom list auf einen Wert begrenzt werden, der in seiner Höhe den maximalen Strom Imax nur minimal überschreitet und somit ungefährlich für den Umrichter ist.
Wird in Verbindung mit der Vergleichseinheit 63 ermittelt, dass der tatsächliche gemessene Strom in Form des Ist-Stroms list des Umrichters 30 überschritten wird, dann wird in Abhängigkeit von dieser Bestimmung bzw. dem Vergleichsergebnis eine zusätzliche Frequenzsteuerungskomponente Afsoll (nachstehend als zusätzliche Komponente bezeichnet) auf den Frequenzsollwert addiert. Die zusätzliche Komponente Afsoll wird nach Ausgabe durch die Vergleichseinheit 63 mittels eines Verstärkers 64 verstärkt und zur Addition mit der Ausgangsgröße der Kennlinieneinheit 61 fsoll gebracht. Das Vergleichs- ergebnis bezeichnet eine Strom differenz zwischen dem erfassten tatsächlichen Ist-Strom und dem maximalen Strom des Umrichters 30. Der Verstärker 64 kann gemäß Figur 2 den Proportionalitätsfaktor K aufweisen. Die Komponenten 61 bis 64 gemäß Figur 2 können der Steuerungseinrichtung 60 zugeordnet werden.
Wurde zuvor ohne die strombezogene Beeinflussung der Vorgabefrequenz diese Vorga- befrequenz fsoll lediglich aus der Vorgabefrequenz fsoll gebildet, so wird nun für den Fall des Überschreitens des maximalen Stroms Imax des Umrichters 30 (und nur in diesem Fall) durch den Ist-Strom list (die aus dem Vergleich hervorgehende Stromdifferenz ist nicht gleich null) die zusätzliche Komponente Afsoll auf den Frequenzsollwert addiert.
Entsprechend der Darstellung in Figur 2 wird durch die (auch als Strompfad zu bezeich- nenden) Elemente der Vergleichseinheit 63 und des Verstärkers 64 und der gezielten stromabhängigen Beeinflussung der Vorgabefrequenz und damit der Phasenlage der vom Umrichter erzeugten windparkseitigen Spannung erreicht, dass der Stromstoß im Augenblick des Zuschaltens und auch nach dem Zuschalten eines weiteren Generators (insbesondere eines Asynchrongenerators), wie beispielswiese des dritten Generators 53 gemäß Figur 1 , begrenzt wird, sodass allenfalls nur sehr kurzzeitig der Ist-Strom list den maximalen Strom Imax des Umrichters 30 überschreitet und somit der Umrichter 30 im Wesentlichen hinsichtlich seiner Stromführung in einen zulässigen Betriebsbereich gehalten wird.
Der Wert des maximalen Stroms Imax des Umrichters 30 kann in Abhängigkeit von weiteren Betriebsbedingungen des Umrichters 30 oder des gesamten Windparks WP verändert werden. Des Weiteren kann mit dem Wert des maximalen Stroms Imax des Umrichters 30 auch bestimmt oder gesteuert werden, auf welchen Wert eine Strombe- grenzung durchgeführt wird. Es besteht auch die Möglichkeit einer zeitweiligen Veränderung des Wertes des maximalen Stroms Imax des Umrichters 30 in Abhängigkeit von weiteren Betriebsbedingungen. Der maximale Strom Imax des Umrichters 30 ist ebenfalls in der Weise dimensioniert, dass er den Betriebsbedingungen des Umrichters 30 gerecht wird und für eine vorbestimmte kurze Zeitdauer auch um ein vorbestimmtes Maß überschritten werden kann.
Mittels des vorstehend beschriebenen Regelungskonzepts gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die vom Umrichter 30 in das Windparknetz WP eingeprägte Spannung bezüglich ihrer Frequenz und somit auch ihrer Phasenlage in Abhängigkeit von der vorherrschenden eingespeisten Leistung und ebenfalls stromabhängig bezüglich des Ist-Stroms list und des maximalen Stroms Imax des Umrichters 30 zu steuern. Ungeachtet dessen, dass der maximale Strom Imax des Umrichters 30 kurzzeitig leicht überschritten werden kann, ist ein Überstrom in jedem Fall zu begrenzen. Es wirkt die begrenzende Wirkung in gleicher Weise sowohl bei einer Überdrehzahl als auch bei einer Unterdrehzahl des Generators (Asynchrongenerator) im Vergleich zu der Windparkfrequenz vor dem Zuschalten eines weiteren Generators.
In vorteilhafter Weise kann somit ein unvermeidlicher Stromstoß beim Zuschalten eines weiteren bisher nicht betriebenen Generators 13 an den gemeinsamen Umrichter 30 eines Windparks WP begrenzt werden, sodass der Stromstoß für den Umrichter 30 begrenzt und damit ungefährlich ist. Unvertretbar hohe Werte eines Stroms können wirksam vermieden werden. Zusätzlich zu der Begrenzung des durch den Umrichter 30 fließenden und erfassten Stroms (Ist-Strom list) kann die Energie für die Synchronisation des neu zugeschalteten Generators 53 zumindest teilweise aus den bereits am Netz N befindlichen und somit während des Zuschaltens bereits betriebenen Generatoren 51 und 52 gespeist werden.
Im Einzelnen kann gemäß der vorstehend beschriebenen Regelung die Abweichung der Vorgabefrequenz fsoll von dem in dem vorherigen Betrieb vorgegebenen Wert (fsoll) in Abhängigkeit von dem Betrag des erfassten Stroms durch den Umrichter 30 gesteuert werden, wobei insbesondere die Abweichung proportional zu dem Betrag des Umrich- terstroms sein kann. Mit einem entsprechenden Proportionalitätsfaktor (Verstärker 64 in Figur 2) bei der Verarbeitung des erfassten Stroms (Ist-Strom list) des Umrichters 30 und Vergleichen mit dem maximalen Strom Imax wird das Überschwingen des Stroms be- einflusst und insbesondere verhindert oder zumindest vermindert. Gemäß der vorstehenden Darstellung tritt die stromabhängige Beeinflussung der Vorgabefrequenz f*soll nur dann auf, wenn tatsächlich der Ist-Strom list den vorgegebenen Betrag des maximalen Stroms Imax übersteigt. Desweiteren kann zusätzlich zu der Beeinflussung der Vorgabefrequenz oder Soll-Frequenz Psoll ebenfalls proportional zu einem in Verbindung mit dem Asynchrongenerator stehenden Blindstrom der Betrag der vom Umrichter erzeugten Spannung ebenfalls abgesenkt werden. Dies trägt des Weiteren zur Verminderung des Stromstoßes bei. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung eine Blindstrom-Erfassungseinrichtung 56, die an dem Umrichter gemäß Figur 1 angeordnet ist und den in Verbindung mit den Generatoren 51 bis 53 auftretenden Blind- ström lum_Blind an dem gemeinsamen Umrichter 30 erfasst. Die Blindstrom-Erfassungseinrichtung 56 ist mit der Steuerungseinrichtung 60 verbunden und gibt an diese einen entsprechenden zu verarbeitenden Wert ab.
Gemäß der Darstellung in Figur 3 wird die Blindstrominformation zur Spannungssteuerung verarbeitet. Die Blindstromerfassung sowie die Verarbeitung der erfassten Werte und insbesondere die Steuerung einer Spannungshöhe erfolgt ausgehend von dem gemeinsamen Umrichter 30 mit einer Steuerung durch die Steuerungseinrichtung 60. Eine Spannungsvorgabe Uum_soll stellt die Basis dar. Aus dem erfassten Blindstrom am Umrichter 30 wird eine Änderungskomponente AUum_soll bestimmt, mit der somit in Abhängigkeit von dem erfassten Blindstrom der ursprüngliche Wert der Spannungsvor- gäbe beeinflusst werden kann. Der geänderte Spannungsvorgabewert ist nun U*um_soll.
Gemäß Figur 3 wird der geänderte Spannungsvorgabewert U*um_soll einem Umrichter- Spannungsregler 65 zugeführt, der einen neuen durch den erfassten Blindstrom beeinf- lussten Vorgabewert Uum_neu über die zu erzeugende Spannungshöhe (Spannungsamplitude) für den Umrichter 30 bildet. Im Einzelnen erfolgt bei einem zu großen Blind- ström, d. h. bei einem Überschreiten eines vorgegebenen für den Umrichter gültigen maximalen Blindstromwerts, eine Spannungsabsenkung, d. h. die gebildete Änderungskomponente AUum_soll bestimmt eine Verminderung der Spannung durch den Umrichter-Spannungsregler 65 bei dem Betrieb des Umrichters 30.
Auf diese Weise ist es gemäß der Aufgabe der vorliegenden Erfindung möglich, ein sanftes Zuschalten eines weiteren Generators 53 ohne unzulässige Betriebsbedingungen für den gemeinsamen Umrichter 30 zu erreichen. Insgesamt wird in vorteilhafter Weise der Gesamtbetrieb der Mehrzahl der Windenergieanlagen des Windparks WP erheblich weniger gestört und damit sicherer. Schäden durch kurzzeitige übergroße Ströme am Umrichter 30 werden wirksam verhindert oder vermindert.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben.
Es ist jedoch für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen der Figuren und der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind. Somit ist die Erfindung auf die angegebenen Darstellungen der Figuren nicht beschränkt. Vielmehr werden als zur Erfindung gehörig sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Aufsynchronisieren eines Generators (13) an ein über einen Umrichter (30) angebundenes Netz (40) mittels einer mit dem Generator und dem Umrichter verbundenen Steuerungseinrichtung (60), mit den Schritten :
Bestimmen einer Vorgabefrequenz (Psoll) und ausgeben der Vorgabefrequenz an den Umrichter (30) zur Steuerung einer Phasenlage (0u_soll) der vom Umrichter erzeugten Spannung,
Erfassen eines Ist-Stroms (list) des Umrichters zum Zeitpunkt des Zuschaltens des weiteren Generators (13), und
Vergleichen des Ist-Stroms des Umrichters mit einem maximalen Strom (Imax) des Umrichters und Ausgeben einer Frequenzkomponente (Afsoll), mit der die zuvor bestimmte Vorgabefrequenz (Psoll) geändert wird zur Beeinflussung der Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei die Frequenzkomponente (Afsoll) in proportionaler Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichsschritts bestimmt wird, sodass der Ist-Strom (list) kleiner oder gleich dem zulässigen Umrichterstrom ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei die Frequenzkomponente (Afsoll) in proportionaler Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichsschritts bestimmt wird, sodass der Ist-Strom (list) den maximal zulässigen Umrichterstrom lediglich für eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
ferner mit dem Schritt des Erfassens eines Blindstroms (lum_Blind) des Umrichters (30) und Vermindern einer von dem Umrichter (30) erzeugten Spannung in Abhängigkeit von dem erfassten Blindstrom.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
ferner mit dem Schritt des Veränderns der Vorgabefrequenz (fsoll) in Abhängigkeit von dem erfassten Ist-Strom (list) durch Addieren der Frequenzkomponente (Afsoll) zu der zuvor bestimmten Vorgabefrequenz.
6. Vorrichtung zum Aufsynchronisieren eines Generators (13) an ein über einen Umrichter (30) angebundenes Netz (40) mittels einer mit dem Generator und dem Umrichter verbundenen Steuerungseinrichtung (60), mit einer Bestimmungseinheit (60, 61 ) zur Bestimmung einer Vorgabefrequenz (Psoll) und Ausgeben der Vorgabefrequenz an den Umrichter (30) zur Steuerung einer Phasenlage (<pu_soll) der vom Umrichter erzeugten Spannung, einer Erfassungseinrichtung (36) zur Erfassung eines Ist-Stroms (list) des Umrichters (30) zum Zeitpunkt des Zuschaltens des Generators (31 ), und einer Vergleichseinheit (60, 63) zum Vergleichen des Ist-Stroms (list) des Umrichters (30) mit einem maximalen Strom (Imax) des Umrichters und Ausgeben einer Frequenzkomponente (Afsoll), mit der die zuvor bestimmte Vorgabefrequenz
(fsoll) geändert wird zur Beeinflussung der Vorgabefrequenz in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
wobei die Steuerungseinrichtung (60) in der Weise ausgebildet ist, dass die Frequenz- komponente (Afsoll) in proportionaler Abhängigkeit von dem mittels der Vergleichseinheit (60, 63) erhaltenen Ergebnis bestimmt wird, sodass der Ist-Strom (list) kleiner oder gleich dem maximal zulässigen Umrichterstrom ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
wobei die Frequenzkomponente (Afsoll) in proportionaler Abhängigkeit von dem durch die Vergleichseinheit (60, 63) erhaltenen Ergebnis bestimmt wird, sodass der Ist-Strom (list) lediglich für eine vorbestimmte Zeitdauer den maximal zulässigen Umrichterstrom überschreitet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
ferner mit einer Blindstrom-Erfassungseinrichtung (56) zur Erfassung eines Blindstroms (lum_Blind) des Umrichters (30) und Vermindern einer vom Umrichter (30) erzeugten Spannung in Abhängigkeit von dem erfassten Blindstrom.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
wobei die Steuerungseinrichtung (60) ausgebildet ist zur Veränderung der Vorgabefrequenz (f*soll) in Abhängigkeit von dem mittels der Erfassungseinrichtung (36) erfassten Ist-Strom (list) durch addieren der Frequenzkomponente (Afsoll) zu der zuvor bestimmten Vorgabefrequenz.
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