Способ управления ветроэнергетической установкой при отсутствии подключения к сети - RU2603712C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой, а также к ветроэнергетической установке.

Ветроэнергетические установки широко известны, и пример ветроэнергетической установки показан на фиг. 1. Такие ветроэнергетические установки предусмотрены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию и подачи в сеть электроснабжения, которая в последующем называется также электрической сетью или просто сетью.

Однако перед тем как ветроэнергетическая установка может отдавать электрическую мощность в сеть, она должна быть сначала сооружена и подключена к сети. После того как она по существу сооружена, часто предусмотрены функциональные испытания, прежде чем установка будет, наконец, подключена к сети и может эксплуатироваться. В течение этого времени возможно уже полностью смонтированная установка не может правильно работать, в частности вообще не может работать. При этом, в зависимости от места установки, существует опасность того, что ветроэнергетическая установка охладится, и произойдет осаждение влаги, в частности из воздуха. Кроме того, существует опасность того, что ветроэнергетическая установка подвергается также воздействию влаги в результате дождей. Хотя ветроэнергетическая установка в смонтированном состоянии часто снабжена по существу закрытой гондолой и закрытой башней, однако дождь может проникать, например, через вентиляционные отверстия, через которые он при работе установки не может проникать на основании направленного наружу вентиляционного воздушного потока. Также неблагоприятная ориентация ветроэнергетической установки, в частности гондолы ветроэнергетической установки, может способствовать проникновению дождя.

Для решения этой проблемы можно закрывать такие вентиляционные щели, или же можно закрывать или облицовывать подверженные повреждениям части установки. Однако такие меры требуют повышенных затрат труда, и существует опасность того, что такие покрытия или облицовка будут не полностью удалены, когда установка, наконец, начнет эксплуатироваться. Сооружение, а также возможные функциональные испытания затрудняются.

В качестве альтернативного решения, для предотвращения повреждений за счет осаждаемой или проникающей влаги, может быть предусмотрено нагревание и/или воздушная сушка с помощью соответствующего устройства. В качестве альтернативного решения, можно установку изготавливать возможно быстрей и подключать к сети. Если возможно, необходимо сооружать установку при менее критичном состоянии погоды, что, однако, на практике зачастую неосуществимо.

Частично после сооружения полностью ветроэнергетические установки можно подключать к сети, что, однако, сначала невозможно, поскольку сеть, соответственно соответствующая ветвь сети к ветроэнергетической установке еще не существует. Возможно также, что приходится ожидать разрешения на подключение ветроэнергетической установки или выполнения соответствующей ветви сети для подключения. В этом случае также невозможна или затруднительна работа нагревательного устройства с помощью вентиляционного устройства и/или осушительного устройства из-за отсутствия подключения к сети. А именно подключение к сети необходимо зачастую не только для подачи электрической мощности ветроэнергетической установки в сеть, но также и для обеспечения электрической мощности из сети для запуска ветроэнергетической установки и/или для работы устройств установки. Таким образом, без подключения к сети ветроэнергетическая установка не может работать и существует указанная опасность конденсации влаги или проникновения влаги, что может очень быстро приводить частично к повреждению частей установки, в частности электрических устройств установки.

Немецкое ведомство по патентам и торговым знакам в результате патентного поиска выявило следующий уровень техники: US 2010/0013224A1, US 2012/0056425 A1 и US 7394166 В2.

Таким образом, в основу изобретения положена задача решения по меньшей мере одной из указанных выше проблем. В частности, должно быть создано решение, которое предотвращает или по меньшей мере уменьшает проникновение или конденсацию влаги в еще не подключенной к сети электроснабжения ветроэнергетической установке. Должно быть предложено по меньшей мере одно альтернативное решение.

Согласно изобретению, предлагается способ по п. 1 формулы изобретения. В соответствии с ним предусматривают ветроэнергетическую установку, которая имеет генератор, которая предназначена для подачи электрической мощности в сеть электроснабжения и которая, однако, еще не подключена к сети электроснабжения. Для этого предлагается создавать электрическую мощность с помощью генератора и создаваемую электрическую мощность применять для электроснабжения электрических элементов ветроэнергетической установки. Другими словами, ветроэнергетическая установка запускается в эксплуатацию с целью создания небольшой мощности, при этом генерируется как раз столько электрической мощности, сколько необходимо для запуска в эксплуатацию электрических элементов ветроэнергетической установки. Этот запуск в эксплуатацию ветроэнергетической установки не имеет смысла для генерирования и подачи электрической энергии в сеть электроснабжения, поскольку еще совершенно отсутствует подключение к сети. Работа ветроэнергетической установки осуществляется единственно по причине и в объеме, необходимом для предотвращения повреждения установки от влаги. Проще говоря, за счет этого ветроэнергетическая установка после ее сооружения, но перед подключением к сети, защищается от повреждений

В частности, электрической энергией снабжаются те электрические элементы, которые иначе подвергаются опасности проникновения влаги, и те элементы, которые могут защищать в целом ветроэнергетическую установку от проникновения и конденсации влаги.

При этом электрической мощностью снабжается предпочтительно по меньшей мере одно управляющее устройство для управления ветроэнергетической установкой. Таким образом, может быть приведена в эксплуатацию система управления, которая может управлять другими управлениями и запусками в работу.

Предпочтительно или в качестве альтернативного решения, электрической мощностью снабжается и соответственно эксплуатируется азимутальное регулировочное устройство для регулирования ориентации ветроэнергетической установки относительно ветра. Такое азимутальное регулировочное устройство предусмотрено для так называемых ветроэнергетических установок с горизонтальной осью, которые в настоящее время представляют наиболее часто используемый тип, пример которого показан на фиг. 1. За счет работы этого азимутального регулировочного устройства сначала запускается в работу оно само и тем самым защищается от осаждения или проникновения влаги. Кроме того, ветроэнергетическая установка может быть ориентирована против ветра, что тем самым соответствует также обычной ориентации, которая при этом является также оптимальной или по меньшей мере предпочтительной относительно защиты от дождя. Ориентация ветроэнергетической установки против ветра является также целесообразной, когда ветроэнергетическая установка должна создавать из ветра электрическую мощность, даже когда генерируется лишь немного электрической мощности.

Предпочтительно, запускается в работу нагревательное устройство для нагревания части ветроэнергетической установки. Такое нагревательное устройство может быть, например, нагревательным устройством гондолы, которое нагревает гондолу, например помещение для расположения обслуживающего персонала. Кроме того, это может быть нагревательным устройством, которое нагревает измерительные инструменты, такие как анемометр, для защиты его от обледенения. За счет этого может обеспечиваться также правильное измерение характеристик ветра, которые в свою очередь могут быть целесообразными или даже необходимыми для работы ветроэнергетической установки.

Нагревательное устройство может быть предусмотрено также в роторных лопастях, для защиты роторных лопастей от обледенения, соответственно для удаления льда с роторных лопастей. Эти нагревательные устройства роторных лопастей могут предпочтительно также работать, даже если нет необходимости в удалении льда. Такие нагревательные устройства для роторных лопастей характеризуются также тем, что они имеют сравнительно большую потребность в энергии. Это в свою очередь означает, что требуется, соответственно, много мощности для их работы в режиме защиты от влаги. Режимом защиты от влаги ветроэнергетической установки называется режим, при котором ветроэнергетическая установка не подает мощность в сеть, а лишь работает для самозащиты, то есть защиты от осаждающейся или проникающей влаги. Таким образом, если нагревательное устройство применяется для нагревания роторных лопастей, то возникает относительно высокая потребность в электрической мощности, которая в свою очередь требует генерирования ветроэнергетической установкой, соответственно, большой мощности, что в свою очередь приводит к тому, что также все элементы, применяемые в регулярном режиме работы, или по меньшей мере многие элементы, применяемые в регулярном режиме работы, работают в основном, как в нормальном режиме работы. Таким образом, если как можно больше элементов ветроэнергетической установки работают в нормальном режиме работы или в аналогичном состоянии, то это приводит автоматически к их самозащите от влаги.

Однако инвертор, необходимый для питания сети электроснабжения, в таком режиме защиты от влаги не находится автоматически в состоянии нормального режима работы или в состоянии, аналогичном нормальному режиму работы, когда ветроэнергетическая установка не подключена к сети. Среди прочего поэтому предлагается, что также имеющийся инвертор или имеющиеся инверторы снабжаются электрической мощностью. Предпочтительно, может быть предусмотрена искусственная нагрузка, такая как, например, ограничительные резисторы, которые управляют инвертором. Таким образом, инвертор создает, хотя и небольшой, ток, который не подается в сеть, а применяется для управления такими ограничительными резисторами. Создаваемый таким образом выходной ток преобразуется тем самым в тепло. Для этого может быть предпочтительным расположение ограничительных резисторов в местах в ветроэнергетической установке, которые нуждаются в нагревании, в частности в этом режиме защиты от влаги. Однако также работа инверторов одновременно приводит к тому, что сами инверторы создают тепло потерь и тем самым могут сами защищаться от влаги. С одной стороны, на элементах инверторов не осаждается или осаждается меньше влаги, когда они нагреваются во время работы. С другой стороны, инверторы могут обеспечивать ввод в эксплуатацию вентиляционных устройств в инверторах, которые также противодействуют осаждению или проникновению влаги. Ограничительные резисторы могут быть компонентом инверторов.

Для обеспечения отвода как можно большей мощности с помощью указанных ограничительных резисторов применяются несколько ограничительных резисторов или несколько рядов ограничительных резисторов, управление которыми осуществляется попеременно, для того чтобы могло происходить промежуточное охлаждение соответствующих ограничительных резисторов, соответственно рядов ограничительных резисторов, с целью исключения их перегрева.

Такими ограничительными резисторами или рядами ограничительных резисторов можно управлять не только с помощью инверторов. Например, может быть предусмотрено управляющее устройство для управления такими ограничительными резисторами или рядами ограничительных резисторов, которые предусмотрены лишь для этой цели. Можно также применять ограничительные резисторы или ряды ограничительных резисторов, которые при регулярной работе установки предусмотрены в качестве предохранительного устройства, а именно для отбора сгенерированной мощности в случае внезапного выключения ветроэнергетической установки.

Согласно другому варианту выполнения предлагается, что через задаваемые интервалы проверки проверяется, находится ли в работе генератор и/или ветроэнергетическая установка и генерирует электрическую мощность, при этом генератор, соответственно ветроэнергетическая установка запускаются в работу, когда устанавливается, что они не работают и не генерируют электрическую мощность. В принципе предпочтительно, когда ветроэнергетическая установка работает также без подключения к сети в указанном режиме защиты от влаги. При этом существует возможность, что ветер ослабевает настолько, что больше вообще не генерируется электрическая мощность. В этом случае ветроэнергетическая установка сначала останавливается. В частности, такое состояние должно распознаваться с помощью предлагаемой проверки. Задаваемые интервалы проверки могут составлять, например, один час, полчаса или два часа или иметь аналогичные значения. Интервалы проверки можно задавать также индивидуально, например в зависимости от места установки или в зависимости от времени года. Если ветроэнергетическая установка сооружается в теплом, сухом регионе, когда дополнительно можно не ожидать дождя, такие интервалы проверки могут быть длительными. Если же в противоположность этому ветроэнергетическая установка сооружается в сыром холодном регионе и в частности в холодное сырое время года, то может быть предпочтительным выбирать короткие интервалы проверки.

Предпочтительно, ввод в эксплуатацию ветроэнергетических установок в режиме защиты от влаги осуществляется с помощью вспомогательного источника энергии, в частности батареи и/или вспомогательного генератора, такого как дизель-генератор. Это может относиться как к первому вводу в эксплуатацию в режиме защиты от влаги, так и к вводу в эксплуатацию, который предлагается, согласно одному из вариантов выполнения, когда после задаваемого интервала проверки проверка показывает, что генератор, соответственно ветроэнергетическая установка больше не работают и не генерируют мощность. Такой вспомогательный источник энергии может быть мобильным вспомогательным источником энергии, или же по меньшей мере временно неподвижно установленным вспомогательным источником энергии. Последнее целесообразно особенно тогда, когда необходимо учитывать, что подключение к сети произойдет через длительное время. Такой вспомогательный источник может также оставаться локально установленным, если ветроэнергетическая установка подключена к слабой сети или подключена через слабую связь к сети, и также, соответственно, в последующем, то есть даже когда ветроэнергетическая установка подключена к сети, возможно длительное отсоединение от сети.

Следует отметить, что для проверки, находится ли еще генератор в работе, требуется сравнительно немного энергии и соответственно можно воспользоваться обычной небольшой батареей или даже блоком конденсаторов. Для самой проверки в принципе необходима лишь энергия для работы небольшого микропроцессора или соответственно микрокомпьютера. Можно также применять соединение с сетью. Так, возможно также, что ветроэнергетическая установка еще не подключена к сети, или же пока еще не может быть подключена к сети, однако имеется соединение с сетью, достаточное для выполнения режима защиты от влаги, по меньшей мере для указанной проверки. Лишь когда в результате проверки устанавливается, что необходимо выполнять ввод в эксплуатацию или повторный ввод в эксплуатацию в режиме защиты от влаги, требуется значительно больше энергии и значительно больше мощности, которая может быть затем получена посредством вспомогательного источника. В качестве альтернативного решения или дополнительно можно проверять, имеется ли достаточный ветер. Согласно одному варианту выполнения предлагается, что режим защиты от влаги инициируется в зависимости от условий внутри или снаружи ветроэнергетической установки, таких как, например, влажность и/или температура.

Для контролирования, находится ли ветроэнергетическая установка в работе, может быть также предусмотрен агрегат аварийного электроснабжения.

Предпочтительно предлагается, что по меньшей мере один из электрических элементов непосредственно снабжается электрической мощностью от вспомогательного источника энергии, когда ввод в эксплуатацию генератора ветроэнергетической установки невозможен вследствие отсутствия ветра. Например, для этого дизель- генератор может даже работать непрерывно, если также погодные условия требуют такой защиты от влаги.

Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что ветроэнергетическая установка начинает работать в принципе без сторонней энергии. Для этого роторные лопасти могут иметь соответствующий угол установки, который составляет примерно 60°, когда флюгерное положение соответствует 90°. Это можно называть также самостоятельным пуском.

Согласно другому варианту выполнения предлагается, что после задаваемого времени работы генератор снова выключается и/или снабжение электрических элементов снова прерывается, когда отсутствует достаточный ветер для работы генератора. В этом случае предлагается, в частности, находить компромисс между расходом энергии вспомогательным источником энергии, в частности расходом топлива, если применяется дизель-генератор или другой двигатель внутреннего сгорания, с одной стороны, и степенью необходимости защиты элементов от влаги, с другой стороны. Если удается запуск ветроэнергетической установки, то дизель-генератор снова останавливается. Например, может быть также предпочтительным при нахождении компромисса учитывать лишь вспомогательную энергию, используемую для поворота ветроэнергетической установки относительно ветра, чтобы иметь по меньшей мере одну ориентацию в соответствии с нормальным режимом работы установки. Другими словами, на определенное время, например на половину дня или на день, может быть достаточным ориентировать ветроэнергетическую установку так, что по меньшей мере дождь не проникает в ветроэнергетическую установку. Также следует отметить, что направление ветра может иметься даже тогда, когда ветер настолько слаб, что невозможно вводить в эксплуатацию генератор.

Кроме того, предлагается ветроэнергетическая установка для генерирования электрической энергии из ветра для подачи создаваемой электрической мощности в сеть электроснабжения, которая характеризуется тем, что выполняется способ в соответствии с указанными выше вариантами выполнения. В частности, предлагается ветроэнергетическая установка со способом управления ветроэнергетической установкой в указанном выше режиме защиты от влаги. Эта ветроэнергетическая установка, как указывалось выше, может быть защищена от влаги также тогда, когда она еще не подключена к сети электроснабжения.

Предпочтительно, ветроэнергетическая установка содержит вспомогательный источник энергии, в частности батарею или вспомогательный генератор. При этом вспомогательный источник энергии должен иметь такие размеры, что он может обеспечивать достаточную мощность, а также достаточную энергию для запуска ветроэнергетической установки. При этом значение имеют мощность, а также энергия. Например, слишком небольшой выбранный дизель-генератор может обеспечивать достаточную энергию, когда бак для дизельного топлива достаточно большой, но не может обеспечивать достаточную мощность, то есть достаточную энергию за единицу времени. И наоборот, например, блок конденсаторов может обеспечивать достаточную мощность, которая, однако, не обеспечивается в течение достаточного промежутка времени, если в блоке конденсаторов не накоплено достаточно энергии.

Дополнительно следует отметить, что предусмотренная для работы в сети ветроэнергетическая установка является установкой, которая имеет как соответствующие выводы для соединения с электрической сетью, так и, в частности, соответствующий инвертор, включая соответствующее программное обеспечение для управления инвертором, который предусмотрен для питания электрической сети. При этом следует учитывать то, что в настоящее время ветроэнергетические установки, которые питают сеть электроснабжения, должны выполнять соответствующие сетевые предписания, которые обозначаются также английским понятием Grid Code (сетевые стандарты). Лишь когда ветроэнергетическая установка может выполнять эти требования, она готова, соответственно подготовлена к подключению к сети электроснабжения. Действительно ли ветроэнергетическая установка готова или подготовлена к подключению к сети электроснабжения, в конечном итоге распознается тем, что она наконец подключена к электрической сети.

Ниже приводится в качестве примера более подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - ветроэнергетическая установка, в изометрической проекции;

фиг. 2 - схема отсоединенной от сети ветроэнергетической установки с вспомогательным генератором;

фиг. 3 - блок-схема выполнения способа управления, согласно изобретению.

На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 расположен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и обтекателем 110. Ротор 106 во время работы приводится во вращательное движение ветром и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104.

На фиг. 2 показана ветроэнергетическая установка 1 с вспомогательным источником 2 энергии, а именно дизель-генератором 2 в качестве возможного варианта выполнения такого вспомогательного источника энергии. Ветроэнергетическая установка 1 подлежит в принципе подключению к сети 6 электроснабжения с помощью соединительной линии 4. Однако в качестве указанного, лежащего в основе изобретения состояния предусмотрено, что ветроэнергетическая установка 1 не соединена с сетью 6 электроснабжения, что изображено с помощью стрелки 8.

Таким образом, ветроэнергетическая установка 1 полностью или по меньшей мере по существу полностью сооружена и пока еще лишь не соединена с сетью 6 электроснабжения. Для защиты ветроэнергетической установки 1 от осаждения влаги или проникновения влаги, соответственно для удаления влаги из установки, ее можно вводить в эксплуатацию, с целью генерирования мощности для собственного потребления для защиты от влаги. Однако для ввода в эксплуатацию ветроэнергетической установки уже требуется энергия, которая не может быть взята из сети электроснабжения, поскольку отсутствует соединение с сетью 6 электроснабжения. Для этой цели можно вводить в эксплуатацию вспомогательный генератор 2 и передавать необходимую для запуска ветроэнергетической установки 2 мощность в ветроэнергетическую установку 1. Такое соединение вспомогательного генератора 2 с ветроэнергетической установкой 1 показано на фиг. 2 с помощью переключателя 10, который для этого замыкается. Ветроэнергетическая установка может быть введена в эксплуатацию, затем ее компоненты могут снабжаться мощностью от самой ветроэнергетической установки, как только ветроэнергетическая установка 1 будет находиться в соответствующем режиме. Затем вспомогательный генератор 2 может быть снова выключен, в то время как ветроэнергетическая установка 1 продолжает работать.

Такой запуск поясняется с помощью блок-схемы способа на фиг. 3. На данной блок-схеме показан цикл 30, который выполняется с задаваемыми интервалами проверки, то есть, например, каждый час.

Задаваемый интервал времени, то есть время, в течение которого повторяется цикл 30, заложен в блок 32 ожидания. Этот блок 32 ожидания можно обозначать также блоком 32 пуска. В нем инициируется выполнение цикла 30 в задаваемый интервал времени и тем самым его повторение. По истечении такого задаваемого интервала времени, соответственно времени ожидания, в блок 34 поступает запрос, работает ли ветроэнергетическая установка 1, то есть находится ли в эксплуатации и, в частности, генерирует также мощность, по меньшей мере столько мощности, сколько требуется для поддержания работы. Если ответ на этот запрос в блоке 34 запроса является положительным, то блок 34 запроса возвращает процесс обратно в блок 32 ожидания.

Если ответ на запрос в блоке 34 запроса является отрицательным, то есть ветроэнергетическая установка не работает, то продолжается выполнение цикла 30, и сначала вводится в эксплуатацию вспомогательный генератор 2, то есть, например, дизель-генератор 2, показанный на фиг. 2. Это иллюстрировано с помощью блока 36 включения генератора.

Как только вспомогательный генератор 2, который в соответствии с блоком 36 включен, может обеспечивать достаточную мощность, ветроэнергетическая установка 1 включается, что иллюстрировано с помощью блока 38 ввода в эксплуатацию.

Затем ветроэнергетическая установка 1 может продолжать работу и в конечном итоге может сама поддерживать свою работу посредством генерирования всей необходимой для ее работы мощности.

Соответственно, вспомогательный генератор 2 может быть снова выключен, что иллюстрировано с помощью блока 40 выключения генератора. Вспомогательный генератор 2 выключается и больше не нуждается в топливе или другой накопленной энергии для поддержки работы, соответственно для пуска ветроэнергетической установки 1.

При находящейся в работе ветроэнергетической установке 1 и выключенном вспомогательном генераторе 2 процесс в цикле 30 возвращается обратно в блок 32 ожидания. По истечении времени ожидания, соответственно задаваемого интервала проверки, блок 32 ожидания снова запускает процесс в цикле 30.

В принципе ветроэнергетическая установка может эксплуатироваться длительное время, в идеальном случае до прибытия обслуживающего персонала для выполнения отсутствующего соединения с сетью электроснабжения. Однако возможно также, что временно скорость ветра снижается настолько, что ветроэнергетическая установка не может эксплуатироваться, или возникают неисправности, которые препятствуют продолжению эксплуатации. В этом случае ветроэнергетическая установка самостоятельно выключается. В частности, роторные лопасти поворачиваются по ветру, когда ветроэнергетическая установка прекращает работу и не может больше контролировать такую перестановку роторных лопастей. Было бы нецелесообразно тотчас снова вводить в эксплуатацию установку с помощью вспомогательного генератора. В конце концов, ветроэнергетическая установка только что была в эксплуатации и поэтому с нее удалена влага. Кроме того, по всей вероятности ветроэнергетическая установка не может продолжать эксплуатироваться, когда она только что выключилась из-за отсутствия ветра.

Поэтому предлагается выжидать некоторое время перед повторением попытки ввода снова в эксплуатацию. В принципе время ожидания может быть выбрано также значительно более длительным, таким как, например, один или несколько дней. Пуск в эксплуатацию, например, с интервалом в один день, может быть достаточным для удаления влаги, соответственно поддержания ветроэнергетической установки в сухом состоянии. Однако проблемы могут возникать, когда как раз через день, во время попытки пуска снова ветроэнергетической установки, отсутствует ветер. Поэтому предлагается выполнять попытку пуска ветроэнергетической установки снова в эксплуатацию с интервалом в один час.

Если ветроэнергетическая установка прекращает работу из-за отсутствия ветра, в частности когда не удается запуск в эксплуатацию несколько раз друг за другом, то согласно одному варианту выполнения предлагается эксплуатировать вспомогательный генератор более длительное время, с целью снабжения по меньшей мере некоторых компонентов ветроэнергетической установки электрической мощностью, поскольку иначе существует опасность осаждения или проникновения влаги в ветроэнергетическую установку.

Предпочтительно, вспомогательный генератор можно применять для выполнения функциональных тестов для многих компонентов ветроэнергетической установки после сооружения ветроэнергетической установки. Если имеется такой вспомогательный генератор, то может быть целесообразным проводить функциональный тест, когда ветер слабый.

Таким образом, данное изобретение обеспечивает простым и целесообразным образом защиту от проникновения и/или осаждения влаги для смонтированной ветроэнергетической установки, но еще не соединенной с сетью электроснабжения. В соответствии с этим установки снабжаются энергией, сгенерированной ими самими, что предотвращает осаждение влаги на электронных конструктивных элементах и тем самым их повреждение. Это предлагается для ветроэнергетической установки, которая не имеет, в частности еще не имеет, соединения с сетью, или же для ветроэнергетической установки, которая еще не имеет разрешения на подачу энергии в сеть и тем самым также еще не соединена с сетью электроснабжения. За счет такого режима эксплуатации достигаются многие преимущества.

Принципиальная функция состоит в переводе установки в режим работы, аналогичный нормальному, в котором обеспечивается электроснабжение устройства управления установкой и самостоятельное нагревание систем, а именно компонентов ветроэнергетической установки. За счет этого должно предотвращаться образование конденсата и высокой влажности в ветроэнергетической установке. Влажность может повреждать электронные и электромеханические компоненты и приводить к выходу их из строя. Например, в устройстве управления установкой имеются печатные платы с электронными конструктивными элементами, на работу которых может оказывать отрицательное влияние влажность, что ограничивает надежность установки. Многие датчики, задачей которых является измерение физических величин, могут повреждаться или выходить из строя за счет проникновения влаги.

Другая принципиальная функция состоит в обеспечении возможности ориентации установки, то есть ориентации ветроэнергетической установки против ветра с помощью соответствующих азимутальных серводвигателей. Ориентация ветроэнергетической установки против ветра может быть основной предпосылкой предотвращения проникновения воды в зоне гондолы ветроэнергетической установки. Конструкция машины может быть разработана для оптимального соответствия режиму нормальной работы. В соответствии с этим основной предпосылкой для конструктивного выполнения машины является правильно эксплуатируемая, в частности правильно ориентированная, генерирующая мощность ветроэнергетической установки. В таком нормальном режиме работы установка ориентирована против ветра, так что наружная обшивка и системы герметизации предотвращают проникновение воды при этом направлении. Исходя из этого, герметичность гондолы является недостаточной, когда ветер и дождь имеют другие направления. Проникновение воды в зоне электронных и электромеханических компонентов может приводить к их повреждению.

Другая принципиальная функция состоит в эксплуатации установки в таком состоянии, аналогичном нормальному режиму работы, при котором обеспечивается возможность электроснабжения управляющего устройства установки и проверки работоспособности компонентов установки, в частности всех компонентов установки, за исключением компонентов, необходимых для соединения с сетью. Таким образом, на этой фазе обслуживающий персонал может проверять работоспособность соответствующих систем управления установкой и выполнять при необходимости ремонтные работы. За счет этого могут быть обеспечены преимущества экономии времени при последующем вводе в эксплуатацию, когда неисправности распознаются и устраняются во время перед соединением с сетью. Таким образом, обеспечивается возможность выполнения технического обслуживания также без подключения к сети и уменьшения тем самым времени на техническое обслуживание, когда оно проводится перед подключением к сети.

Работа ветроэнергетической установки приводит к собственному нагреванию внутри установки за счет отдачи тепла, в частности в зоне устройства управления установкой, генерирования мощности, передачи мощности и подачи мощности в сеть.

В гондоле в зоне устройства управления установкой создается тепло за счет работы серводвигателей и за счет электроснабжения управляющих плат. Существенный вклад в нагревание внутреннего пространства гондолы вносит работа генератора. При преобразовании крутящего момента ротора и скорости вращения в электрическую мощность, а также при передаче электрической мощности к блоку питания возникают потери, которые проявляются в нагревании. В компонентах передачи мощности, в частности в выпрямителе, если он имеется, возникают дополнительные потери, которые в свою очередь также проявляются главным образом в нагревании, соответственно преобразуются в тепло.

Кроме того, другие элементы размещены в башне ветроэнергетической установки. Согласно одному варианту выполнения, все блоки питания, в частности инверторы, которые расположены в силовых шкафах, снабжены в соответствии со стандартом ограничительным резистором, соответственно рядом ограничительных резисторов. Для упрощения в данном случае рассматривается резистор, который имеет задачу превращения в тепло чрезмерной энергии, которая создается во время эксплуатации генератора и не должна подаваться в сеть. Это используется главным образом для осуществления так называемых свойств FRT. Под этим понимается способность ветроэнергетической установки продолжать работу в случае неисправности сети электроснабжения, также когда при этом кратковременно невозможно подавать энергию в электрическую сеть. Эта энергия может быть преобразована с помощью ограничительных резисторов в тепло, в то время как ветроэнергетическая установка в остальном, то есть за исключением подачи энергии, может по существу продолжать эксплуатироваться в нормальном режиме. Это называется свойством или способностью преодоления неисправностей, для которого также в немецком языке утвердилось английское обозначение Fault Right Through, сокращенно FRT.

Обнаружение предела мощности можно осуществлять посредством измерения напряжения промежуточного контура постоянного тока соответствующего инвертора. Если напряжение промежуточного контура превышает заданное пороговое значение, то включается ограничительный резистор, преобразуется, соответственно расходуется, соответствующая мощность и выдерживается соответствующий установленный предел. Для того чтобы не превышать теплоемкость ограничительного резистора во время режима защиты от влаги, все используемые в ветроэнергетической установке ограничительные резисторы можно разделить на группы и подключать и отключать последовательно. В соответствии с этим нагретые резисторы при таком разделении могут охлаждаться соответствующими группами, с целью восстановления способности приема тепла. Такое управление можно контролировать, например, с помощью соответствующей платы управления мощностью, которая иначе выполняет задачу управления мощностью FACTS.

Создаваемое за счет этого тепло можно использовать в нижней зоне башни, где расположены соответствующие элементы, для повышения окружающей температуры, и тем самым предотвращать образование конденсата на электронных конструктивных элементах.

Указанный режим защиты от влаги можно называть также режимом автономного электроснабжения, по-английски Self-Supply-Mode. Он служит для автономного электроснабжения установки, и при этом по возможности все части установки снабжаются напряжением, включая нагреватели в распределительных шкафах. Таким образом, он служит для предотвращения повреждений электрических компонентов за счет длительного времени простоя ветроэнергетической установки. Таким образом, этот режим «Self-Supply-Mode» служит для самоснабжения установки, и тем самым установка находится в нормальном рабочем состоянии, но без электроснабжения от сети. В этом случае ветроэнергетическая установка работает автономно и генерирует лишь столько энергии, соответственно мощности, сколько она сама потребляет.

Все части установки по возможности снабжаются напряжением. Тем самым работают также нагреватели в распределительных шкафах, а также нагревается генератор, а именно генератор ветроэнергетической установки, который следует отличать от вспомогательного генератора, который на фиг. 2 показан в виде дизель-генератора. При включении этого режима автономного электроснабжения могут также повышаться затраты на поддержание эксплуатации ветроэнергетической установки, поскольку, например, при отсутствии ветра или при неисправности ветроэнергетической установки необходимо снова ее запускать в эксплуатацию с использованием генератора тока, такого как указанный вспомогательный генератор.

Например, ветроэнергетические установки можно запускать в эксплуатацию с помощью относительно небольшого агрегата аварийного тока с мощностью, например, 11 кВт или больше. Эти установки остаются в работе при максимальной мощности примерно 30 кВт, пока они в результате отсутствия ветра или другого события или состояния снова останавливаются и отключаются.

Согласно одному варианту выполнения предусмотрено переключательное средство, которое может быть размещено в распределительном шкафу, которое подключено к распределителю аварийного тока и снабжает устройство управления ветроэнергетической установкой посредством переключения напряжения из сети электроснабжения. Таким образом, в противоположность указанным выше вариантам выполнения, сначала имеется исправное соединение с сетью. При отсутствии напряжения сети прерывается соединение с ветвью управления и при возвращении напряжения, в частности после устранения соответствующей проблемы в сети электроснабжения, осуществляется снова подключение напряжения сети. Кроме того, осуществляется соединение с дизель-генератором или дизельным агрегатом, который может быть предусмотрен также в качестве центрального дизельного агрегата для нескольких ветроэнергетических установок. За счет этого обеспечивается переключение между снабжением от сети и вспомогательным снабжением, то есть происходит переключение между сетью электроснабжения и дизельным агрегатом. Кроме того, может быть предусмотрено устройство для выключения вручную с помощью силового переключателя. Кроме того, предусмотрено управление верхнего уровня, которое содержит интерфейс для связи с другими элементами ветроэнергетической установки. Кроме того, может быть установлена связь с так называемой системой Scada для обмена относящимися к управлению данными. Через такой входной и выходной интерфейс можно осуществлять соответствующее переключение снабжения из сети электроснабжения или указанного в качестве примера дизельного агрегата. Снабжение из сети электроснабжения может быть предусмотрено, когда ветроэнергетическая установка уже подключена к сети, но еще не подготовлена, соответственно не имеет разрешения для подачи мощности в сеть.

Дополнительно к этому предлагается предусмотрение бесперебойного электроснабжения, которое обычно обозначается также как USV (источник бесперебойного питания), для устройства управления установкой. Его можно применять также для режима автоматического электроснабжения, соответственно Self-Supply-Mode. Этот источник бесперебойного питания снабжает устройство управления ветроэнергетической установкой напряжением при кратковременном выходе из строя сети, и тем самым предлагается также для режима автоматического электроснабжения, в котором источник бесперебойного питания также может снабжать устройство управления напряжением, без выключения ветроэнергетической установки. В качестве накопителя энергии источник бесперебойного питания не применяет дополнительные аккумуляторы, даже когда это возможно, которые подлежат циклической замене, а применяет промежуточный контур постоянного напряжения соответствующих инверторов устройства управления в качестве накопителей энергии.

Реферат

Изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой (1), содержащей генератор, предусмотренной для подачи электрической мощности в сеть (6) электроснабжения, но еще не подключенной к сети (6) электроснабжения, содержащему этапы: генерирования электрической мощности с помощью генератора и снабжения электрических элементов ветроэнергетической установки (1), генерируемой электрической мощностью, а также к ветроэнергетической установке (1) для генерирования электрической энергии из ветра и для подачи генерируемой электрической мощности в сеть (6) электроснабжения, в которой выполняется указанный способ. Изобретение направлено на защиту от проникновения и/или осаждения влаги для смонтированной, но не соединенной с сетью электроснабжения ветроэнергетической установки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула