(57)【要約】  本発明は、電力供給ネットワーク（２）に給電するために風から電気エネルギーを生成する少なくとも１つの風力発電設備を制御する方法に関し、風力発電設備は、ブレード角度に関して調整可能なロータブレードを有する空力ロータ（１８）を有し、ロータ（１８）は可変のロータ回転速度で動作することができ、風力発電設備は、発電機電力を発生させるために空力ロータ（１８）に連結された発電機を有し、風力発電設備は、利用可能な風力を定格電力まで電力供給ネットワーク（２）に供給する通常モードで運転され、利用可能な風力は、風および風力発電設備の技術的限界に応じて、風から得られ、電力供給ネットワーク（２）に供給され得る電力を示し、風力発電設備は、同じ電気供給ネットワーク（２）に供給される少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードに切り替わる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給ネットワーク（２）に給電するために風から電気エネルギーを生成する少なくとも１つの風力発電設備を制御する方法であって、
前記風力発電設備（７）は、それらのブレード角度に関して調整可能なロータブレードを有する空力ロータ（１８）を有し、
前記ロータ（１８）は、可変のロータ回転速度で動作され、
前記風力発電設備（７）は、発電機電力を発生させるために空力ロータ（１８）に連結された発電機を有し、
前記風力発電設備（７）は、利用可能な風力を定格電力まで電力供給ネットワーク（２）に供給する通常モードで運転され、利用可能な風力は、風および風力発電設備の技術的限界に応じて、風から得られ、前記電力供給ネットワーク（２）に供給され得る電力を示し、
前記風力発電設備（７）は、同じ前記電気供給ネットワーク（２）に供給される少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、通常モードからサポートモードに切り替える、
方法。
【請求項２】
前記風力発電設備（７）は、通常モードよりもサポートモードにおいて、より多くの一時予備力を提供する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一次予備力電力ＰＭは、前記電力供給ネットワーク（２）において検出されるネットワーク周波数ｆの周波数ｄｆ／ｄｔの変化に応じて、前記電力供給ネットワーク（２）に供給され、一次予備力電力ＰＭの周波数ｄｆ／ｄｔの変化への異なる依存性は、周波数ｄｆ／ｄｔに同じ変化があった場合に、周波数ｄｆ／ｄｔの同じ変化の場合に、サポートモードにおける一時予備力電力ＰＭの大きさは、通常モードよりも大きく、特に、一時予備力電力ＰＭは、式ＰＭ＝ｋ＊ｄｆ／ｄｔを用いて計算され、ｋは、依存係数であり、大きさに関しては、サポートモードでは、通常モードよりも大きくなるように、前記通常モードと前記サポートモードとの間で供給される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電力供給ネットワーク（２）をサポートする目的のために、サポート電力、特に、一次予備力電力が提供され、サポート電力は、前記電力供給ネットワーク（２）に給電する目的で呼び出され、またはサポート電力は、ネットワーク挙動に応じて給電され、少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、前記通常モードよりも前記サポートモードにおいて高いサポート電力を提供する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記サポートモードでは、前記風力発電設備（７）は、前記通常モードよりも、少なくとも一時的に少ない電力を前記電力供給ネットワーク（２）に給電し、または、このように、増加した一次予備力を提供するために、前記電力供給ネットワーク（２）から電力を引き出す、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記風力発電設備（７）の前記サポートモードは、以下を含むリストから選択される少なくとも１つの運転モードを備えている、
−前記風力発電装置（７）のロータ（１８）が、電力を発生させることなく、風によって駆動されることによって回転するアイドリング運転モード、
−電力が供給されない、あるいはほとんど電力が供給されない、前記風力発電装置（７）の前記ロータ（１８）が、高回転速度で回転する高回転速度動作モード、
−電力供給なしで回転速度が最大回転速度まで増加するゼロ電力動作モード、
−前記風力発電設備（７）の前記ロータ（１８）が電力供給ネットワーク（２）からの電力（ＰＰＶ）によって駆動される電動動作モードを含み、その電力は、ソーラー発電設備による電力供給ネットワーク（２）へ瞬間的に供給される太陽光発電を超えない、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
−前記サポートモードへの切り替えは、一般的な風速に依存し、加えてまたはその代わりに、
−前記サポートモードの少なくとも１つの特性は、一般的な風速に依存する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
−前記サポートモードへの切り替え、加えてまたはその代わりに、
−前記サポートモードの少なくとも１つの特性、
は、前記電力供給ネットワーク（２）の少なくとも１つのネットワーク状態に依存し、または、以下を含むリストから選択される前記ネットワーク状態を表す変数に依存する、
−ネットワーク周波数、
−ネットワーク周波数の変化、
−ネットワーク周波数の変化の勾配、
−ネットワーク電圧、
−ネットワーク電圧の変化、
−ネットワーク状態を示す外部ネットワーク状態信号、
−周波数変換器によって前記電力供給ネットワーク（２）に供給される電力と、前記電力供給ネットワーク（２）に供給される総電力との比を特定する周波数変換器比率、および
−一次予備力を要求するネットワークオペレータによって送信されるリクエスト信号、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記風力発電設備（７）は、以下の場合に、サポートモードに切り替わり、その回転速度が通常モードと比較して増加する、
−少なくとも１つの前記太陽光発電設備が、その定格出力の少なくとも特定可能な最小比率、特に、その定格出力の５０％を、前記電力供給ネットワーク（２）に供給する場合、
−一次予備力の要件が検出された場合、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、通常モードと比較して増加したロータ回転速度で、前記サポートモードで恒久的に運転され、
−少なくとも１つの前記太陽光発電設備は、その定格出力の少なくとも特定可能な最小比率、特に、その定格出力の少なくとも５０％を前記電力供給ネットワーク（２）に供給し、
−前記卓越風は非常に弱いので、少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、その定格出力の最大で所定の最大割合、特に、その定格出力の最大５０％を、前記電力供給ネットワーク（２）に供給する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
相対的な一次予備力の要求が検出され、この相対的な一次予備力は、基準電力に関して追加で供給可能な電力を識別し、
太陽光一次予備力は、検出された相対的な一次予備力の要件と前記太陽光発電設備を識別する太陽光基準電力とに基づいて、予備で維持されるべきである、または前記太陽光発電設備によって提供されるべき一次予備力を識別する電力として決定され、
少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、決定された太陽光一次予備力を提供することができるようにサポートモードで運転される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記相対的な一次予備力は、前記電力供給ネットワーク（２）または関連するネットワークセクションに瞬時に供給される電力に関して、追加で給電される電力を指定し、および／または、
前記太陽光基準電力は、前記太陽光発電設備によって瞬時に電力供給ネットワーク（２）に供給される太陽光電力を特定し、および／または、
少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、このようにして前記太陽光発電設備のための太陽光一次予備力を提供するために、その通常モードと比較して、増大した回転速度を有するように、サポートモードで動作する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記太陽一次予備力は、相対的な一次予備力と瞬間的に給電される太陽光エネルギーの積として生成され、選択的には、
特に、太陽の一次予備力に正の重み係数を掛けることにより、重み関数が考慮される、
請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記太陽光発電設備用、または太陽光発電設備と少なくとも１つの前記風力発電設備（７）とを含む混合設備用の方法であって、
瞬時に供給される太陽光発電、
前記通常モードにおいて少なくとも１つの前記風力発電設備（７）によって瞬時に供給される風力、
前記電力供給ネットワーク（２）のネットワーク状態、または前記ネットワーク状態を表す変数のネットワーク状態、
提供可能な太陽光一次予備力が計算され、前記太陽光一次予備力は、前記風力発電設備（７）が対応する前記サポートモードで動作しているときに、少なくとも１つの前記風力発電設備（７）が少なくとも１つの前記太陽光発電設備の助けを借りて、どれだけの一次予備力を確保できるかを指定する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
電力供給ネットワーク（２）に給電するために風から電気エネルギーを生成する風力発電設備（７）であって、
前記風力発電設備（７）は、それらのブレード角度に関して調整可能なロータブレードを持つ空力ロータ（１８）を有し、
前記ロータ（１８）は、可変のロータ回転速度で動作され、
前記風力発電設備（７）は、発電機電力を発生させるために、前記空力ロータ（１８）に連結された発電機を有し、
前記風力発電設備（７）は、利用可能な風力を定格電力まで前記電力供給ネットワーク（２）に供給する通常モードで運転され、利用可能な風力は、風から得られる電力を示し、風および風力発電設備（７）の技術的制限に応じて、前記電力供給ネットワーク（２）に供給され、
前記風力発電設備（７）は、同じ電力供給ネットワークに供給される少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードに切り替わる、
風力発電設備（７）。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法を実行するように準備され、特に、それが実施されるプロセスコンピュータを有する、
請求項１５に記載の風力発電設備（７）。
【請求項１７】
前記風力発電設備（７）は、共通のネットワーク接続ポイントを介して、前記電力供給ネットワーク（２）に給電する、
請求項１５または１６に記載の風力発電設備（７）。
【請求項１８】
請求項１７に記載の少なくとも１つの風力発電所（６）と少なくとも１つの太陽光発電設備とを備えた風力発電システムであって、
少なくとも前記太陽光発電設備は、好ましくは、異なるネットワーク接続ポイントを介して、同一の前記電力供給ネットワークに給電し、前記風力発電設備（７）は、それぞれ、少なくとも１つの前記太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードへ切り替える、
風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの風力発電設備の制御方法に関する。本発明はまた、対応する風力発電設備と、この種の複数の風力発電設備を備えた風力発電所に関する。本発明はまた、少なくとも１つの風力発電所と少なくとも１つの太陽光発電設備とを備えた風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備が知られており、原則として、風からエネルギーを引き出し、電力供給ネットワークへ前記エネルギーを電流として供給するために設けられる。この基本的なタスクに加えて、風力発電設備はまた、電力供給ネットワークをサポートするためのタスクをますます頻繁に実行する。
したがって、ネットワークサポートのこの重要性の高まりは、風力発電設備に加えて、特に、太陽光発電システムも含む分散型エネルギー供給装置の割合の増加にも部分的に関連する。よって、分散型のエネルギー供給装置もネットワークのサポートに貢献できることが望まれ、少なくともこれらの分散型供給装置のいくつかが、この種の貢献をすることができることが望ましい。
【０００３】
風力発電設備による電力供給ネットワークのサポートに関してしばしば言及される１つの問題は、前記風力発電設備がネットワークサポートのために追加の電力を供給することができることが一般的な天候状況に依存することである。言い換えれば、風がほとんどないとき、または全く風がないとき、風力発電設備はほとんど、または全くサポート電力を供給することができないという問題が起こり得る。
【０００４】
実際に、同様の問題は、太陽光発電システムについても言及されており、それはもちろん、日中、特に、太陽が輝いているときにのみ、電流を発生させることができる。
原則として、風力発電設備は、それによって、例えば、一次予備力を提供することができるようにするために、特に、それらのロータ内に運動エネルギーを蓄積する可能性を有する。しかしながら、このようにして前記運動エネルギーから正の一次予備力を提供することは、問題の風力発電設備のロータも回転している場合にのみ可能である。風力発電設備のロータが回転している場合、一次予備力を提供すること、すなわち供給電力を一時的に増加させることが可能である。しかしながら、このようにして一次予備力の供給は、太陽光発電システムの場合には知られていない。前記給電は、せいぜい予防的削減またはエネルギー貯蔵庫の提供によって実現することができるにすぎない。
【０００５】
本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０８１ ７９５号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１３ １０１ ０９９号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２０３ ５４０号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０１ ８０９号明細書、米国特許出願公開第２０１１／００５７４４５号明細書、米国特許出願公開第２０１６／００６５１１５号明細書、国際公開第２０１４／１１８０５９号、独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３７ ２３９号明細書、独国実用新案出願公開第２９７ １５ ２４８号明細書。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０８１ ７９５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２０１３ １０１ ０９９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２０３ ５４０号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０１ ８０９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１１／００５７４４５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１６／００６５１１５号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１４／１１８０５９号
【特許文献８】独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３７ ２３９号明細書
【特許文献９】独国実用新案出願公開第２９７ １５ ２４８号
【発明の概要】
【０００７】
したがって、本発明は、上述の問題のうちの少なくとも１つに対処することを目的としている。特に、本発明は、再生可能エネルギーのネットワーク統合を改善するという目的に基づいている。その目的は、可能な限り、いつでもネットワーク内で一次予備力の提供を実現することにある。特定の目的は、発電時に再生可能エネルギー源によって可能な限り高いレベルの適用範囲を達成する、または少なくとも可能にすることである。非常に特別な目的は、ネットワークサポートの欠如のために、再生可能エネルギー源を追加する際に、ネットワーク関連の上限を回避することにある。その目的は、以前の解決策に代わる解決策を少なくとも提案することである。
【０００８】
本発明は、請求項１に記載の方法を提案する。したがって、この方法は、電力供給ネットワークに送り込むために風から電気エネルギーを生成する、少なくとも１つの風力発電設備を制御することに関する。１つの風力発電設備を制御するための方法は、対応して、複数の風力発電設備を制御することに移送される。特に、各風力発電設備は、その動作ポイントを自動的に制御することが好ましいが、調整の目的のために、具体的には、例えば、風力発電所を制御するための発電所コントローラなどの上位制御ユニットによって、調整して提供することができるガイドラインをさらに受け取ることができる。
【０００９】
風力発電設備は、それらのブレード角度に関して調整可能なロータブレードを有する空力ロータを有する。原理的には、単一のロータブレードでも十分であるが、これは、今日では、原理的に不適切であることが分かっている。さらに、ロータは、可変ロータ回転速度で動作される。ロータの回転速度は、風速がまだ定格風速に達していないときには、特に、部分負荷範囲において選択された動作ポイントに依存してもよい。しかしながら、原理的には、ロータの回転速度は、合理的な限度内で可変かつ予め特定可能である。
【００１０】
発電機電力を生成する発電機は、空力ロータに接続される。
本発明は、風力発電設備が定格供給電力まで利用可能な風力発電を電力供給ネットワークに供給する通常モードで運転されることを提案する。利用可能な風力、したがって可能な限り多くの電力は、風から得られ、風がまだ弱いため定格電力を供給することができないという条件で、この通常モードで電力供給ネットワークに供給される。風速が定格風速に達し、前記定格風速を超えた場合には、風力発電設備の構成要素を保護するために、電力は定格電力に制限しなければならない。風速に依存する動作ポイントは、一般的に、この通常モードにも関連している。
【００１１】
本発明はまた、同じ電力供給ネットワークに給電する少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、風力発電設備が、通常モードからサポートモードに切り替えることを提案する。したがって、風力発電設備は、通常モードとは異なるサポートモードでも動作することができる。ここでは、このサポートモードは、同じネットワークに給電するソーラー発電設備に応じて行うことが提案されている。これは、特に、それぞれ供給された電力が照射された太陽光電力を用いて実質的に遅延することなく変動し、通常は、実質的にエネルギー貯蔵を持たない太陽光発電システムに対して提案されている。したがって、特に、太陽光発電システムの場合、前記電力が一次予備力を提供するのに適していないという問題が生じる可能性がある。それにもかかわらず、他の太陽光発電設備もまた前記電力によってサポートされることができる。
【００１２】
ここでは特に、風力発電設備がより一次予備力を供給すること、より多くの一次予備力を供給すること、または少なくとも通常モードよりもサポートモードにおいてより多くの一次予備力を提供することができる。しかしながら、風力発電設備は、通常モードよりも前記サポートモードで電力供給ネットワークをサポートするためにより高いサポート貢献をすることも考慮される。
【００１３】
単純化のためにネットワークとも呼ばれる、同じ電力供給ネットワークに給電する少なくとも１つの太陽光発電システムが、特により多くの電力をネットワークに給電する場合、特に、それが、その定格電力で給電する場合には、特に、前記サポートモードが選択される。言い換えれば、少なくとも１つの風力発電設備のサポートモードは、大量の日射がある場合には、ここで提案される。
【００１４】
本発明によれば、一方では高レベルの日射量、したがって大量の太陽エネルギー供給と、他方では微風、したがって少量の太陽エネルギー供給との間には、一般的に相関関係があることが明確に識別されている。この点において、電力供給ネットワークをサポートすることに比較的大きな貢献をする目的で、この種の場合に、少なくとも１つの風力発電設備を提供することが今や提案されている。特に、一次予備力の提供または少なくとも申し出はまた、実質的に少なくとも１つの前記太陽光発電システムの給電に対して、この種の状況において、風力発電設備によって行われ得る。
【００１５】
その結果、強い太陽放射の場合に大量の発電電力を供給することができ、同時に高いレベルのサポート電位、それ自体では提供できなかった設備を提供することができる、特に、一次予備力を供給することができるという状況を達成することができる。その結果、太陽光発電システムおよび風力発電設備は、給電を提供する太陽光発電システムおよび強い太陽放射の場合にサポートを提供する風力発電設備によって互いに有利に補完することができる。
【００１６】
しかし、原則として、少なくとも１つの風力発電設備はまた、それ自体が一定量またはさらには大量の風力を供給することができる場合、サポートモードに入ることもできる。大量の太陽放射と少量の風との間に相関関係があることが確認されているが、提案された解決策は、大量の太陽放射があり、同時に大量の風があるという、まれな場合にも使用することができる。
【００１７】
したがって、好ましくは、風力発電設備は、通常モードよりもサポートモードにおいて、より多くの一次予備力を提供することができることが提案される。
一実施形態によれば、一次予備力ＰＭが、電力供給ネットワークにおいて検出されるネットワーク周波数ｆの周波数ｄｆ／ｄｔの変化に応じて、電力供給ネットワークに供給されることが提案され、一次予備力ＰＭの周波数変化ｄｆ／ｄｔへの異なる依存性は、周波数ｄｆ／ｄｔの同じ変化の場合に、サポートモードにおける一次予備力ＰＭが通常モードよりも大きくなるように、通常モードとサポートモードとの間に与えられる。周波数の変化に応じて電力供給ネットワークに供給される一次予備力は、特に、周波数の変化を打ち消すのに役立つ。この種の対抗策はできるだけ速やかに、つまり即座に発生することが意図される。したがって、一次予備力電力という用語、または簡単に一次予備力も使用され、以下の文中では、一次予備力電力と同義語として「一次予備力」という用語も使用される。
【００１８】
この種の一次予備力の供給は、電力供給ネットワークをサポートするために適しており、したがって、望ましく、 それにもかかわらず、この種の一次予備力の供給はまた、風力発電設備の供給のための負荷を表すことができることに注意すべきである。 特に、この増加が設計限界に達すると、特に、供給電力の急激な増加は、結果として部品に負荷をかける可能性がある。さらに、風力発電設備がそのプロセスにおいてその最適動作ポイントを少なくとも一時的に離れるため、結果として、電力の損失もまた引き起こされる。特に、風力発電設備の回転ロータからの振動エネルギーの使用は、前記ロータの制動を引き起こし、これはおそらく、第１に、空力的に最適な動作ポイントもまた残されるが、第２に、設備の機械的負荷にもつながる。
【００１９】
したがって、一次予備力の供給は、風力発電設備のオペレータにとって必ずしも望ましいものではない。
したがって、通常モードでは、サポートモードよりも少ない一次予備力が給電される、または提供されることが提案される。一次予備力の供給は、一般的に、電力供給ネットワークの電圧の周波数の変化の検出、特に、周波数の変化ｄｆ／ｄｔに依存する。周波数の変化に対する応答は、サポートモードよりも通常モードの方が弱いことが現在、提案されている。したがって、通常モードでは、等しい大きさの周波数の変化の場合、サポートモードよりも少ない一次予備力が供給される、すなわち給電される。
【００２０】
一次予備力電力ＰＭは、好ましくは、以下の式を用いて計算することができる。
ＰＭ＝ｋ・ｄｆ／ｄｔ
ここで、ｋは、大きさに関して、サポートモードにおいて通常モードにおけるよりも大きい依存係数を形成する。したがって、依存係数ｋは、周波数変化ｄｆ／ｄｔから供給される一次予備力電力ＰＭの間の関係を決定し、この場合、通常モードとサポートモードとで異なる大きさに設定することができる。上記依存係数の大きさは、サポートモードの場合、より大きくなるように設定される。一次予備力は、周波数が低下した場合、すなわち負のｄｆ／ｄｔの場合、サポート目的で供給されるように意図されているため、依存係数ｋは、通常、負の値を有する。この場合、依存係数ｋの代わりに、例えば、関数を使用することも可能であり、例えば、限界値または開始値を考慮に入れる等のさらなる基準を含めることができる。例えば、周波数の絶対偏差の限界値を最初に大きさに関して超える必要があるという境界条件も考慮に入れることができる。サポートモードの場合の依存係数ｋは、通常モードの場合の少なくとも２倍の大きさであることが好ましい。一実施形態によれば、通常モードでは依存係数ｋがゼロであると考えられるので、通常モードでは一次予備力は供給されない。
【００２１】
したがって、通常モードとサポートモードとは、特に、この一次予備力のレベルが異なることから、異なると考えられる。この場合も、通常モードとサポートモードとでは、特定の動作点は変わらないと考えられる。よって、原則として、一次予備力が呼び出されていない、すなわち周波数の変化ｄｆ／ｄｔが次式で与えられる場合には、風力発電設備は、両方のモードにおいてその最適動作点で動作すると考えられる。例えば、十分に小さい場合、または通常のネットワーク周波数からの周波数の絶対偏差、すなわち、特に、定格周波数が、特に無視できる範囲内でのみ発生する。
【００２２】
一実施形態によれば、電力供給ネットワークをサポートする目的で、サポート電力、特に、一次予備力を提供することが提案され、サポート電力は、電力供給ネットワークに供給される目的で呼び出すことができる、あるいは、ネットワークの動作に応じてサポート電力を供給でき、少なくとも１つの風力発電設備は、サポートモードにおいて通常モードにおけるよりも高いサポート電力を提供する。ここで、電力供給ネットワークをサポートするための一次予備力の供給がネットワークには有利であるが、風力発電設備のオペレータには、必ずしも有利ではないことも考慮される。したがって、通常モードでは、一次予備力を提供しないこと、または通常モードではサポートモードよりも低い振幅の一次予備力を提供することが提案される。
【００２３】
周波数の変化に対する上記の異なる依存性のように、これは、同じネットワークに給電する太陽光発電システムが高電力で給電する場合、特に、高い一次予備力の提供または供給が有利であるという考えに基づいている。この場合も、一次予備力も他のサポート電力も呼び出されないという条件で、少なくとも１つの風力発電設備を通常モードとサポートモードの両方で同じ動作ポイントで動作させることができる。しかしながら、以下にさらに説明されるように、風力発電設備もまた異なる動作ポイントで意図的に動作されることも考慮される。
【００２４】
一実施形態によれば、サポートモードでは、このようにして増加した一次予備力を提供するために、風力発電装置が通常モードよりも少なくとも一時的に少ない電力を電力供給ネットワークに供給するように、または風力電力設備が電力供給ネットワークから電力を引き出すように準備されることが好ましい。
特に、この種の手段により、可能なサポート力、特に、可能な一次予備力を増大させることができる。この目的のために、風力発電設備は、一次予備力の提供または少なくとも提供が優先されるため、そのときの最適動作ポイントから離れる。特に、これは、そのような大きな一次予備力または他のサポート電力が提供される、または少なくとも提供されることになり得るため、これは同じネットワークに給電する少なくとも１つの太陽光電力システムにとって十分である。一般的に、風力発電設備が最適動作ポイントを離れることにより、より少ない電力がネットワークに供給される。しかしながら、ネットワークに供給される電力が全くないか、または実質的にはるかに少ない他の動作ポイントが見つかることも考慮に入れることができるが、この新しい動作ポイントへの切り替えは、一時的に電力供給の減少を意味する。これは、特に、より高い回転速度を有する新しい動作ポイントに当てはまり、このより高い回転速度への加速度は、加速度の持続期間中のロータに対する動力損失を意味する。それにもかかわらず、最適な動作ポイントにおけるのと同様の量の電力を、このより高い回転速度で供給することが可能であり得るが、おそらく設備に対するより大きな負荷または他の不利益を伴う。
【００２５】
一実施形態によれば、サポートモードは、風力発電装置のロータが、電力を発生させることなく、風によって駆動されることによって回転するアイドリング運転モードを含むことが提案される。このように風力発電設備をアイドリングさせることは、特に、風がほとんどないときに提供される。既存の風力では、風力発電設備の運転に必要な電力を上昇させるのに不十分であって、その結果、電力を供給することができないため、風力発電設備は一般的には試運転されない。したがって、このアイドリング運転モードを意図的に許可し、風力発電装置のスイッチを切らないようにすることがここで提案されている。ここでの通常モードは、設備のスイッチを切ることを含み、ここで提案されたサポートモードは、設備がこのアイドリング運転モードでスイッチを入れられることである。したがって、風力発電設備のロータは、少なくともある程度回転し、その結果として、必要に応じて一次予備力を少なくとも一時的に提供することもあり得る。
【００２６】
さらなる変形によれば、サポートモードは、風力発電装置が電力を供給することなく可能な限り高い回転速度で運転される高回転速度運転モードを含むことが提案される、または、通常モードの回転速度で可能であるよりも少ない電力しか供給されない。風力発電設備の動作ポイントも、ここで通常モードからサポートモードに変化する。最大電力を発生させることができる最適回転速度は、もはや設定されておらず、むしろ可能な限り高い回転速度が設定されている。
【００２７】
できる限り高い回転速度は、この点において、卓越風のために達成することができる回転速度であり、当然、回転速度制限値が考慮される。この高い、すなわち少なくとも高められた回転速度のために、高レベルの運動エネルギーを有する、すなわち高レベルの回転エネルギーを有する動作ポイントが選択される。この高い回転エネルギーは、必要に応じて一次予備力として使用される。このようにして高い一次予備力を提供することもでき、風力発電設備が通常提供する量、またはここでは風の場合に提供しなければならない量を超えることが可能である。
【００２８】
一実施形態によれば、サポートモードは、電力供給なしに回転速度が最大回転速度まで上昇することによってゼロパワー動作モードに関係することが提案される。これは、部分的には、可能な限り高い回転速度での上述の動作モードに対応する。しかしながら、ここでは、回転速度を最大回転速度まで、すなわち、特に、定格回転速度まで上昇させ、その過程で意図的に動力を供給しないことがここでは明白に提案されている。これは設備が定格回転速度で運転されていて依然として電力を供給することができるが電力を供給しないことを示している。この場合は、特に、この最大回転速度で風力発電設備を運転するために十分な量の風が存在する状況に関する。したがって、少なくとも風の変動を考慮に入れて、回転速度をさらに上げることも可能であるが、これは、ここでの調整によって防止される。したがって、特に、風力発電設備は、この最大回転速度に保たれる。この目的のために、この最大回転速度が維持されるように、ロータブレードが調整され、かつ調整時には連続的に再調整される場合、制御はブレード調節によって提供される。この場合、風力発電設備は、それ自体に電力を供給することができるほど多くの電力を生成すると考えられる。したがって、風力発電設備は、それ自体の要求を満たすように電力を生成し、給電しないが、必要であれば直ちに給電することができる。
【００２９】
さらなる実施形態によれば、サポートモードは、風力発電設備のロータが電力供給ネットワークからの電力によって駆動される電動動作モードを含むことが提案される。この場合、風力発電設備を駆動するためのこの電力は、太陽光発電設備によって瞬時に電力供給ネットワークに供給される太陽光電力を超えてはならない。そうでなければ、太陽光発電設備は、結果として、ネットワークへの給電に貢献することができないかもしれない。しかしながら、原則として、サポートモードにおいて、特に、大量の日射があるときには特に、ソーラー設備は、この電動操作に必要な量よりもかなり多くの電力を電力供給ネットワークに供給する。これはまた、太陽光発電設備が大量の電力を供給し、この電力のわずかな量が風力発電設備を電動運転モードで運転するために、しかし実質的に無負荷条件下で運転するために使用されるという考えにも基づいている。ロータブレードは、それらが回転中に可能な限り小さい流れ抵抗を有するように調整される。しかしながら、風力発電設備を駆動するためのこの低い電力は、風力発電設備のロータの回転のために高い一次予備力を提供することを可能にする。
【００３０】
したがって太陽放射から直接電流を生成する太陽光発電システムは、提案された変形を使用する風力発電設備によって特にアシストされる。この種の太陽光発電システムの供給電力は、直接変動する可能性があり、太陽放射が対応して変動するとすぐに、あらゆる目的および目的に対して変動する可能性がある。したがって、この種の太陽光発電システムがネットワークをサポートすることは困難であるだけでなく、変動する太陽放射の場合には、それらが十分に支配的であるならば、それらはまた電力供給ネットワーク自体の変動に寄与し得る。これも、本発明に従って考慮に入れられ、風力発電設備の挙動によって補償されるべきである。
【００３１】
一実施形態によれば、サポートモードへの切り替えは、卓越風速に依存することが提案される。特に、弱い風の場合は、このサポートモードに切り替えることができる。強風の場合には、風力発電装置自体が大量の電力を供給する最適動作ポイントにおける風力発電装置の動作、したがって、結果として、それも高い支持能力を有する動作ポイントを有することは、おそらく有利であり得る。
【００３２】
さらにまたはその代わりに、サポートモードの特性は、卓越風速に依存することが提案されている。例えば、低い風速の場合には、サポートモードにおいて、意図的に高い回転速度を提供すること、すなわち、より高い回転速度に向かって動作ポイントを切り換えることを提供することができる。風速が速い場合は、動作ポイントを変えるのではなく、少なくとも高い一次予備力を提供するように準備することができる。
【００３３】
好ましくは、サポートモードへの切り替え、および、さらにまたは代替として、サポートモードの少なくとも１つの特性は、電力供給ネットワークの少なくとも１つのネットワーク状態に依存するか、または前記ネットワーク状態を表す少なくとも１つの変数に依存する。結果として、サポートモード、特に、サポート力または一次予備力が必要とされ得るかどうか、および／または、それが必要とされ得る程度を予測することが可能であり得る。以下に説明されるネットワーク状態は、物理的変数の意味で直接考慮に入れること、あるいは物理的変数を表す値によって考慮に入れることもできる。後者はまた、それぞれの変数、すなわちそれぞれのネットワーク状態が風力発電設備によって直接検出されない場合に特に考慮される。
【００３４】
そのため、ネットワークの周波数に応じてサポートモードの切り替えや特性が提案されている。 例えば、サポートモードは、特に、ネットワーク周波数が既に比較的低い値にあるとき、すなわち、それが、例えば、定格周波数より低いが、依然として、下限値より高いときに好都合であり得る。
ネットワーク周波数の変化は、サポートモードが間もなく必要になると思われるかどうかに関する指示を提供することもできる。 特に、安定したネットワークの場合、すなわち、ネットワーク周波数の変化がほとんどない場合、および／またはほんのわずかな変化しか発生しない場合、サポートモードは、ネットワークが周波数の変化に関してより不安定である場合よりも少ない程度で要求される。
【００３５】
ネットワーク周波数の変化の勾配を考慮に入れることも、サポートモードが必要であると思われるかどうかを評価することができるために有用であり得る。ここでは、振幅の変化に関するネットワーク周波数の変化の定量的評価が、この点において行われる。周波数の変化の発生頻度は、ここでは役割を果たさない。それにもかかわらず、ネットワーク周波数の変化の発生頻度、すなわち、ネットワークがどれほど不安定であるか、と、ネットワーク周波数の変化の勾配、すなわち、周波数の変化の大きさと、の両方を考慮に入れることは有利であり得る。
【００３６】
さらなるネットワーク状態は、ネットワーク電圧である。サポートモードの必要性は、より低いネットワーク電圧の場合よりも、比較的高い電圧の場合に特に起こりやすい。この場合、ネットワーク電圧は、複雑な電力供給ネットワーク内のその位置と共に変化するため、このネットワーク電圧測定のための測定点の特性を特に考慮に入れるべきである。
ネットワーク電圧の変化を考慮に入れることも提案されている。 例えば、ネットワーク電圧の低下は、たとえネットワーク電圧が最初はまだ比較的高い値であっても、サポートモードが要求されていることを示している可能性がある。
【００３７】
ネットワーク状態を示す外部ネットワーク状態信号を考慮に入れることも提案されている。サポートモード、および、場合によってはその特性も、前記ネットワーク状態信号に応じて選択することができる。ここでは、電力供給ネットワークを運営するネットワーク事業者が電力供給ネットワーク、特に、異なるネットワークポイントの情報を持っていることを考慮に入れている。上記情報に応じて、電力供給ネットワークの要求または予想される事象に関する結論を、より効果的に引き出すことができる。
【００３８】
一変形例によれば、周波数変換器によって電力供給ネットワークに供給される電力の、電力供給ネットワークに供給される総電力に対する比を規定する周波数変換器の割合が考慮されることが提案される。例えば、ネットワーク内の周波数変換器の割合、すなわち前記周波数変換器によって供給される電力のみに基づく場合、が８０％を超える場合、および、同様にネットワークに供給される太陽光電力システムの割合の場合、周波数変換器の手段は、これでは５０％以上であって、これは電力供給ネットワークに影響を与える可能性がある。
【００３９】
周波数変換器の割合を識別する１つの可能な方法はまた、電力供給網のオペレータに知られている周波数変換器の割合と、問題の風力発電設備に伝えられるこの情報を含んでいてもよい。
サポートモードの選択はまた、ネットワークオペレータが一次予備力を要求するための対応する要求信号を送信するかどうか、すなわち一次予備力がネットワークオペレータによって要求されるかどうかに依存してなされてもよい。これはまた、供給された電力に関して、一定のレベルでこの種の一次予備力が要求されることを意味していてもよい。この場合、考慮に入れた太陽光発電システムの電力供給を考慮に入れるこの種の電力依存の要求は、一次予備力をソーラー設備のために提供する風力発電設備のための一次予備力に調整される。
【００４０】
一実施形態によれば、少なくとも１つの太陽光発電設備が、その定格電力の少なくとも所定の最小比率、特に、定格電力の５０％を電力供給ネットワークに供給し、一次予備力の必要性も検出されたとき、少なくとも１つの風力発電設備がサポートモードに切り替わり、その回転速度が通常モードと比較して増加することが提案される。このようにして、このサポートモードは、具体的に選択される。
【００４１】
少なくとも１つの太陽光発電装置が、その定格電力の少なくとも所定の最小割合、特に、その定格電力の少なくとも５０％を、電力供給ネットワークに供給し、卓越風は非常に弱いので、少なくとも１つの風力発電設備が、その定格電力の最大で所定の最大割合、特に最大定格電力の５０％を、電力供給ネットワークに供給するのであれば、少なくとも１つの風力発電装置を、通常モードと比較して増加したロータ回転速度で、サポートモードで恒久的に運転することが好ましい。これは、特に、気象状況、具体的には、単純に大量の太陽光と小さな風が考慮され、それに応じて太陽光発電設備ができるだけ多くの電力を供給するために使用されるという考えに基づいており、風力発電設備は、少なくとも、必要に応じてサポート電力を供給することができるという効果で、実質的に電力供給ネットワークを支援するために使用される。
【００４２】
一実施形態は、相対的な一次予備力の要求が検出されることを特徴とする解決策を提案し、この相対的な一次予備力は、基準電力に関して追加的に給電される電力を識別する。太陽光一次予備力は、予備として維持されるべき、または太陽光発電設備によって提供されるべき一次予備力を識別する電力であって、相対的な一次予備力に対するこの検出された要求と、太陽光発電設備を識別する太陽光基準電力とに基づいて決定される。したがって、この太陽一次予備力は、全体的に供給されるべき一次予備力が、電力を供給する発電機に均等に分配されるときの計算値である。
【００４３】
この目的のために、少なくとも１つの風力発電設備が決定された太陽一次予備力を提供することができるように、サポートモードで運転されることが現在提案されている。それは、それ自身の動作および相対的な一次予備力のために供給しなければならない一次予備力に加えて、前記太陽光一次予備力を提供することが好ましい。その結果、特に、統一された一次予備力の提供は、大きさの観点から見積もられる。この場合、高水準の支出を供給することができないか、またはそれだけで計算することができる発電機は、これをこの目的に適した風力発電設備から取り込むことを可能にすることが提案される。その場合、風力発電設備は、特に、サポートモードで、太陽光発電設備からこの要求を引き継ぐことができる。
【００４４】
相対的な一次予備力は、電力供給ネットワークまたは関連するネットワークセクションに瞬時に供給される電力に関して、追加で供給することができる電力を指定することが提案されることが好ましい。この提案によれば、基準電力は、電力供給ネットワークに瞬時に供給される電力、または関連するネットワークセクションに供給される電力である。
それに加えてまたはその代わりに、太陽光基準電力は、太陽光発電設備によって瞬時に電力供給ネットワークに供給される太陽光電力を特定する。したがって、ここでの焦点は、現在の実際の値である。
【００４５】
それに加えてまたはその代わりに、少なくとも１つの風力発電設備は、このようにして太陽光発電設備のための太陽光一次予備力を提供するために、通常モードと比較して回転速度が増大するようにサポートモードで運転される。特に、前記風力発電設備は、このようにして、太陽光一次予備を提供または供給することができる。
太陽光一次予備力は、好ましくは、相対的な一次予備力と瞬間的な投入太陽エネルギーとの積として計算される。この場合、相対的な一次予備力は、少なくともそれぞれの太陽光発電設備に対して原理的に知られている瞬時に供給される太陽光を容易に乗じることができる比較的一定の値とすることができる。
【００４６】
特に、正の重み係数による乗算によって、重み関数を考慮に入れることが任意に提案される。したがって、太陽光一次予備力は、特に、前記太陽光一次予備力に、特に、０．５〜２の範囲内にあることができる正の重み付け係数を乗じることによって、重み付け関数によって付加的に変更することができる。その結果、例えば、太陽光一次予備力を再調整することができる、あるいは、問題の太陽光発電設備が給電するネットワーク内のネットワーク接続ポイントの特定の場所などのように、特定の条件を考慮に入れることができる。
【００４７】
上記および下記の太陽光発電設備の説明またはそれに関連する説明は、特に、好ましくは太陽光発電システムに関する。
一実施形態によれば、本方法は、提供され得る太陽光一時予備力が、太陽光発電設備、または少なくとも１つの太陽光発電設備および少なくとも１つの風力発電設備を含む混合設備について計算されることを特徴とすることが提案される。前記太陽光一次予備力は、風力発電設備が対応するサポートモードで動作しているときに、少なくとも１つの太陽光発電設備の助けを借りて、少なくとも１つの風力発電設備が貯蔵できる一次予備力を示す。この目的を達成するために、提供可能なこの太陽光一次予備力は、瞬間的に供給される太陽光エネルギー、通常モードにおいて少なくとも１つの風力発電設備によって瞬時に供給される風力、電力供給ネットワークまたは可変のネットワーク状態を表す変数のネットワーク状態、に応じて計算されることが提案される。よって、提供され得る太陽光一次予備力は、提供されることができ、そして必要に応じて呼び出される、すなわち永久に供給されない、あるいは給電さえされないものである。したがって、それは、提供可能な太陽光一次予備力を蓄えられるべきレベルを指定する値である。この目的のために、これは風力発電設備のサポート電力によって補われることを意図しているので、瞬間的に供給される太陽光電力が含まれる。前記方法はまた、風力発電設備がサポートモードに切り替わらない場合に運転することができる通常モードを含む。サポート電力が全く必要かどうかという問題は、最終的には前記ネットワーク状態に依存する可能性があるため、それは電力供給ネットワークのネットワーク状態を組み込むこともできる。
【００４８】
本発明はまた、電力供給ネットワークに送り込むために風から電気エネルギーを発生させることができる風力発電設備を提案する。
−前記風力発電設備は、それらのブレード角度に関して調整可能なロータブレードを有する空力ロータを有し、
−前記ロータは、可変のロータ回転速度で動作され、
−前記風力発電設備は、発電機電力を発生させるために空力ロータに連結された発電機を有し、
−前記風力発電設備は、利用可能な風力を定格電力まで電力供給ネットワークに供給する通常モードで運転され、利用可能な風力は、風および風力発電設備の技術的限界に応じて、風から得られ、前記電力供給ネットワークに供給され得る電力を示し、
−前記風力発電設備は、同じ前記ネットワークに供給される少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードに切り替える。
【００４９】
特に、本発明は、上述の少なくとも１つの実施形態による方法を実行するように準備された風力発電設備を提案する。この目的のために、前記風力発電設備は、特に、その方法が実施されるプロセスコンピュータを有する。しかしながら、前記風力発電設備は、本方法に必要な外部変数を考慮に入れることができるようにするために、外部のコンピュータに接続され、および／または対応するインターフェースを有することも考えられる。本方法のいくつかはまた、外部プロセスコンピュータ上で実行または制御することができる。
【００５０】
好ましくは、天気データを評価および／または記録するための天気モジュールがあり、この天気モジュールはまた、日射量を検出することができる。これは、少なくとも１つの風力発電設備で日射を検出することが、近隣の太陽光発電設備の利用可能な太陽光電力についての十分な情報を提供することができるという発見に基づいている。天気モジュールは、光を測定するためのフォトセルおよび／または外部の天気データを受信するためのインターフェースを有することができる。
【００５１】
本発明はまた、複数の風力発電設備を含む風力発電所を提案する。したがって、風力発電所は、上述のように少なくとも２つの風力発電設備を有しており、前記少なくとも２つの風力発電設備は、共通のネットワーク接続ポイントを介して、電力供給ネットワークに給電する。その結果、この方法は、結果として高い潜在的な一次予備力または他のサポート電力を生み出すことができるので、複数の風力発電設備の使用により、特に効率的な方法で使用することができる。
【００５２】
本発明はさらに、上記の少なくとも１つの風力発電所と少なくとも１つの太陽光発電設備とを備える風力発電システムを提案し、少なくとも１つの太陽光発電装置は、同じ電力供給ネットワークに給電する。この場合、前記太陽光発電設備は、風力発電所とは異なるネットワーク接続ポイントを介して、電力供給ネットワークに給電することが好ましい。これは、原則として、風力発電所と少なくとも１つの太陽光発電設備の両方を互いに独立して動作させることができるという効果を有する。それにもかかわらず、風力発電設備、すなわち風力発電所が太陽光発電設備のためのサポートタスク、特に、サポート電力または一次予備力の提供を実行／実行する場合には、相乗効果が生じる。これは、風力発電設備がそれぞれの場合において、少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードに切り替えることによって行われる。
【００５３】
本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照する実施形態を用いる例によって、より詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】風力発電設備の斜視図。
【図２】風力発電所を概略的に示す図。
【図３】電力供給ネットワークの詳細を概略的に示す図。
【図４】一次予備力電力と電力供給ネットワークにおける周波数変化との間の可能性のある関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力発電設備１００を示す。３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
図２は、例えば、同一もしくは異なっていてもよい３つの風力発電設備１００を有する風力発電所１１２を示す。よって、３つの風力発電設備１００は、基本的に、風力発電所１１２の所望の数の風力発電設備の代表である。風力発電設備１００は、それらの電力、具体的には、特に、発電所グリッド１１４を介して生成された電流を提供する。この場合、個々の風力発電設備１００のそれぞれ生成された電流または電力は一緒に加算され、その後、一般的にＰＣＣとも呼ばれる給電ポイント１１８において、供給ネットワーク１２０に給電するために、発電所内の電圧を昇圧する変圧器１１６が通常設けられる。図２は、風力発電所１１２の簡略図であって、例えば、制御システムは示されていないが、もちろん制御システムは存在する。発電所グリッド１１４は、異なる設計も可能であって、例えば、他の１つの例示的な実施形態に言及すれば、例えば、変圧器もまた各風力発電設備１００の出力に存在する。
【００５６】
図３は、概略的に示されているように、太陽光発電システム４と、風力発電設備７を含む風力発電所６とが接続されている電力供給ネットワーク２の詳細を示している。風力発電所６は、図２の風力発電所１１２のように設計され、図１の風力発電装置１００のように風力発電装置７をそれぞれ有することができる。電力供給ネットワーク２は、図２の電力供給ネットワーク１２０に対応することができる。
【００５７】
さらなる負荷または給電装置を表すために、図３は、電力供給ネットワーク２に接続された都市８、例えば、工場であってもよい工業用負荷２、およびさらなる発電機として大きな発電所１２を示す。
概略的に示された太陽１４および緩やかな風のソック１６は、図３が示されている電力供給ネットワーク２の一般的な気象状況を示すことを意図しており、その場合、強い日射があり風はほとんどない。したがって、簡単のためにＰＶシステムとも呼ばれる太陽光発電システム４は、電力供給ネットワーク２に出力される大量の電力ＰＰＶを生成する。これから説明する矢印の太さおよびさらなる矢印の太さも、それぞれの場合における電力レベルを少なくとも例示することを意図している。したがって、大量のＰＶ電力ＰＰＶが電力供給ネットワークに供給され、前記ＰＶ電力は、電力供給ネットワーク２の異なる領域に流れる電力成分Ｐ１およびＰ２に分割される。これは、ＰＶシステム４によって生成される前記電力ＰＰＶが、一般的に、電力供給ネットワーク２に利用可能であることを示すための説明目的のためだけに役立つ。
【００５８】
さらに、電力成分Ｐ３は、細い矢印で示されており、したがって、供給されるＰＶ電力ＰＰＶの一部だけを占めるように意図されている。前記更なる電力割合Ｐ３はウィンドファーム６に利用可能である。これはまた例示のためにのみ役立ち、前記電力分率Ｐ３は、ＰＶシステム４から直接発生する必要はないことに留意すべきである。むしろ、重要なことは、風力発電所６が、ＰＶシステムによって供給される電力ＰＰＶよりもかなり低い電力分率Ｐ３を引き出すことである。したがって、電力分率Ｐ３は、少なくとも数学的には、合計で供給されるＰＶ電力ＰＰＶの割合であってもよい。
【００５９】
したがって、図３のこの図では、示されている状況では、風力発電所６が風から電力を生成することができないと仮定されている。したがって、電力成分Ｐ３は、ロータ１８を回転２０に設定するために使用される。ロータ１８は、図１によるロータ１０６に対応していてもよい。回転２０は、図３において対応する矢印によって示されている。したがって、風力発電所６のロータ１８は回転し、回転を維持する。この目的のために、電力成分Ｐ３が使用される。風力発電所６の風力発電設備７、したがって、結果として風力発電所６自体もサポートモードにある。風がない図３に示される状況では、通常モードは、風力発電設備がスイッチオフされるか、せいぜい待機動作モードに保たれるであろう。
【００６０】
これらのロータ１８がそれぞれ回転２０に設定されているため、各風力発電設備７は、それぞれのロータ１８の回転エネルギーの形態の運動エネルギーを有する。したがって、風力発電所６は、全体として大量の回転エネルギーを有する。念のため、純粋に４つの風力発電設備７が風力発電所６内に概略的にしか示されていないが、かなり多くの風力発電設備、例えば２０を超える、５０を超える、さらには１００を超える風力発電設備７を、風力発電所内に存在させることができ、説明したように動作させることができる。
【００６１】
存在するこの回転エネルギーは、電力供給ネットワーク２をサポートする目的のために必要とされる一次予備力ＰＭとして供給される。これを説明するために、太い矢印が中断形式で示されている。これは、前記一次予備力ＰＭが、おそらく供給されるが、それは恒久的に供給されるのではなく、むしろ電力供給ネットワーク２の対応するサポートが必要とされる短い瞬間にのみ供給されることを示すことを意図する。しかしながら、大きなサポート電力ＰＭも供給することができる。
【００６２】
このようにして、この種のサポート電力ＰＭの供給は、例えば、工業用負荷１０が電力供給ネットワーク２に接続されているとき、または大量の電力が、突然、都市８に引き込まれるときに必要とされる。
図３は、具体的な状況、特に、全く風がない状況に対する一種のサポートモードを示す。しかしながら、例えば、風力発電所６を経由して少なくとも一定量の電力を電力供給ネットワーク２に供給するために十分な量の風があることなど、他の変形形態も考慮に入れられる。一変形例によれば、風力発電所６および風力発電設備７は、特に、ロータ１８の回転速度が卓越風に最適な値にある最適動作ポイントで動作する。この動作ポイントは、サポートモードの選択のために維持され得る。それにもかかわらず、高い一次予備力ＰＭが提供される。これは、通常モードの場合とは異なる依存性が一次予備力ＰＭの供給の基礎として使用されることを意味することができ、この供給は、周波数の変化に依存する。
【００６３】
この種の状況は、例として、図４に示されている。図４のグラフでは、２つの場合について、一次予備力ＰＭが周波数の変化ｄｆ／ｄｔの関数としてプロットされている。一次予備力ＰＭは、最大で供給することができ、両方の動作モードに対して同一である一次予備力ＰＭｍａｘに標準化される。電力供給ネットワークの周波数の変化ｄｆ／ｄｔも、具体的には、ｄｆ／ｄｔもプロットされている、最大ｄｆ／ｄｔに標準化される。したがって、図４のグラフは、原則として、周波数変化の負の値ｄｆ／ｄｔを示す。したがって、標準化された横座標は、０から−１の範囲である。
【００６４】
一次予備力ＰＭ、特に、サポートモードの一次予備力電力ＰＭＳと通常モードの一次予備力電力ＰＭＮに対する２つの依存関数が例として示されている。
この例では、サポートモードの一次予備力電力ＰＭＳの勾配は、通常モードの一次予備力電力ＰＭＮの勾配の２倍の大きさである。さらに、一次予備力電力ＰＭＳもまた、サポートモードの早い段階で、すなわち大きさに関して比較的小さい周波数変化ｄｆ／ｄｔの場合には、ここで大きさの２倍である周波数の変化ｄｆ／ｄｔから始まる例として呼び出される一次予備力電力ＰＭＮよりも早く呼び出される。
【００６５】
一次予備力ＰＭが開始限界値を超える周波数の変化に依存する関数であると理解される限り、いずれの場合も、サポートモードの一次予備力電力ＰＭＳは、通常モードの一次予備力電力ＰＭＮの２倍の大きさの値を供給する。例えば、サポートモードの一次予備力電力ＰＭＳは、０．４の標準化された周波数変化の場合、すなわちその開始値の０．２を上回っている場合には、０．４をやや超える標準化電力値を有する。一方、通常モードの一次予備力電力ＰＭＮは、周波数変化０．６の標準化された値の場合、約０．２の標準化された電力値を有する。すなわち、開始値の０．２を上回り、したがってサポートモードの一時予備力電力ＰＭＳの対応する値の半分である。
【００６６】
これもまた説明のための一例に過ぎず、例えば、通常モードとサポートモードの２つの開始値が同一および／またはゼロであることも考えられる。
したがって、ある状況下では、発電中の回生エネルギーによる高レベルのカバレッジの場合には、一次予備力に対する要求がコンバータベースの発電システムによって提供され得ることが判明した。この場合、ＰＶシステムは、追加の記憶手段の統合によってのみ、一次予備力を実行できることが分かった。この目的のために、風が吹いていないときに一次予備力を提供するために風力発電設備を使用するが、日射の結果として、比例して大量のＰＶ電流が供給されることも現在提案されている。これに対する１つの提案は、一次予備力の要求の場合には、ロータエネルギーまたは回転エネルギーからネットワークをサポートするために、風力発電設備をモータによる回転速度まで上げることである。これはまた、少なくとも統計的には、一般的にはほとんど風力が供給されず、したがって、ＰＶによる所要電力を高いレベルでカバーする場合には、風力発電設備変換器のコンデンサがほとんど利用されないという知見に基づく。しかしながら、既に上で説明したように、他の可能な実施方法もある。
【００６７】
提案された発明の１つの目的は、再生可能エネルギー源のネットワーク統合を可能な限り一般的に改善することでもある。原則として、一次予備力の供給はいつでもネットワークで要求される可能性があるため、１つの考えとしては、風力発電設備によって前記一次予備力の供給を実行することである。この場合、各ロータのロータ質量、特に、質量慣性モーメントは、設置された出力に対して非常に大きいため、風力発電装置は、一般的に、一次予備力を提供するのに非常に適していることが分かった。
【００６８】
したがって、再生可能エネルギーのネットワーク統合における改善は、非常に一般的に、特に、風力発電設備および太陽光発電システムに関して達成することができ、したがって、発電中の再生可能エネルギー源によって高いレベルのカバレッジを達成することができる。従来の発電所は、風力発電設備に基づく発電所に置き換えることもできる。さらに、ネットワークサポートの欠如のために設定され得るかまたはすでに存在する再生可能エネルギー源の追加に関するネットワーク関連上限を回避することができ、または少なくとも増大させることができる。原則として、充分な変換器給電ネットワークを作成することができ、または少なくとも提案された解決策によって、より効果的に作成することができる。
【００６９】
ロータの運動エネルギーによって一次予備力を提供するための風力発電設備の電動運転モードまたはアイドリング運転モードも、とりわけ解決策として提案されている。本発明の１つの重要な利点は、一次予備力を提供するために回転位相変換器を回避すること、および／または、太陽光発電システム（ＰＶシステム）内に記憶装置を設置することを回避することである。したがって、再生可能エネルギーのネットワーク統合のコストを一般的に下げることができるだけでなく、提案された解決策は、風力発電設備の運営者に追加のシステムサービスを提供する選択肢も提供する。この種の機能は、特に、設置または発電所管理の取り決めにおいて実施される。
【図１】
2019528667.tif 000003
【図２】
2019528667.tif 000004
【図３】
2019528667.tif 000005
【図４】
2019528667.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月6日(2019.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給ネットワーク（２）に給電するために風から電気エネルギーを生成する少なくとも１つの風力発電設備を制御する方法であって、
前記風力発電設備（７）は、それらのブレード角度に関して調整可能なロータブレードを有する空力ロータ（１８）を有し、
前記ロータ（１８）は、可変のロータ回転速度で動作され、
前記風力発電設備（７）は、発電機電力を発生させるために空力ロータ（１８）に連結された発電機を有し、
前記風力発電設備（７）は、利用可能な風力を定格電力まで電力供給ネットワーク（２）に供給する通常モードで運転され、利用可能な風力は、風および風力発電設備の技術的限界に応じて、風から得られ、前記電力供給ネットワーク（２）に供給され得る電力を示し、
前記風力発電設備（７）は、同じ前記電気供給ネットワーク（２）に供給される少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、通常モードからサポートモードに切り替える、
方法。
【請求項２】
前記風力発電設備（７）は、通常モードよりもサポートモードにおいて、より多くの一時予備力を提供する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一次予備力電力ＰＭは、前記電力供給ネットワーク（２）において検出されるネットワーク周波数ｆの周波数ｄｆ／ｄｔの変化に応じて、前記電力供給ネットワーク（２）に供給され、一次予備力電力ＰＭの周波数ｄｆ／ｄｔの変化への異なる依存性は、周波数ｄｆ／ｄｔに同じ変化があった場合に、周波数ｄｆ／ｄｔの同じ変化の場合に、サポートモードにおける一時予備力電力ＰＭの大きさは、通常モードよりも大きく、ｋは、依存係数であり、大きさに関しては、サポートモードでは、通常モードよりも大きくなるように、前記通常モードと前記サポートモードとの間で供給される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電力供給ネットワーク（２）をサポートする目的のために、サポート電力が提供され、サポート電力は、前記電力供給ネットワーク（２）に給電する目的で呼び出され、またはサポート電力は、ネットワーク挙動に応じて給電され、少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、前記通常モードよりも前記サポートモードにおいて高いサポート電力を提供する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記サポートモードでは、前記風力発電設備（７）は、前記通常モードよりも、少なくとも一時的に少ない電力を前記電力供給ネットワーク（２）に給電し、または、このように、増加した一次予備力を提供するために、前記電力供給ネットワーク（２）から電力を引き出す、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記風力発電設備（７）の前記サポートモードは、以下を含むリストから選択される少なくとも１つの運転モードを備えている、
−前記風力発電装置（７）のロータ（１８）が、電力を発生させることなく、風によって駆動されることによって回転するアイドリング運転モード、
−電力が供給されない、あるいはほとんど電力が供給されない、前記風力発電装置（７）の前記ロータ（１８）が、高回転速度で回転する高回転速度動作モード、
−電力供給なしで回転速度が最大回転速度まで増加するゼロ電力動作モード、
−前記風力発電設備（７）の前記ロータ（１８）が電力供給ネットワーク（２）からの電力（ＰＰＶ）によって駆動される電動動作モードを含み、その電力は、ソーラー発電設備による電力供給ネットワーク（２）へ瞬間的に供給される太陽光発電を超えない、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
−前記サポートモードへの切り替えは、一般的な風速に依存し、加えてまたはその代わりに、
−前記サポートモードの少なくとも１つの特性は、一般的な風速に依存する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
−前記サポートモードへの切り替え、加えてまたはその代わりに、
−前記サポートモードの少なくとも１つの特性、
は、前記電力供給ネットワーク（２）の少なくとも１つのネットワーク状態に依存し、または、以下を含むリストから選択される前記ネットワーク状態を表す変数に依存する、
−ネットワーク周波数、
−ネットワーク周波数の変化、
−ネットワーク周波数の変化の勾配、
−ネットワーク電圧、
−ネットワーク電圧の変化、
−ネットワーク状態を示す外部ネットワーク状態信号、
−周波数変換器によって前記電力供給ネットワーク（２）に供給される電力と、前記電力供給ネットワーク（２）に供給される総電力との比を特定する周波数変換器比率、および
−一次予備力を要求するネットワークオペレータによって送信されるリクエスト信号、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記風力発電設備（７）は、以下の場合に、サポートモードに切り替わり、その回転速度が通常モードと比較して増加する、
−少なくとも１つの前記太陽光発電設備が、その定格出力の少なくとも特定可能な最小比率を、前記電力供給ネットワーク（２）に供給する場合、
−一次予備力の要件が検出された場合、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、通常モードと比較して増加したロータ回転速度で、前記サポートモードで恒久的に運転され、
−少なくとも１つの前記太陽光発電設備は、その定格出力の少なくとも特定可能な最小比率を前記電力供給ネットワーク（２）に供給し、
−前記卓越風は非常に弱いので、少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、その定格出力の最大で所定の最大割合を、前記電力供給ネットワーク（２）に供給する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
相対的な一次予備力の要求が検出され、この相対的な一次予備力は、基準電力に関して追加で供給可能な電力を識別し、
太陽光一次予備力は、検出された相対的な一次予備力の要件と前記太陽光発電設備を識別する太陽光基準電力とに基づいて、予備で維持されるべきである、または前記太陽光発電設備によって提供されるべき一次予備力を識別する電力として決定され、
少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、決定された太陽光一次予備力を提供することができるようにサポートモードで運転される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記相対的な一次予備力は、前記電力供給ネットワーク（２）または関連するネットワークセクションに瞬時に供給される電力に関して、追加で給電される電力を指定し、および／または、
前記太陽光基準電力は、前記太陽光発電設備によって瞬時に電力供給ネットワーク（２）に供給される太陽光電力を特定し、および／または、
少なくとも１つの前記風力発電設備（７）は、このようにして前記太陽光発電設備のための太陽光一次予備力を提供するために、その通常モードと比較して、増大した回転速度を有するように、サポートモードで動作する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記太陽一次予備力は、相対的な一次予備力と瞬間的に給電される太陽光エネルギーの積として生成され、選択的には、
重み関数が考慮される、
請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記太陽光発電設備用、または太陽光発電設備と少なくとも１つの前記風力発電設備（７）とを含む混合設備用の方法であって、
瞬時に供給される太陽光発電、
前記通常モードにおいて少なくとも１つの前記風力発電設備（７）によって瞬時に供給される風力、
前記電力供給ネットワーク（２）のネットワーク状態、または前記ネットワーク状態を表す変数のネットワーク状態、
提供可能な太陽光一次予備力が計算され、前記太陽光一次予備力は、前記風力発電設備（７）が対応する前記サポートモードで動作しているときに、少なくとも１つの前記風力発電設備（７）が少なくとも１つの前記太陽光発電設備の助けを借りて、どれだけの一次予備力を確保できるかを指定する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
電力供給ネットワーク（２）に給電するために風から電気エネルギーを生成する風力発電設備（７）であって、
前記風力発電設備（７）は、それらのブレード角度に関して調整可能なロータブレードを持つ空力ロータ（１８）を有し、
前記ロータ（１８）は、可変のロータ回転速度で動作され、
前記風力発電設備（７）は、発電機電力を発生させるために、前記空力ロータ（１８）に連結された発電機を有し、
前記風力発電設備（７）は、利用可能な風力を定格電力まで前記電力供給ネットワーク（２）に供給する通常モードで運転され、利用可能な風力は、風から得られる電力を示し、風および風力発電設備（７）の技術的制限に応じて、前記電力供給ネットワーク（２）に供給され、
前記風力発電設備（７）は、同じ電力供給ネットワークに供給される少なくとも１つの太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードに切り替わる、
風力発電設備（７）。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法を実行するように準備される、
請求項１５に記載の風力発電設備（７）。
【請求項１７】
前記風力発電設備（７）は、共通のネットワーク接続ポイントを介して、前記電力供給ネットワーク（２）に給電する、
請求項１５または１６に記載の風力発電設備（７）。
【請求項１８】
請求項１７に記載の少なくとも１つの風力発電所（６）と少なくとも１つの太陽光発電設備とを備えた風力発電システムであって、
少なくとも前記太陽光発電設備は、同一の前記電力供給ネットワークに給電し、前記風力発電設備（７）は、それぞれ、少なくとも１つの前記太陽光発電設備の動作状況に応じて、その通常モードからサポートモードへ切り替える、
風力発電システム。
【国際調査報告】
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