用于将电功率馈入供电网中的方法和馈电器与流程

1.本发明涉及一种用于将电功率馈入供电网中的方法。本发明还涉及一种用于执行这种方法的由变流器控制的馈电器，尤其是风能系统。在此，风能系统能够表示单个风能设施，或者表示具有多个风能设施的风电场。


背景技术：

2.风能设施是已知的。所述风能设施将来自风的电功率馈入供电网中。通常，多个风能设施组合成一个风电场。风能设施也越来越多地用于支持供电网。至今为止的电网调节策略和电网运行管理策略主要针对常规的馈电器的物理特性，即尤其是具有同步电机的大型发电场区块。风能设施能够或者将来必须承担这种常规馈电器的任务。在此，至今为止的电网控制策略和电网运行管理策略可能不再合适，或者至少应进行修改或调整。
3.在具有高变流器渗透的供电网中，在某些情况下需要施加电压的功率电子馈电器。现今，几乎所有功率电子耦合的馈电器都将电流馈入供电网中，即以施加电流的方式工作。在此，能够实现电压相关的无功功率调节，并且能够提供频率相关的有功功率调节或相位角调节。但是，如今已经能够假定：实际上这些馈电器中的仅一小部分必须快速保持电压和相位。即仅一小部分必须执行与无功功率相关的电压调节和与有功功率相关的频率调节。因此，尽管需要施加电压的功率电子馈电器，但是实际上仅很少的变流器控制的馈电器必须配备有施加电压的功能。
4.特别是已经认识到，虽然施加电压的功率电子馈电器能够具有良好的支持特性，但是对此在不取决于支持的情况下功率电子馈电器不是最佳的。这表示：这种施加电压的功率电子馈电器通常在其运行的大部分时间内未最佳地工作，因为通常仅很少使用所要求的或所需要的支持功能。
5.在文献wo 2017/129749 a1中公开了一种用于将电功率馈入到供电网中的方法，其能够支持供电网。在该处，借助于参考系统预设具有参考频率的参考角，其中，使参考系统延迟地跟踪电网电压的行为，以便由此产生与在直接耦合的同步发电机的情况下类似的效应。但是，所提及的文献的解决方案预设了输出电压并且以施加电压的方式工作。因此，通过使用这种施加电压的方法或相应地以施加电压的方式工作的风能设施能够实现期望的支持效应，但是代价是必须以施加电压的方式工作。
6.以施加电压的方式工作，即以施加电压的方式进行馈电，当为此使用变流器系统时，无论如何都具有下述缺点。特别是在持久地施加电压的情况下，针对由于以施加电压的方式进行馈电而会产生的可能发生的瞬态功率需求，必须使风能设施的变流器系统和电气传动系超规格。这可以解释如下：提供以施加电压的方式进行馈电，也根据相位来预设电压，并且还尝试保持该电压。因此，也保持电压相位。这在一开始时，即当也能够称为相位位置的相位开始发生变化时就已经进行尝试。这也能够称为相位的初始保持。为了保持所述相位，必须消耗大量的调节能量，这作为直接的功率交换是明显的。因此，相位的初始保持引起直接的功率交换。为了能够实现这，必须进行前述的超规格。
7.除了必要的超规格以外，也产生附加的损耗，因为在电网中的每个即使是小的变化都会受到衰减，并且在所馈入的能量尽可能保持不变的情况下会引起与电网的功率交换增加。
8.在欧洲优先权申请中，欧洲专利局检索到下述现有技术：ep 3 073 631 a1；ep 3 496 227 a1和cn 109494785a。


技术实现要素：

9.因此，本发明所基于的目的是，解决上述问题中的至少一个。尤其应提出一种解决方案，其中能够使用功率电子馈电器的施加电压的特性，其中应尽可能避免施加电压的功率电子馈电器的缺点。至少应针对至今已知的解决方案提出一种替选的解决方案。
10.根据本发明提出一种方法。因此，这种用于馈入电功率的方法在电网联接点处馈电到供电网中。这借助于变流器控制的馈电器进行，尤其借助于风能系统进行。变流器控制的馈电器也能够同义地称为基于变流器的馈电器或称为使用变流器的馈电器。其是一种馈电器，所述馈电器仅或者至少主要利用变频器或频率逆变器馈电到供电网中。对于风能设施而言，这包括全功率变流器设计方案以及借助于也称为dfig的双馈异步电机进行的馈电。在此，风能系统概括为单个风能设施以及具有多个风能设施的风电场。因此，所述馈电借助于风能设施或风电场或其它变流器控制的馈电器进行。
11.此外，电网联接点设置在供电网的电网部段上，并且电功率经由电网联接点馈入电网部段中。因此，还考虑了下述电网部段，所述电网部段例如能够通过变压器或简单地通过电连接而连接到其余的供电网上和/或能够连接到至少一个另外的电网部段上。尤其，多个馈电器连接到电网部段上，其中合计标称功率为至少10mw，尤其是至少100mw。尤其，也能够称为本地电网部段的电网部段应理解为供电网的下述部段，所述部段最大占整个供电网的10％的规模。该规模尤其涉及电网部段和供电网的合计馈入的或可馈入的有功功率。
12.在此，供电网具有电网电压，所述电网电压具有电网频率和以该电网频率旋转的电网相位角。此外，供电网的特征在于标称电网频率，所述标称电网频率尤其能够是50hz或60hz。具有带有基本上正弦变化曲线的交流电压的每个供电网都具有旋转的电网相位角。所述电网相位角例如能够关于供电网的三个相之一来定义并且定义为，使得如果所涉及的相的电压的瞬时值具有正过零，则所述电网相位角具有零值。这依据正弦函数的定义。但是也考虑，在电网系统中根据供电网的三相电压的变换将相位角作为基础。在此特别是考虑对称分量方法。特别重要的是，对于下述相位角，特别是对于下述馈电相位角而言按意义以相同的定义为基础。就此而言在此重要的是，该电网相位角用于馈电的取向，并且就此而言在描述电网和描述要馈入的电流时基于相同的描述形式。
13.因此，所述馈电借助于变流器进行。在此，这种变流器代表变频器或逆变器，并且也代表由多个单独的变频器或逆变器连接在一起的装置。尤其考虑：将这种变流器构造为变流器单元，在所述变流器单元中多个变频器或逆变器并联连接。还考虑了借助于dfig进行馈电。
14.在此也重要的是，变流器以施加电流的方式工作。以施加电流的方式工作是技术术语并且表示：变流器工作为，使得其为了馈电而根据外部电压预设电流。例如，这能够借助于公差带方法进行，在所述公差带方法中，对于要馈入的电流预设公差带。然后，在变流
器的输出端处，必要时也在与变流器相关联的电网扼流圈处检测所产生的电流。然后，如果所检测到的电流达到公差带的极限，则这在变流器中触发切换过程，所述切换过程引起，使得所述电流保持在公差带内。
15.此外，馈入电功率进行为，使得由变流器产生具有以电网频率旋转的馈电相位角的馈电电流。这种馈电相位角例如能够预设为在参考系统中的参考角。为此，所述参考系统能够以电网频率旋转，使得在所述参考系统中的参考角基本上是恒定的，而馈电相位角以电网频率旋转，即持续地变化。能够测量所述电网频率并且通常也能够持续地测量所述电网频率，以便必要时能够完成电网支持任务。例如，如果使用公差带方法，能够根据所述馈电相位角或根据所述馈电相位角，预设所提及的公差带。但是，也能够以不同的方式使用馈电相位角，以便例如能够以不同的方式预设要馈入的电流的正弦变化曲线。特别是由此能够将电流矢量预设为用于要馈入的电流的空间矢量。
16.为了控制馈电相位角，预设以电网频率旋转的导向角。所述导向角相对于电网相位角具有可预设的超前角，使得所述导向角与所述电网相位角滞后了所述超前角。因此预设了超前角，使得所述导向角滞后于电网相位角。
17.因此选择所述超前角，使得所述馈电器以过激励的方式进行馈电。之后借助图3示例性地阐述所提及的角度的关系。就重要性而言，对角度的描述都以发电机基准矢量系统为基础。但是，这通常不仅适用于图3。所述超前角的绝对值最大值为90
°
，但是其优选最大为40
°
。
18.这种情况能够描述为，使得电网电压通过以电网频率旋转的电压矢量来描述，而馈电电流能够借助同样以电网频率旋转的电流矢量来描述。附加地还能够描述辅助矢量，所述辅助矢量以电网频率旋转并且具有导向角。因此，所述超前角描述了在电压矢量和辅助矢量之间的角度。在理想的稳态运行中，所述电流矢量能够与所述辅助矢量相符。
19.因此，所述超前角例如能够是20
°
，而所述导向角于是持续地与所述电网相位角滞后该20
°
，或者所述辅助矢量与所述电压矢量滞后该20
°
。
20.所述馈电相位角基于所述导向角。为此，所述馈电相位角以延迟动态跟踪所述导向角。在此，延迟动态构成为，使得在稳态运行中，当所述导向角和所述电网相位角因此以电网频率一致地旋转时，在馈电相位角和导向角之间的角度差被校正为零。因此，在所述稳态运行中，所述馈电相位角与导向角相符。相应地，所述馈电相位角与所述电网相位角滞后了超前角的值。
21.因此已认识到，从电网相位角和导向角之间的差限定所述变流器的稳态工作点。因此，所述导向角简化地表示变流器的电流参考。如果所述电压、频率和/或电网相位角发生变化，则相应地调整所述导向角。
22.在瞬态运行中，所述馈电相位角以可变的偏差跟踪所述导向角。当导向角的时间导数改变时，即当所述导向角不再以固定的频率一致地旋转时，存在瞬态运行。因此，在该情况下，所述电网相位角也不再以固定的电网频率一致地旋转。这能够表示：所述电网频率发生变化，和/或这也能够表示：所述电网相位角跳变。
23.通过在瞬态运行中的这种延迟跟踪实现：在所述瞬态区域中在馈电相位角和电网相位角之间的差异首先对应于超前角。因此在此有意地利用下述情况：在该瞬态情况下在馈电相位角和电网相位角之间出现与在稳态运行中不同的角度差。视电网中的情况而定，
所述角度差能够大于或小于在稳态运行中的角度差。
24.在此已认识到，在特定的运行条件下，基于施加电流的变流器的馈电器能够显示出瞬时的、支持电网的行为。在这种情况下，这种变流器于是像施加电压的变流器一样起作用。借助所提出的方法能够利用该效应。
25.因此提出，使用所描述的现象来瞬时提供瞬时储备和/或施加电压。通过该方法实现：在过激励的运行中驱动变流器，以支持频率和/或施加电压。这种过激励的运行表示：在频率下降时和/或在负载接入时提供更多的功率。这种过激励的运行表示：将导向角设定为，使得所述馈电电流滞后于所述电网电压。相应地，因此所述导向角也滞后于电网相位角。这也能够称为，将所述导向角选择为小于电网相位角。
26.如果现在在供电网中发生负载接入，即如果突然提高功耗，则可能会出现电网电压的负相跳变。因此，所述电网相位角可能会突然变为负值。因此，所述电网相位角与当前的馈电相位角近似相反地跳变。由此，在馈电相位角和电网相位角之间的角度差减小，并且这会引起：无功功率分量减小，而有功功率分量增大，即同样突然增大。
27.因此产生瞬时的有功功率增大，这也具有与瞬态的瞬时储备类似的效果。
28.随着电网相位角跳变，所述导向角于是也跳变，因为所述导向角相对于电网相位角是确定的。所述导向角基本上也能够很容易地跳变，因为所述导向角纯计算变量。但是实际上，所述导向角也根据测量以及经由调节动态而改变。因此，特别是必须首先在测量技术上识别到所述电网相位角的所提及的跳变，并且所述导向角必须跟踪发生跳变的电网相位角。导向角动态能够被定义为下述动态，所述导向角以该动态对电网相位角的跳变做出反应，并且所述导向角动态能够具有上升时间常数(hochlaufzeitkonstante)。
29.所述上升时间常数能够如对于pt1元件那样定义，即被定义为导向角跟随电网相位角跳变到63％所需的时间。在相同地定义用于延迟动态的上升时间常数时，即馈电相位角的阶跃响应达到跳变的63％的时间，提出，所述延迟动态的上升时间常数为导向角动态的上升时间常数至少5倍，尤其是至少10倍。所述馈电角延迟地跟踪所述导向角的延迟动态因此比导向角动态显著更慢。优选地，可以忽略所述导向角动态。所述馈电相位角因此有意地延迟地跟踪导向角，使得所描述的有功功率突然增大的效应得以保持。因此，通过所描述的负载接入，在所述电网相位角和所述馈电相位角之间的角度差发生变化，这引起有利的效应，进而发生变化的角度差能够保持一段时间，或者仅以延迟的方式向回引导到之前的值。因此更好地利用了有利的效应。
30.特别是提出，所述延迟动态具有在5ms至100ms的范围内的主时间常数。特别地，所述时间常数能够在一阶延迟元件的意义上定义和/或能够定义为下述时间，在所述时间中在电网相位角的相位跳变之后，在馈电相位角和导向角之间的角度差通过延迟动态减小了63％。就此而言，主时间常数会对应于上文提出的延迟动态的上升时间常数。
31.根据一个实施形式提出，根据至少一种电网状态预设超前角的大小。
32.作为电网状态提出，考虑本地变流器渗透。所述电网部段的启动时间常数也能够作为电网状态考虑。尤其提出，本地的变流器渗透越大，和/或电网部段的启动时间常数越小，则超前角就选择得越大。关于此在下文中还将阐述。
33.根据一个实施形式提出，根据下述规则中的至少一个，即下述设定规则中的一个来设定所述超前角。
34.作为一个设定规则提出，本地的变流器渗透越大，则超前角就设定得越大。
35.已经认识到，通过高的变流器渗透降低了供电网或相关的电网部段的自稳定性，如其特别是由于直接耦合的同步发电机的物理特性而产生的，并且这能够通过设定超前角来抵消。因此，在具有较高的变流器渗透的电网部段中，不那么强烈地存在或者甚至不存在由于直接耦合的同步发电机的物理特性出现的和实现供电网的相应的稳定性的补偿作用。
36.超前角选择得越大，则在稳态运行中在电网相位角和馈电相位角之间的角度差就越大。由于在角度差与有功功率分量之间的非线性的、即正弦关系，在角度差较大时相同的角度幅度的相位跳变引起对于有功功率的更大的效应。如果所述角度差跳变，例如从30
°
跳变到25
°
，则对有功功率的影响要大于当角度差从10
°
跳变至5
°
时的影响。
37.本地的变流器渗透表示通过所有连接到所述电网部段上的变流器控制的馈电器馈入的有功功率与总计馈入到所述电网部段或本地的电网部段中的有功功率之比。
38.如果通过所有连接到所述电网部段上的变流器控制的馈电器馈入的有功功率占总计馈入到所述电网部段或本地的电网部段中的有功功率的至少50％，尤其是至少70％，则存在高的本地变流器渗透。
39.作为一个设定规则提出，电网部段的平均启动时间常数越小，则超前角就选择得越大。
40.启动时间常数表示馈电到所述供电网中的馈电器假设为了启动即起动所需的时间。启动时间常数是馈电器尤其是所使用的发电机的典型的特性。具有发电机的发电厂的启动时间常数是发电机在标称转矩下达到标称转速(或者相反，以标称转矩从标称转速减速直至零转速)所需的时间。同样地确定旋转的负载的启动时间常数。
41.因此，电网部段的平均启动时间常数是各个加权的启动时间常数的算术平均值，所述加权的启动时间常数分别根据相关的馈电器的可馈入的功率进行加权。在例如仅两个风能设施的情况下，其中1mw的风能设施的第一启动时间常数为2秒而2mw的风能设施的第二启动时间常数为4秒，因此从加权的时间常数中产生总的时间常数t
ges
：
42.t
ges
＝2s*1mw/(1mw+2mw)+4s*2mw/(1mw+2mw)＝(2/3+8/3)s＝10/3s＝3.33s
43.已经认识到，变流器控制的馈电器是非常快的单元，所述单元相对快地上升。由于经由变流器的去耦合，所述单元在上述定义的意义上不具有有效的启动时间常数。因此能够以理想化的方式将所述单元的启动时间常数假定为0，至少所述启动时间常数是非常小的。
44.因此，小的平均启动时间常数也是在相应的电网部段中存在大比例的变流器控制的馈电器的指示。因此，在平均上升时间常数小的情况下，直接耦合的同步发电机或多个同步发电机的影响小到使得这种支持效果能够通过变流器控制的馈电器至少部分地承担并且相对应，以便能够实现这，平均启动时间常数越小，则超前角就选择得越大。其中，在此也将超前角选择为，使得所述导向角滞后于电网相位角。
45.优选提出，仅当平均启动时间常数低于平均启动时间常数的预先确定的极限值时，才根据平均启动时间常数来选择超前角，即时间常数越小，超前角就越大。预先确定的极限值优选位于0.5
‑
4s的范围内。已经认识到，仅在低于这些值时，直接耦合的同步发电机的主导性才大幅降低，使得需要借助选择超前角来抵消减小的支持效果。
46.此外已经认识到，所述电网部段的启动时间常数能够是变流器渗透的量度，其中
启动时间常数越小，则所述变流器渗透就越大。换言之，所述电网部段越快，变流器控制的馈电器的份额就越大。
47.作为一个设定规则提出，如果所述电网部段形成输出区或输入区，则超前角被设定为，比当电网部段不形成输出区或输入区时高至少一度。
48.当比所连接的耗电器提取的有功功率更多的有功功率被馈入电网部段中时，所述电网部段形成输出区。因此，多余的有功功率输出到供电网的其余部分中，尤其是输出到相邻的电网部段中。
49.但是，仅当馈入到相关的电网部段中的有功功率与被所连接的耗电器提取的有功功率之比超过预先确定的极限值，尤其是大于1.1时，才存在输出区。因此，输出的功率的份额必须是明显的。
50.对于所述电网部段形成输出区的情况，特别是已经认识到，在这种情况下通过较高的超前角提供潜在的支持功率是有利的，以便在断开所述电网部段的情况下对附加的功率做出反应，所述附加的功率由于突然不再有更多的可输出的功率而应较少地产生。
51.特别是在电网部段与供电网的其余部分因故障断开的情况下，能够引起电网相位角的正跳变，即在电网相位角的旋转方向上的正跳变。
52.然后在馈电相位角和电网相位角之间产生变大的角度，该变大的角度也能够称为反应相位角。在此，所述反应相位角描述了在馈入的电流与电网电压之间的角度。因此，所述反应相位角确定了在有功电流和无功电流或有功功率和无功功率之间的分配。所述功率因数cos(φ)与此有关。因此重要的也是，所述变流器以施加电流的方式工作。
53.因此，较大的反应角引起无功功率分量的增加和有功功率分量的减少。通过延迟动态，该效应在通过选择延迟动态所产生的时间内得以保持。
54.因此，如果发生正的相位跳变，则对超前角的选择引起所馈入的有功功率的瞬时减小。这也称为负的支持功率。
55.即如果发生电网部段与供电网的其余部分断开，尤其是与至少一个相邻的电网部段断开，当所考虑的电网部段形成输出区时，则这引起立即的功率过剩。此外，这可能会引起电网相位角的正的相位跳变。所述变流器在如下情况下对此做出反应：设定了滞后的超前角，其中反应角增大和由此所馈入的功率降低。因此，多余的功率会通过施加电流的变流器瞬时降低。
56.因此，对于电网部段形成输出区的情况，已经认识到，在特定情况下，特别是也在本地的变流器渗透高的情况下有意义的是，将超前角选择得略微比在所考虑的电网部段不形成输入区时的超前角大。
57.如果比被所连接的耗电器提取的有功功率更少的有功功率被馈入到电网部段中，则所述电网部段形成输入区。因此，由供电网的其余部分，尤其是从相邻的电网部段获得、即输入附加的有功功率。但是，仅当馈入到相关的电网部段中的有功功率与被所连接的耗电器提取的有功功率之比低于预先确定的极限值，尤其是小于0.9时，才存在输入区。因此，输入的功率的份额必须明显。
58.因此，滞后于电网相位角的导向角引起下述效应。如果发生电网部段的断开，则可能会再次引起电网相位角的负跳变，所述负跳变在该情况下引起在电网相位角和导向角之间的角度在数值方面减小，即引起反应角的减小。因此，无功功率分量减小，而有功功率分
量增大。因此，由于断开而突然产生的功率需求能够瞬时至少部分地被满足。这也称为正的支持功率。
59.作为一个设定规定，根据电网频率设定所述超前角。已经认识到，支持运行就其数量而言根据电网频率来设定。在此也要考虑，支持运行始终被激活，但是所述超前角根据电网频率来选择，即是能够变化的。但是，还考虑的是，首先实际上决定：是否激活支持运行，并且然后在第二逻辑步骤中根据电网频率来设定所述超前角。
60.在此特别是基于下述构思：与当电网频率大幅偏离标称频率时相比，所述供电网在标称频率附近更稳定地运行。这能够通过选择超前角的大小来解决。
61.尤其提出，电网频率高于标称电网频率或高于第一上限电网频率越多，则超前角在数值方面选择得越大，所述第一上限电网频率表示在标称电网频率附近的不敏感范围的高的频率值。
62.所述电网频率越高，因此所述超前角就选择得越大。但是在此能够提出，在不敏感的范围内，所述超前角获得零值或者至少不被改变，但是随着频率升高，一旦所述频率离开即超出不敏感范围，则提高所述超前角。
63.也在此考虑了下述情况：在负载下降时，高的频率会引起更高的频率，进而这种跳变应通过所提出的方法来抵消。
64.因此，作为一个设定规则提出，所述电网频率高于预先确定的上限频率值越多，就将超前角选择得越大。
65.就此而言，所述电网频率和所述电网频率的变化是电网的其它状态。所述状态能够提供关于当前电网行为的结论，所述馈电器能够通过选择超前角适应当前的电网行为。提出：与此相关地设定超前角的大小，即具体值。
66.已经考虑到，较高的电网频率能够是在电网中的功率不平衡的指示，所述功率不平衡通常通过有功功率调整来消除。为此已经认识到，虽然超前角的改变是有功功率减小，但是由此能够实现用于支持的瞬时有功功率反应。
67.作为一个设定规则提出，电网频率低于预先确定的下限频率值越多，就将超前角选择得越大。
68.因此提出，电网频率低于标称电网频率或低于下限频率值越多，就将超前角在数值方面选择得越大，所述下限频率值表示在标称电网频率附近的不敏感范围的低频率值。
69.已经描述了通过选择过激励运行来进行正支持。已经认识到，也自低于标称电网频率的特定的频率偏差开始和/或自降低的频率的频率梯度的可预设的梯度极限绝对值起，能够有利地通过过激励运行来激活支持。在此附加地已认识到，产生协同效应，根据该协同效应能够通过所提出的措施至少部分地补偿由于较慢地运转的发电机而引起的电压支持不足。
70.例如，可能会发生发电厂断电，也可能会发生其它线路断电，使得产生功率不足。作为结果，所述频率降低。因此在此也提出，将超前角选择为，使得所述导向角滞后于电网相位角。由于降低的频率，初始滞后的导向角赶上电网相位角，使得所馈入的功率的无功功率分量下降而有功功率分量上升。
71.作为一个设定规则提出，一旦电网频率的变化在数值方面高于预先确定的频率变化上限，则电网频率的变化越大，超前角就选择得越大。也在此已经认识到，通过适宜地选
择超前角，能够通过有功功率维持瞬时的支持电位，需要瞬时的支持电位越必要，频率越快地变化，即频率变化越大。
72.作为一个设定规则提出，一旦电网灵敏度高于灵敏度极限值，电网灵敏度越大，所述超前角选择得越大。
73.在此，电网灵敏度是电网变量尤其是电网频率或电网电压的变化(作为对作用到电网上的变量尤其是馈入到电网中的有功功率或无功功率的变化的反应)相对于作用到电网上的变量的变化的比率。
74.电网敏感性因此说明电网反应的敏感程度。为此也已经认识到，电网越灵敏，则能够将所述超前角选择得越大，进而由此就维持更多的瞬时支持功率。高的电网灵敏度不是对干扰的指示，但是电网灵敏度越高，就会更容易发生干扰。
75.尤其，所述电网灵敏度ns能够经由下述公式定义：
76.ns＝δp/δu
77.在此，δp表示所馈入的有功功率即所馈入的电场功率的变化，而δu表示所产生的电网电压u的变化。
78.替选地，能够经由下述公式定义电网灵敏度ns：
79.ns＝δq/δf
80.在此，δq表示所馈入的无功功率即所馈入的电场功率的变化，而δf表示所产生的电网频率f的变化。
81.在这两种定义中，所述差在非常短的时间段内形成，尤其在一秒钟或更短的范围内形成。有利地，在公式中，代替所述差的商，也能够使用相应的导数来实现相应的公式。
82.作为一个设定规则提出，根据短路电流比选择所述超前角的大小，尤其在数值方面在1
°
至30
°
的范围内，尤其短路电流比越低，则将所述超前角选择得越大。根据也简称为scr的短路电流比的大小能够设定角度的大小。通过角度的大小能够确定绝对反应，馈电器以该绝对反应对电网变化做出反应。scr越小，在角度变化时所馈入的功率就必须越多，进而提出，scr越小，所述超前角在数值方面选择得越大。
83.将大型发电厂连接到供电网上时的一个重要标准是短路电流比，所述短路电流比在德语语言惯用语中在专业圈中也称为“short circuit ratio”，缩写为“scr”或“scr”。所述短路电流比是短路功率与连接功率之比。在此，将短路功率理解为下述功率，当在该处发生短路时，相关的供电网在所考虑的电网联接点处能够提供该功率，发电厂应连接在所述电网联接点处。连接功率是要连接的发电厂的连接功率，即尤其是要连接的发电机的标称功率。
84.作为一个设定规则提出，根据其它馈电器或其它控制系统的在供电网中实现的至少一个另外的系统服务，尤其根据构成为频率相关的功率控制的至少一个系统服务选择所述超前角的大小，尤其在数值方面在1
°
至30
°
的范围内。在此特别是基于下述构思：由此通过对超前角的这种相关选择，本馈电器适配于系统行为。通过也能够称为支持功能的系统服务，供电网不同地表现，进而能够考虑供电网。
85.根据一个设计方案提出，在变流器输出端上预设导向角，并且在变流器输出端上的馈电电流具有馈电相位角。此外为此提出，在电网联接点处存在无功功率相位角，所述无功功率相位角形成在电网联接点处馈入的电流与在电网联接点处的电网电压之间的相位
角。关于这两个前提条件提出：所述超前角相对于所述无功功率相位角预设有偏差值。
86.因此，馈电电流在变流器输出端和电网联接点之间相对于所属的电压经历相移，或者所述电压在该处经历相移，所述相移作用为在所馈入的电流和电压之间的相移。由此，所述无功功率分量发生变化。因此特别是，在变流器输出端处的无功功率分量与在电网联接点处的无功功率分量不同。特别是，能够在电网联接点处提供无功功率相位角，以便在该处馈入期望的无功功率。但是，在变流器输出端处选择不同的角度，即特别是不同的超前角。因此，所述超前角不是为了馈入在电网联接点处所需的无功功率而选择的，而是为了上述支持效应的目的而选择的。
87.特别是提出，在变流器输出端处的超前角和在电网联接点处的无功功率相位角预设有不同的值，使得产生在超前角和无功功率相位角之间的角度差。为此提出，在变流器输出端与电网联接点之间设定和/或接入至少一个电压控制机构，使得产生在变流器输出端与电网联接点之间的角度差。
88.特别是，将移相器，特别是通过电容器组考虑为电压控制机构。但是，也能够提供分级变压器。这种电容器组在其电容方面是可控的。一种可能性在于，这通过相应地改变在电容器组内的互连来实现，或者简单地通过接入或关断电容器组的电容器的一部分来实现。当然，也能够设有多个独立的电容器或电容器组，但是所述电容器或电容器组于是类似像可变的电容器组那样起作用。
89.根据一个实施形式提出，设有至少一个电压控制机构，以便改变在电网联接点处的电网电压。为此提出，至少一个电压控制机构控制所述电网电压，使得至少部分地调节或校正在电网联接点处的电网电压与可预设的期望电压的电压偏差，这通过在超前角和无功功率相位角之间的偏差引起。
90.通过预设所述超前角产生在馈电电流和电网电压之间的相位差。这可能会引起馈入无功功率，这又会引起在电网联接点上的电网电压的变化。但是，所述超前角并不预设为，使得维持在电网联接点处可预设的期望电压，而是将所述超前角预设为，使得上述效应形成为对电压变化尤其是电压跳变的反应。因此，对超前角的预设引起在电网联接点处的电网电压，所述电网电压不对应于可预设的期望电压。因此在电网联接点处的电网电压与可预设的期望电压之间产生相应的电压偏差。
91.所述偏差能够通过改变超前角来校正或调节。但是，所述超前角不应被改变。因此代替于此提出，通过所述电压控制机构来控制所述电网电压，使得至少部分地调节或校正所提及的电压偏差。为此，例如能够在变流器控制的馈电器和电网联接点之间设有电容器组。由此能够抵消所提及的控制偏差。
92.但是，这种电压控制机构不必设置在变流器控制的馈电器和电网联接点之间。例如也考虑：通过设置在相关的电网部段中的分级变压器来控制在电网联接点处的电网电压，即从变流器控制的馈电器的角度看分级变压器设置在电网联接点下游。
93.由此能够实现，能够有针对性地设定所述超前角，以实现上述效应，但是能够以其它方式调节或校正产生的电压偏差。
94.根据一个实施形式提出，根据所述超前角来设定所述电压控制机构。因此，也能够直接解决因所述超前角引起的电压偏差。如何设定所述电压控制机构的值能够是预先确定的并且例如能够根据当前的超前角以可固定地预设的方式设定。在这种情况下，会出现开
环控制，所述开环控制也能够调节所述电网电压的电压偏差。
95.但是替选地，也能够使用带有相应的反馈的闭环控制，其中例如在电网联接点处的电网电压与可预设的期望电压之间进行期望值
‑
实际值比较，并且根据此来控制所述电压控制机构。
96.当然，也能够设有多个电压控制机构，所述电压控制机构在此由于其功能上的任务即使在结构上断开的情况下也能够组合成一个电压控制机构。
97.不必完全校正所述电压偏差。由此例如能够避免下述情况，其中在两个变流器控制的馈电器的两个电网联接点处仅存在小的电压偏差的情况下，这两个示例性提及的馈电器的电压调节分别相反地工作，以便能够精确地校正电压。
98.根据一个实施形式提出，至少一个电压控制机构是从如下列表中的至少一个机构，所述列表具有带有可设定的电容值的电容器组、分级变压器和扼流圈。因此，所述电压控制机构尤其能够是具有可设定的电容值的电容器组。附加地或替选地，电压控制机构能够是分级变压器，并且此外或替选地，所述电压控制机构能够是扼流圈。
99.通过电容器组能够实现交流电压信号的相移。由于电容值的可设定性，因此也能够使所述相移可设定。因此，由于在电网联接点处引起在所馈入的电流与电网电压之间的角度的相移，能够设定无功电流，进而能够实现电压影响。
100.分级变压器能够设置在变流器控制的馈电器与电网联接点之间，或者设置在电网联接点与供电网中的另一部段之间。特别是在第二种情况下，所述分级变压器能够直接改变在所述分级变压器所连接于其中的电网部段中的电压。
101.通过扼流圈同样能够执行相移，并且在可设定的扼流圈中也能够设定相移。这种扼流圈尤其设置在变流器控制的馈电器和电网联接点之间，以便在该处引起相移，这又在电网联接点处起作用。
102.根据一个实施形式提出，所述延迟动态具有主时间常数，并且所述主时间常数在10ms至100ms的范围内选择。在一阶延迟函数中因此会是唯一时间常数的这种主时间常数基本上确定了动态或速度，所述馈电相位角以该动态或速度跟踪所述导向角。所述主时间常数也能够称为最大的时间常数。在瞬态运行中例如能够出现电网相位角的唯一的相位跳变，使得也相应地产生导向角的相位跳变。因此，能够再次正常地继续运行，其方式为：所述相位角与所述导向角再次与电网频率同步地旋转。然后因此再次出现稳态运行。
103.因为在稳态运行中将在馈电相位角和导向角之间的角度差校正为零，因此所述导向动态以及主时间常数描述了在所提及的相位跳变情况下馈电相位角如何以及多快地跟踪相应跳变的导向角。因此，在所提及的相位角跳变的情况下产生在馈电相位角和导向角之间的角度差的跳变。因此，能够通过该角度差对所提及的相位跳变的表现来表示或描述所述导向动态。因此，所述角度差的变化曲线在闭环控制的意义上形成阶跃响应。所述时间常数，特别是主时间常数描述了所述阶跃响应的动态。
104.尤其提出，将所述延迟动态构成为一阶或二阶延迟函数。因此，在一阶延迟函数的情况下，所述主时间常数表示在跳变之后所述角度差再次减小63％的时间。以相同或类似的方式也能够定义二阶延迟函数的主时间常数。尤其提出，所述二阶延迟函数选择为，使得其不具有超调。因此，阶跃响应渐近地接近所述最终值。
105.因此，借助这种延迟动态能够实现，在稳态运行中，在短的校正时间之后，所述馈
电相位角对应于所述导向角。然后，所述超前角描述了在馈电相位角和电网相位角之间的角度差。如果在电网中出现相位跳变，则所述导向角也会立即跳变，但是馈电相位角不会跳变。因此，对于通过主时间常数预设的时刻，在馈电相位角和电网相位角之间产生完全不同的角度。这引起已经描述的效应。
106.一阶延迟函数的特征特别是在于，所述一阶延迟函数本身是无振荡的，进而良好地适合作为用于跟踪的动态。其阶跃响应渐近地接近最终值。
107.二阶延迟函数能够设定为无振荡的或至少少振荡的。此外，所述二阶延迟函数具有下述优点：其在初始时不立即上升或下降，进而首先将角度差基本上保持为在相位跳变之后形成的值上。但是，于是借助二阶延迟函数，所述角度差能够渐近地被带到零值。在一阶延迟函数的情况下，角度差也能够渐近地被带到其新值，即零值。
108.根据一个设计方案提出，提供下述运行作为支持运行，在所述运行中所述馈电相位角以延迟动态跟踪所述导向角，并且根据电网频率和/或电网相位角来激活所述支持运行。在此特别是认识到，根据频率能够存在供电网的稳定的或不那么稳定的状态。此外，已经认识到，通过根据电网频率延迟跟踪所述馈电相位角，所提出的电网支持的类型能够发挥不同的作用，或者根据电网频率会出现不同的临界情况，对于所述临界情况，所提出的支持运行将会是有意义的。
109.尤其，如果所述电网频率高于可预设的触发频率，所述电网频率以高于可预设的触发梯度的频率梯度升高，和/或所述电网频率以下述值跳变，所述值高于可预设的频率跳变极限，则激活所述支持运行。
110.在高电网频率的情况下，所述电网频率会因负载突然消失而变得更高。因此，能够预防性地激活所述支持运行。
111.如果电网频率以高频率梯度上升，则同样存在如下危险：因负载消失而达到更高的频率。为此预防起见也可以激活支持运行，因为在闭环控制技术上可行的是，能够比电网频率变化更快地设定导向角和馈电相位角。是否电网频率高于可预设的触发频率或者电网频率以高于可预设的触发梯度的频率梯度上升的标准也能够组合，即其方式为：当符合两个标准之一时，才激活支持运行。如果符合两个标准，那么支持运行同样被激活或保持激活。
112.优选地，如果电网相位跳变，则激活所述支持运行，然后同样可能存在临界情况，其中例如由于负载消失，所述电网相位又会进一步跳变。为了能够防止这种情况，能够激活支持运行。在此，根据下述标准考虑附加地或替选地激活支持运行：所述电网相位是否以大于可预设的相位跳变水平的值跳变。如果满足标准中的至少一个，则能够进行激活。
113.根据本发明还提出一种馈电器，尤其是风能系统，以用于在电网联接点处将电功率馈入供电网中，其中
114.‑
所述电网联接点设置在供电网的电网部段处，并且所述电功率经由所述电网联接点馈入到电网部段中，
115.‑
所述供电网具有电网电压，所述电网电压具有电网频率和以电网频率旋转的电网相位角，并且所述电网电压通过电网频率来表征，
116.‑
所述馈电器具有至少一个变流器，
117.‑
所述变流器具有用于将输出电流输出的变流器输出端，和
118.‑
所述变流器以施加电流的方式工作，其中
119.‑
设有控制装置，所述控制装置配置为控制所述馈电，使得
120.‑
由所述变流器产生馈电电流，所述馈电电流具有以所述电网频率旋转的馈电相位角，
121.‑
为了控制所述馈电相位角，预设以电网频率旋转的导向角，其中所述导向角相对于电网相位角具有可预设的超前角，使得所述导向角与电网相位角滞后了所述超前角，和
122.‑
所述馈电相位角以延迟动态跟踪所述导向角，其中
123.‑
所述延迟动态构成为，使得
124.‑
在稳态运行中，当所述导向角和所述电网相位角类似地以电网频率旋转时，在所述馈电相位角和所述导向角之间的角度差校正为零，和
125.‑
在瞬态运行中，当所述导向角的时间导数发生变化时，所述馈电相位角以可变的偏差跟踪所述导向角。
126.特别是，这种馈电器，尤其是风能系统，即风能设施或风电场，配置为，以如上文根据用于馈电的方法的实施形式已阐述的方式工作。尤其，所述控制装置设置为用于，相应地控制所述馈电器。尤其，所述变流器相应地被控制。所述变流器能够构成为变频器或频率逆变器。
127.因此，能够实现下述优点：所述优点在上文中结合根据至少一个实施形式的方法已进行阐述。特别是，能够实现的是，风能系统，即风能设施或风电场，以有利的方式继续支持所述供电网，即尤其是也在相位跳变的情况下能够提供准瞬时反应，这起到支持电网和/或稳定电网的作用。
附图说明
128.下面示例性地参考附图详细阐述本发明。
129.图1示出风能设施的立体图。
130.图2示出风电场的示意图。
131.图3图解示出在复数矢量图中的相关角度。
132.具体实施形式
133.图1示出根据本发明的风能设施的示意图。所述风能设施100具有塔102和在塔102上的吊舱104。在吊舱104上设有带有三个转子叶片108和整流罩110的空气动力学转子106。所述空气动力学转子106在风能设施运行中通过风而置于转动运动中，进而也使发电机的电动转子或旋转件转动，所述电动转子或旋转件直接或间接地与空气动力学转子106联接。所述发电机设置在吊舱104中并且产生电能。所述转子叶片108的桨距角能够通过相应的转子叶片108的转子叶片根部109处的桨距马达来改变。
134.在此，所述风能设施100具有标示在吊舱104中的发电机101。借助于发电机101能够产生电功率。为了馈入电功率能够设有馈电单元105，所述馈电单元特别是能够构成为逆变器。由此能够根据幅度、频率和相位产生三相的馈电电流和/或三相的馈电电压，以用于在电网联接点pcc处馈电。这能够直接进行，或者也能够与风电场中的其它风能设施一起进行。为了控制所述风能设施100以及还有馈电单元105，设有设施控制装置103。所述设施控制装置103也能够从外部，尤其从中央风电场计算机获得预设值。
135.图2示出具有例如三个风能设施100的风电场112，所述风能设施能够是相同的或不同的。因此，三个风能设施100基本上代表风电场112的任意数量的风能设施。所述风能设施100经由风电场电网114提供其功率，即尤其是所产生的电流。在此，将各个风能设施100的分别产生的电流或功率相加，并且通常设有变压器116，所述变压器将风电场中的电压升压转换，以便然后将其在通常也称为pcc的馈入点118处馈入供电网120中。图2仅是风电场112的简化视图，其例如没有示出控制装置，尽管当然存在所述控制装置。例如，风电场电网114能够不同地设计，其方式为：例如也在每个风能设施100的输出端处存在变压器，仅称为另一实施例。
136.所述风电场112还具有中央风电场计算机122。所述中央风电场计算机能够经由数据线124或者以无线的方式与风能设施100连接，以便经由此与风能设施交换数据，并且尤其获得来自风能设施100的测量值，并且将控制值传输给所述风能设施100。
137.图3以复数矢量图示出电压矢量u、电流矢量i和辅助矢量i
f
。这三个矢量分别表示交流电压或交流电流的瞬时值。这三个矢量基本上以电网频率旋转。在此，所述电压矢量的瞬时角位置通过电网相位角表示。所述电压、尤其是电网电压因此以该矢量进而以电网相位角旋转。通过旋转箭头302象征性地标示向右旋转。
138.所述辅助矢量i
f
在其相对于电压矢量u的角方位的方面被确定。在此，辅助矢量i
f
与所述电压矢量u滞后了所述超前角
139.在任何情况下，所述辅助矢量i
f
均以导向角旋转。因此，能够从当前的电网相位角减去超前角来计算相应当前的导向角
140.要馈入的电流，即馈电电流能够通过电流矢量i预设或表示。所述电流矢量i通过馈电相位角来表征。所述电流矢量i同样以电网频率旋转，使得其馈电相位角也相应地旋转。在理想的稳态情况下，所述电流矢量i和所述辅助矢量i
f
彼此叠置，即是相同的。在瞬态情况下，如果尚未达到理想的稳态情况，则电流矢量i跟踪辅助矢量i
f
。这也能够同义地称为相适应的，因为所述跟踪不必与根据旋转箭头302的旋转方向相关。
141.但是，在所示出的图3的变型方案中是这种情况，因为所述电流矢量也沿旋转箭头302的方向跟踪所述辅助矢量i
f
。产生角度差所述角度差应朝向零校正，以达到稳态状态。
142.因此产生反应角作为角度差和超前角的和。所述反应角在稳态状态下对应于所述超前角但是在对相位跳变做出反应的情况下，所述反应角偏离所述超前角即偏离了所述角度差就此而言，所述反应角表示对相位跳变的反应，只要尚未完全校正所述角度差。
143.因此，图3图解示出瞬时情况，其中所述角度差还没有被完全校正为零，所述电流矢量i因此尚未完全对应于所述辅助矢量i
f
。虽然在图3中的情况仅在所述一个象限中示出，但是所述电流矢量连续地继续旋转。仅所述超前角是恒定的，并且所述角度差仅少量变化，即具有延迟动态，所述角度差以所述延迟动态校正到逼近零或者所述电流矢量i以所述延迟动态跟踪所述辅助矢量i
f
。相应地，馈电相位角也持续地跟踪所述导向角因为两个电流矢量进而两个角度持续地旋转。但是，所述跟踪进行为，使得所述角度差
被校正为零。但是，在图3中绘出的时间点尚未达到所述理想的稳态状态。
144.在图3中用虚线图解示出相位跳变及其作用。在此首先假定：所述电网电压的相位发生跳变，使得因此所述电网相位角发生跳变。然后，所述结果发生改变、即跳变的电压矢量u’，因此相对于其产生跳变的电网相位角
145.所述超前角不发生改变，但是现在被应用到新的电压矢量，即改变后的电压矢量u’上，进而被应用到改变后的电网相位角上。相应地，产生跳变的或已改变的导向角进而产生了相应的跳变的或改变的辅助矢量i
f’。所述辅助矢量进而还有所述导向角能够基本上立即进而无延迟地跟随这种变化的情况，因为其基本上仅是计算变量。至少出于图解说明的目的，能够忽略可能发生的并且在上文中已阐述的可能的动态。
146.然而，所述电流矢量i表示实际馈入的电流。虽然即使在没有显著延迟的情况下在相位跳变之后的新情况下也能够跟踪所述电流矢量，因为所述电流矢量通过变流器，即变频器或频率逆变器产生，但是在此有意不立即跟踪所述电流矢量。代替于此，所述电流矢量i进而所述馈电相位角以延迟动态跟踪所述变化的辅助矢量i
f'
或所述变化的导向角因此，直接在跳变之后，所述馈电电流的馈电情况基本上保持不变。因此，在此通过电流矢量i表征的馈电电流以与以前相同的正弦函数继续馈电，而不会出现相位跳变。因此，所述电流矢量i以电网频率继续旋转。所述电流矢量i仅逐渐地与改变后的辅助矢量i
f’相适应。
147.现在出现下述效应。由于所述馈电电流进而典型地所述电流矢量i不立即与电网电压的相位跳变相适应，所以出现相对大的反应角在任何情况下在所示出的示例中其都会增大。在相反的跳变方向上其将会减小。
148.基于在图3中所示出的情况，所述反应角因此增大为改变后的反应角因此，所馈入的电流相对于电网电压具有比之前更大的相移。这引起：所馈入的有功功率减小，而所馈入的无功功率增大。因此，所述相位跳变引起无功功率的瞬时提高，这引起增大的电压支持。此外，所述相位跳变引起有功功率的减小，这同样具有支持作用，因为图解示出的相位跳变会因负载消失而产生。如果负载消失，则所接收到的有功功率因此减少，并且所述变流器控制的馈电器根据在图3中所示出的情况借助减少所馈入的有功功率瞬时对此做出反应。
149.因此，本发明涉及用于风能设施和其它功率电子耦合的馈电器的开环和闭环控制策略，以便在电网并联运行中提供施加电压的特性。
150.特别是能够实现在互连电网中基于变流器的发电份额的增加。尽可能要提出一种用于电网的闭环控制设计方案的研发方案，其有时几乎完全通过变流器控制的馈电来驱动，尽可能不牺牲系统安全性。
151.已经认识到，常规的发电厂，即具有直接耦合的同步电机的发电厂，在物理上具有施加电压的特性。因为大多数可再生馈电器都不具有直接耦合的同步电机，或者从其它角度来看使用不是有意义的，因为所述物理特性在将来不可用。
152.借助所提出的构思能够在互连电网中运行时进一步减少施加电压的系统所需的份额，或者在理想情况下也许甚至能够带到零。
153.已经认识到，纯施加电压的馈电器在性能方面与施加电流的系统相比必须超规格。已经认识到，需要超规格约50％，以便能够允许30
°
的相位跳变。
154.借助在此示出的构思能够避免这种情况，至少部分地避免。
155.还已经认识到，研发用于纯施加电压的馈电器的闭环控制需要资源。所述闭环控制设计方案与目前典型的变流器控制的馈电器极其不同。同样能够借助该构思避免这种情况。
156.在任何情况下，所提出的解决方案在特定的情况下都实现了施加电压的效应，但是在其余方面没有以施加电压的方式进行设计。因此，能够在其余方面继续使用常见的闭环控制设计方案。
157.还认识到和利用了下述方面：
158.因为变流器能够非常快速地在工作点处改变，即使在电网中频率改变的时间常数内，例如能够自特定的欠频率起强制激活过激励运行模式，并且在过频率下同样能够强制激活过激励运行模式。
159.也能够称为过激励的驱动方式的过激励运行模式描述了一种运行模式，其中所述导向角滞后于所述电网相位角。由此，在接入负载、频率骤降或相位跳变的情况下将正的支持功率馈入电网中。
160.如果这种运行由于电压和无功功率限制而是不可行的，那么变流器系统也能够与无源器件组合地工作，例如扼流圈和/或分级变压器与过激励的驱动模式组合地工作。由此例如所述变流器系统能够在过激励运行中运行，而不会引起不允许的电压带违反(spannungsbandverletzungen)。已经认识到，由于过激励运行，当因此以过激励的方式驱动时，能够使用补充的辅助机构，以便能够进行电压调节，尤其是以便将电压保持在预设的带内。这能够通过分级变压器来实现，所述分级变压器于是形成这种辅助机构。
161.即使在频率漂移，尤其是频率快速漂移的情况下，也能够通过快速检测自特定的频率偏差起，使所述风能设施的电流的相位角“超过”电压角，以便能够提供特性。频率朝向更小频率的漂移，尤其是快速漂移能够称为以过激励的方式馈入馈电功率的状态。
162.在此利用该功能并且能够将其称为闭环控制。