(57)【要約】  本発明は、電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続され、電力エネルギーを生成して電力供給ネットワークに供給する風力発電設備の操作方法に関し、電力供給ネットワークは、ネットワーク公称周波数を有し、ネットワーク周波数で動作されるとともに、発電機公称電力を有する発電機を含む風力発電設備は、ネットワーク周波数に基づいて調整され、電力供給ネットワークに供給するために発電機電力を生成するために発電機を使用するステップと、ネットワーク周波数に基づいて発電機電力またはその一部を供給電力として電力供給ネットワークに供給するステップとを備え、第１サポートステージでは、それに応じて給電電力を減少させるために、ネットワーク周波数に基づいて発電機電力が減少され、第２サポートステージでは、給電電力が発電機電力よりも小さくなるように、給電電力が減少される。【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のネットワーク接続ポイントに接続され、電力エネルギーを生成して前記電力供給ネットワークに供給する風力発電設備の操作方法であって、前記電力供給ネットワークは、ネットワーク公称周波数を有し、ネットワーク周波数で動作されるとともに、発電機公称電力を有する発電機を含む風力発電設備は、前記ネットワーク周波数に基づいて調整され、
前記電力供給ネットワークに供給するために前記発電機電力を生成するために前記発電機を使用するステップと、
前記ネットワーク周波数に基づいて前記発電機電力またはその一部を給電電力として前記電力供給ネットワークに供給するステップと、
を備え、
第１サポートステージでは、それに応じて前記給電電力を減少させるために、前記ネットワーク周波数に基づいて前記発電機電力が減少され、
第２サポートステージでは、前記給電電力が前記発電機電力よりも小さくなるように、前記給電電力が減少される、
風力発電設備の操作方法。
【請求項２】
前記第２サポートステージによれば、前記ネットワーク周波数が所定の制限勾配を超える周波数勾配で変化する場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２サポートステージによれば、前記ネットワーク周波数が所定の周波数値を超える場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２サポートステージによれば、前記給電電力が、所定の期間、および／または少なくとも所定の超過値だけ、所望の電力、特に、前記発電機によって生成される前記発電機電力よりも小さい所望の電力よりも大きい場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２サポートステージによれば、前記第２サポートステージが、特に、前記電力供給ネットワークのオペレータまたは制御室によって要求された場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２サポートステージは、前記第１サポートステージが実行された後でのみ実行される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２サポートステージは、前記第１サポートステージとは独立して実行される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電力供給ネットワークに給電するための前記発電機電力は、前記ネットワーク周波数に基づいて、特に、前記ネットワーク公称周波数から前記ネットワーク周波数の偏差に基づいて、発電機を用いて生成され、前記発電機電力は、前記ネットワーク周波数が所定の所望の周波数を超える場合に減少される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記給電電力は、前記給電電力がゼロになるように減少される、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
特に、前記ネットワーク周波数が、所定の制限勾配を超える周波数勾配で変化する、および／または、前記ネットワーク周波数が、所定の周波数値以上になる場合には、前記電力供給ネットワークから電力を除去するステップも備えている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
所定の制限勾配は、
−０．５Ｈｚ／ｓｅｃ、または、
−０．５Ｈｚ／ｓｅｃ〜２Ｈｚ／ｓｅｃ、または、
−２Ｈｚ／ｓｅｃ
である、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ネットワーク周波数が、前記所定の制限勾配を下回る、特に、前記勾配を再び下回る周波数勾配で変化する場合には、前記給電電力は、前記第２サポートステージにおいて、前記給電電力が前記発電機電力と等しくなるように減少される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２サポートステージにおける前記給電電力の減少は、電力、特に、発電機電力および／または前記供給ネットワークからの電力の消費を含み、前記消費は、少なくとも部分的に、好ましくは、完全に、電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置によって実行される、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、少なくとも３秒、特に、少なくとも５秒間に、前記発電機公称電力に対応する電力を熱出力に変換する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、少なくとも３秒、特に、少なくとも５秒間に、前記発電機公称電力の２倍に対応する電力を熱出力に変換する、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記スイッチング装置は、少なくとも１つのチョッパを備えている、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記スイッチング装置は、チョッパバンクの形態である、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続された風力発電設備の操作方法であって、前記電力供給ネットワークは、ネットワーク公称周波数を有し、ネットワーク周波数で動作されるとともに、発電機公称電力を有する発電機を含む風力発電設備は、前記ネットワーク周波数に基づいて調整され、
電力を熱出力に変換し、前記ネットワーク周波数が所定の制限値を超える周波数勾配で変化した場合、前記供給ネットワークのネットワーク周波数をサポートするために、前記電力が前記電力供給ネットワークから除去されるステップを、備えている、
風力発電設備の操作方法。
【請求項１９】
発電機電力を生成するための発電機公称電力を有する発電機を備えた風力発電設備であって、前記風力発電設備は、電力供給ネットワークのネットワーク周波数に基づいて、前記発電機電力またはその一部を給電電力として前記電力供給ネットワークに供給するために、前記電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続されるように設定され、前記風力発電設備は、
第１サポートステージでは、それに応じて前記給電電力を減少させるために、前記ネットワーク周波数に基づいて前記発電機電力が減少され、
第２サポートステージでは、前記給電電力が前記発電機電力よりも小さくなるように、前記給電電力が減少され、特に、前記風力発電設備は請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法を実行するように設定される、
ように設定される、
風力発電設備。
【請求項２０】
電力を熱出力に変換するスイッチング装置によって特徴付けされ、前記スイッチング装置は、前記給電電力を減少させるために、前記発電機電力の少なくとも１部を消費するように設定されている、
請求項１９に記載の風力発電設備。
【請求項２１】
電力を熱出力に変換するための前記スイッチング装置は、発電機公称電力に対応する電力、好ましくは、発電機公称電力の２倍の電力を、少なくとも３秒、特に、少なくとも５秒で、熱出力に変換する、
請求項２０に記載の風力発電設備。
【請求項２２】
前記スイッチング装置は、チョッパバンクの形態である、および／または、整流器を含む、
請求項２０または２１に記載の風力発電設備。
【請求項２３】
請求項１９から２２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの風力発電設備を備えた風力発電所であって、負の風力発電所電力またはエネルギーを決定するために、前記風力発電所において前記風力発電設備に制御信号を送信するために、および、前記風力発電設備によって供給される状態信号を受信するために設定される風力発電所制御ユニットによって特徴付けされる風力発電所。
【請求項２４】
請求項２３に記載の風力発電所の制御方法であって、
前記風力発電設備からの状態信号、特に、前記風力発電設備のスイッチング装置が電力またはエネルギーを消費するための準備ができていることを要求するステップと、
前記風力発電設備からの要求された前記状態信号に基づいて、負の風力発電所電力またはエネルギーを決定するステップと、
決定された前記負の風力発電所電力またはエネルギーを用いて、前記風力発電所を制御する供給ネットワークオペレータおよび／または制御室を提供するステップと、
を備えた風力発電所の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続され、電気エネルギーを生成し電力供給ネットワークに供給する風力発電設備の操作方法に関する。本発明はまた、電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続された風力発電設備、およびネットワーク接続ポイントに接続された風力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力供給ネットワーク、例えば、公称周波数が５０Ｈｚの欧州統合ネットワークに電気エネルギーを供給することは一般に知られている。非常に一般的に、この場合の電力供給ネットワークは安全なネットワーク状態を有し、すなわち、それらは、特に、それらが動作するそれらのネットワーク周波数に関して安定している。したがって、この場合には、ネットワーク周波数は、通常、ネットワークの公称周波数の数百分の一しか変動しない。
【０００３】
しかし、電力供給ネットワークにおける様々な障害、いわゆるネットワーク障害、例えば、短絡は、電力供給ネットワークが脆弱なネットワーク状態に達するという結果につながり得る。そして、ネットワークは混乱する。しかしながら、大きな消費者または大きな生産単位の切断によって、既に混乱が生じている可能性もある。
そのような混乱の影響は、例えば、いわゆる過周波数または臨界過周波数である。そのような場合、供給ネットワークは、ネットワーク公称周波数よりかなり高いネットワーク周波数を有する。例えば、ネットワークの公称周波数が５０Ｈｚしかない場合でも、ネットワーク周波数は、５０．２Ｈｚである。
【０００４】
このような場合、実質的に全ての生産ユニットは、通常、電力の均衡の均衡に参加するために、ネットワーク周波数に基づいて、それらの出力電力を減少させる。このプロセスは、過周波数電力削減とも呼ばれる。
この場合、過剰周波数電力の削減は、基本的に、高レベルの過剰電力の場合に、ネットワーク周波数を安定させるように設計されている。これがうまくいかない場合、ネットワーク周波数は、例えば、生産単位が供給ネットワークから通常切断されている５１．５Ｈｚなどの臨界閾値まで上昇し続ける。
【０００５】
風力発電設備は、通常、ロータブレードを調整することによって電力低減に関与し、その結果、風力発電設備の歩留まりが低下し、それによって発電機の電力が低下する。そして、風力発電設備は、時間遅れでより少ない電力を、電力供給ネットワークに供給する。
そして、ネットワーク周波数が再び正規化されるとすぐに、再び時間遅延を伴って、発電機電力は、より多くの電力を供給ネットワークに再び供給するために、それに応じて増加する。
【０００６】
再生可能エネルギーの生産者、例えば、パワーエレクトロニクスを使用して、例えば、電力インバータに接続されている風力発電設備等の再生可能エネルギーの生産者との電力供給ネットワークの浸透の増大の結果として、将来の供給ネットワーク構造またはネットワークトポロジも変化する。
特に、主に、従来型の発電所の数が大幅に減少し、したがって、電力供給ネットワークに減衰効果、特に、周波数変動減衰効果があるフライホイール質量の量も減少する。
【０００７】
その結果、ネットワークの動作が変化し、ネットワークの安定化がますます困難になるであろう。さらに、これは、再生エネルギーの生産者がネットワークの安定化に対してますます責任を負うことを必要とする。
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 ２０１２ ２０３ ３３４号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２０６ １１９号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０４ ２８７号明細書。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０ ２０１２ ２０３ ３３４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２０６ １１９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０４ ２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、上述の問題のうちの１つに対処することである。特に、風力発電設備を使用して、供給ネットワークにおける将来の規制問題に対処することを可能にする解決策を提案することが意図されている。しかしながら、その意図は、少なくとも、これまでに知られている状況に対する代替案を提案することである。
したがって、本発明は、請求項１に記載の電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイント接続された風力発電設備を制御する方法を提案する。従って、風力発電設備は、電力供給網に供給するための発電機電力を発生するために、発電機を使用する。そして、風力発電設備は、ネットワーク周波数に基づいて、この発電機電力またはその一部を給電電力として電力供給ネットワークに供給する。ネットワーク周波数が変化した場合、本発明は、特に、第１および第２のサポートステージによって、２段階でネットワーク周波数の変化に反応することを提案する。
【００１０】
第１サポートステージでは、それに応じて給電電力を低減するために、発電機の電力がネットワーク周波数に基づいて低減される。したがって、第１サポートステージでは、例えば、風力発電設備のロータブレードを調整すること、または発電機の励磁電流を変更することによって、発電機電力をそれに応じて低減することによって、給電電力が低減される。これにより、発電機はより少ない電力を生成するか、または生成することができるようになる。したがって、第１サポートステージでは、発電機電力を使用して給電電力が低減される。
【００１１】
第２サポートステージでは、給電電力が発電機電力よりも小さくなるように、給電電力が低減される。これは、例えば、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように設定されたいわゆる電力チョッパを使用して達成することができる。この場合、電力チョッパは、特に、大きな電力、特に、風力発電設備の全体の給電電力を変換するように設定されている。この場合、電力チョッパは、発電機の電力クラスに対応することが好ましい。
【００１２】
したがって、給電電力の低減は、特に、通常発生する損失と明確に区別されるべきである所望の技術的電力低減を意味すると理解されるべきである。
したがって、本発明は、ネットワークサポートのために少なくとも２つのサポートステージを提供する。各サポートステージは、それ自体の方法で電力供給ネットワークをサポートすることに貢献することができる。したがって、この目的のために、特に、発電機電力を使用して第１サポートステージでの給電電力を減少させ、エネルギーシンク、例えば、電力チョッパを使用して、第２サポートステージでも、それを減少させることが提案される。したがって、電力チョッパは、特に、風力発電設備の給電電力を直接低減するように設定されている。
【００１３】
したがって、本発明に係る方法は、特に、急速な方法で風力発電設備の給電電力を低減することを可能にする。したがって、特に、提案された方法は、したがって、０．４秒未満の範囲内で、給電電力を完全に低減することを可能にし、その結果、特に、必要に応じて、風力発電設備は、非常に短い時間内、好ましくは、１秒以内に、もはや電力を供給ネットワークに供給しない。
【００１４】
第２サポートステージに従って、または第２サポートステージにおいて、ネットワーク周波数が、所定の制限勾配を超える周波数勾配で変化する場合には、給電電力が低減されることが好ましい。
よって、第２サポートステージは、電力供給ネットワークが所定の制限勾配よりも大きい周波数勾配を有する場合に作動する。例えば、電力供給ネットワークの周波数勾配が所定の制限勾配を超える場合、風力発電装置の給電電力を低減するために電力チョッパが作動される。
【００１５】
この場合、そのような手順が風力発電設備の方位角調整またはロータブレードの調整よりもかなり小さい時定数を有することは特に有利である。したがって、この第２サポートステージでは、第１サポートステージよりもかなり急速に電力が減少する。しかしながら、そのような急速な減少は、あらゆる状況において必要ではないことが認識されている。そのような急速な減少が必要であるか、または望ましいかどうかを迅速に判断するために、ここでは、その周波数勾配に基づいてネットワーク周波数の変化を評価することが提案される。その周波数勾配が限界勾配を下回る場合、例えば、発電機電力が低減される第１サポートステージでのサポートで十分であり得る。
【００１６】
この場合、所定の制限勾配は、風力発電設備のネットワーク接続ポイントに従って選択されることが好ましい。毎秒少なくとも０．４Ｈｚ、特に、毎秒０．５Ｈｚの所定の制限勾配が有利であることが判明した。
この場合、ネットワーク周波数勾配自体は、ネットワーク周波数を経時的に測定することによって決定することができる。これは、風力発電設備または風力発電設備を有する風力発電所、好ましくは、風力発電所制御ユニットによって、または、捕捉された周波数勾配を風力発電所または風力発電設備に送信する供給ネットワークオペレータによって局所的に実行することができる。その代わりに、供給ネットワークオペレータは、捕捉された周波数勾配に基づいて、風力発電所または風力発電設備についての所望の値を送信することもできる。
【００１７】
第２サポートステージに従って、または第２サポートステージにおいて、ネットワーク周波数が所定の周波数値を上回る場合には、給電電力を低減することが好ましい。
したがって、ネットワーク周波数が所定の周波数値を上回っている場合、第２サポートステージは好ましくは起動される。この場合、所定の周波数値は、５０Ｈｚのネットワーク公称周波数に対して、ネットワーク公称周波数よりも大きく、例えば、所定の周波数値は、５０．２Ｈｚである。
【００１８】
そして、第２サポートステージは、第２サポートステージが最初にトリガされない周波数不感帯を有する。
ネットワーク周波数が所定の周波数値を上回る場合、第２サポートステージに従って、給電電力が低減されるという事実は、周波数勾配が限界勾配を超える場合にも、またはその代わりに実行することができる。
【００１９】
制限勾配と絶対周波数値の両方が第２サポートステージを使用するためにチェックされる場合、２つの基準のうちの一方だけが満たされる場合、または両方の基準が満たされる場合、第２サポートステージを作動させることができる。両方の基準を一緒に考慮に入れるために、別の基準、例えば、別の限界値もまた提供され得る。
両方の基準が組み合わされる場合、ネットワーク周波数の周波数勾配が周波数不感帯の外側でのみ所定の制限勾配を超えるかどうかを判定するためにチェックが実行されるようにすることができる。ネットワーク周波数が所定の周波数値を上回り、かつネットワーク周波数が所定の限界値を超える周波数勾配で変化する場合には、給電電力が低減され、特に、第２サポートステージが起動または起動される。
【００２０】
所定の周波数値は、好ましくは、ネットワーク公称周波数の０．１％から１％の範囲内、特に、０．２％から０．５％の範囲内であって、限界値の好ましい値は、ネットワーク公称周波数の０．４％である。
第２サポートステージでは、給電電力が所定の期間の間および／または少なくとも所定の超過値だけ所望の電力を超えている場合、特に、発電機によって生成される発電機電力よりも小さい所望の電力を超えている場合には、給電電力は低減されることが好ましい。
【００２１】
したがって、第２サポートステージもまた、特に、好ましくは起動され、給電電力が所定の期間にわたって特定の所望の電力を超えたときに、給電電力も減少される。これは、技術的な理由で、例えば、例えば、ナセルが風から外れるほど速く回転せず、風力発電設備の歩留まりが高過ぎるために、発電機によって達成されることを意図されていない、またはそれに従うことが意図されていない勾配で、給電電力を減少させなければならない場合に当てはまる。そして、所望の電力は、例えば、規制の結果として、または他の仕様によって、必要に応じて急速に低減されるが、実際の低減、すなわち、実際の電力はそれほど急速には一致しない。この目的のために、第２サポートステージの使用が提案されている。そのような場合には、特に、電力チョッパによって、現在、生成されている発電機電力よりも低い給電電力が低減される。
【００２２】
この場合、風力発電設備は、任意の所望の電力値に達するために不必要に高い機械的負荷にさらされる必要がないこと、特に、そのような実施形態は、特に、風力発電設備のドライブトレインに対して、設備の、特に、穏やかな動作モードを可能にすることが特に有利である。
第２サポートステージによれば、または第２サポートステージでは、第２サポートステージが、特に、電力供給ネットワークのオペレータによって、あるいは制御室によって要求された場合には、給電電力は、好ましくは、減少される。
【００２３】
これにより、たとえ、それが電気エネルギーを電力供給ネットワークに供給していなくても、例えば、風力発電設備が、エネルギーシンクとして、または、特に、有効電力の消費者として、供給ネットワークオペレータによって操作されることを可能とする。このような外部要求信号に対する制御入力は、この目的のために提供されることが好ましい。
したがって、この方法は、風力発電設備の発電機が電力供給ネットワークに供給するための発電機電力を全く生成していなくても、風力発電設備のネットワークサポート効果を可能にする。これは、電力供給ネットワークに特に有利な効果をもたらす。
【００２４】
第２サポートステージは、第１サポートステージが実施された後にのみ、実行されることが好ましい。
よって、第２サポートステージは、発電機電力がネットワーク周波数に基づいて低減された後にのみ作動されることが好ましい。発電機電力の減少が、対応する給電電力を供給するために、もはや十分ではない場合にのみ、給電電力は、例えば、電力チョッパによってさらに減少される。
【００２５】
その代わりに、第２サポートステージは、第１サポートステージとは独立して実行される。
この場合、方法が、２つの異なる変数に基づいて、すなわちネットワーク周波数偏差およびネットワーク周波数勾配に基づいて、風力発電設備の給電電力を調整する２つの調整部を有することが特に有利である。よって、迅速な制御ループおよび遅い制御ループが提供されるかまたは可能にされる。
【００２６】
例えば、５０Ｈｚから始まるネットワーク周波数が、例えば、毎秒０．５Ｈｚを超える周波数勾配で変化する場合、給電電力は、電力チョッパによって減少させることが好ましい。この手法にもかかわらず、ネットワーク周波数が所定の所望の周波数、例えば、５０．２Ｈｚを超えると、発電機電力は、例えば、発電機の励起を使用してさらに低減される。したがって、特に必要であれば、発電機電力の低減、すなわち第１サポートステージは、さらに、給電電力、すなわち第２サポートステージの低減を目的として行われる。
【００２７】
電力供給ネットワークに給電するための発電機電力は、ネットワーク周波数に基づいて、特に、ネットワーク公称周波数からのネットワーク周波数の偏差に基づいて発電機を使用して生成されることが好ましく、ネットワーク周波数が所定の所望の周波数を上回る場合には、発電機電力が減少する。
よって、発電機は、ネットワーク周波数に基づいて調整されることが好ましい。ネットワーク周波数が特定の所望の周波数、例えば、５０Ｈｚまたは５０．２Ｈｚを超えると、発電機の電力が減少し、その結果、給電電力も減少する。これとは対照的に、またはそれに加えて、例えば、毎秒０．５Ｈｚを超える周波数勾配でネットワーク周波数が変化する場合、給電電力は発電機電力とは無関係に減少させることが好ましい。この場合、給電電力は、電力チョッパによって発電機電力を熱出力に変換することによって低減することができる。よって、給電電力の減少は、特に好ましくは、発電機電力を減少させることによる給電電力の減少から行われる。この目的のために、発電機は、特に、ネットワーク公称周波数からのネットワーク周波数の偏差を使用して、他の変数に基づいて制御されることが好ましい。したがって、発電機は制御されないか、または周波数勾配に基づいて制御されるだけではない。周波数勾配は、周波数依存制御のためのトリガとなり得る。
【００２８】
給電電力は、給電電力がゼロに等しくなるように減少されることが好ましい。
よって、風力発電設備は、例えば、電力破壊および／または電力消散によって、最短時間内にその公称電力から０パワーにその給電電力を低減するように設定される。この目的のために、風力発電設備の電力チョッパは、特に、消費可能な最大電力、耐用年数および許容電力勾配に関して、従来のブレーキチョッパまたはクローバとは相当異なる対応する電力クラスを有する。
【００２９】
特に、ネットワーク周波数が所定の限界値を超える周波数勾配で変化する場合、および／または、ネットワーク周波数が所定の所望の周波数以上である場合、電力は、給電ネットワークから除去されることが好ましい。
周波数偏差に基づく発電機電力の制御、および周波数勾配に基づく給電電力の制御は、電力供給ネットワークを支援するため、または設備もしくは発電機公称電力よりも大きい、または少なくとも現在の発電機電力よりも大きい周波数サポートに貢献するために、風力発電設備が、電力、特に、電力供給ネットワークからの有効電力を消費することも可能とする。
【００３０】
１つの好ましい実施形態では、風力発電設備は、無効電力を電力供給ネットワークに供給し、電力供給ネットワークから有効電力を引き出すように設定されている。この目的のために、例えば、フルコンバータの概念を有する風力発電設備では、電力チョッパは、フルコンバータのＤＣ電圧中間回路に配置され、フルコンバータのインバータは、有効電力を除去するために双方向設計を有する。一方、風力発電設備は、無効電力を電力供給ネットワークに供給し続けながら、電力供給ネットワークから電力チョッパを使用してそれを熱出力に変換する。
【００３１】
よって、少なくとも２象限動作、すなわち無効電力の供給および有効電力の除去が可能になる。この方法は、既存の風力発電設備モデルにも適用される。電力、特に有効電力は、周波数勾配に基づいておよび／または周波数偏差に基づいて、電力供給ネットワークから除去されることが好ましい。
好ましくは、周波数勾配の所定の限界値は、毎秒０．５Ｈｚであることが提案される。したがって、ネットワーク周波数が毎秒０．５Ｈｚよりも大きい周波数勾配で変化するときにのみ、給電電力が減少する。従って、毎秒０．５Ｈｚの好ましい限界値より下では、供給された電力は、発電機電力によってのみ調整される。よって、毎秒０．５Ｈｚの好ましい限界値を下回ると、給電電力は、発電機電力によってほぼ完全に決定される。すなわち、発電機によって生成された電力は、損失および風力発電設備の個人的な要求を除いて、電力供給ネットワークに完全に供給される。毎秒０．５Ｈｚの所定の限界値を超えると、例えば、発電機の電力を熱出力に変換することによって、給電電力がさらに低減される。
【００３２】
したがって、この方法は、単純なロータブレード調整では通常達成することができない方法で、特に、速度で供給された電力を低減することを可能にする。さらに、本発明に係る方法は、電力を迅速に減少させるために、その励起を急激に変える必要はなく、むしろ高い時定数で調整することができるため、風力発電設備の発電機にとって特に穏やかである。
【００３３】
所定の限界値はまた、ネットワークトポロジに応じて、または、特に、ネットワークオペレータによる必要に応じて、毎秒０．５Ｈｚから毎秒２Ｈｚの間、例えば、毎秒０．６Ｈｚまたは毎秒１．２Ｈｚであってもよい。これは、特に、弱い電力供給ネットワーク、すなわちそれらのトポロジーのために、とにかく許容される高周波変動を有するものには有利である。
【００３４】
ネットワーク周波数が所定の限界値をアンダーシュートする、特に、この値を再度アンダーシュートする周波数勾配で変化する場合には、給電電力が発電機電力に等しくなるように、給電電力が減少されることが好ましい。したがって、この実施形態によれば、給電電力は、発電機電力よりも低い高周波勾配の場合にのみ低減される。
したがって、電力供給ネットワークが再び回復した場合、すなわちネットワーク周波数の周波数勾配が再び正規化した場合、つまり小さくなり、再び所定の限界値を下回る場合、給電電力の減少を停止することが好ましい。したがって、ネットワーク周波数の周波数勾配が再び所定の限界値を下回る場合、発電機電力は、もはや熱出力には変換されない。
【００３５】
１つの好ましい実施形態によれば、１秒当たり２Ｈｚの所定の勾配の最大限度が風力発電設備の完全な切断の代替としても使用できるため、特に有利であることも確認された。
よって、例えば、毎秒２Ｈｚで開始されるべきであるように、風力発電設備を切断する代わりに、この方法を使用することもできる。
給電電力の減少は、電力を消費すること、特に、発電機電力の少なくとも一部を消費することを含むことが好ましく、それは電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置によって少なくとも部分的に実行される。
【００３６】
したがって、発電機電力またはその一部を消費することによって、給電電力が低減される。この場合、発電機電力は、例えば、強力な抵抗回路または大型チョッパ、特に、電力チョッパを使用して、電力を熱出力に変換するスイッチング装置によって消費される。この場合、風力発電設備および抵抗回路またはチョッパは、発電機電力とは無関係に供給された電力を減少させるために、それに応じて大きな電力を熱出力に変換するように設計されている。
【００３７】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、少なくとも３秒間、特に、少なくとも５秒間、発電機の公称電力に対応する電力を熱出力に変換するように設定されることが好ましい。
したがって、スイッチング装置は、少なくとも３秒間、完全な発電機電力を熱出力に変換するように設定され、それによって、供給された電力がゼロに低減される。したがって、風力発電設備は、発電機が公称電力で運転され、発電機の公称電力に対応する発電機電力を生成するとしても、少なくとも３秒間、電力供給ネットワークに電力を供給しないように設定される。
【００３８】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、発電機の公称電力の２倍に相当する電力を少なくとも３秒間、特に少なくとも５秒間、熱出力に変換するように設定されることが特に好ましい。
特に好ましい一実施形態では、スイッチング装置は、発電機の公称電力の２倍を消費するか、または少なくとも３秒間、好ましくは５秒間それを熱に変換するように設定される。したがって、風力発電設備は、たとえ発電機が公称電力で運転され、発電機の公称電力に対応する発電機電力を生成し、電力、特に、発電機電力に対応する有効電力を電力供給ネットワークから除去することができるとしても、少なくとも３秒間、電力供給ネットワークに電力を供給しないように設定されている。
【００３９】
したがって、電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、少なくとも１つのチョッパを含むか、またはチョッパもしくは抵抗回路の形態であって、風力発電設備のインバータのＤＣ電圧中間回路、特に、風力発電設備のフルコンバータのＤＣ電圧中間回路に配置されることが好ましい。
したがって、スイッチング装置は、対応するサイズを有し、特に、スイッチング装置は、できるだけ多くの電力を長期間にわたって熱出力、特に熱に変換するために、互いに平行に配置された多数のチョッパからなる。しかしながら、複数または多数のチョッパは、チョッパまたはチョッパバンクとも呼ばれる。
【００４０】
本発明はまた、電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続されている風力発電設備を動作させるための方法を提案し、電力供給ネットワークは、ネットワーク周波数を有し、発電機の公称電力を有する発電機を含む風力発電設備は、ネットワーク周波数に基づいて調整される。この方法は、電力を熱出力に変換するステップを含み、ネットワーク周波数が所定の限界値を超える周波数勾配で変化する場合、電力は、供給ネットワークのネットワーク周波数をサポートするために電力供給ネットワークから除去される。
【００４１】
したがって、この方法は、風力発電設備自体が電力を供給しない場合でも、電力供給ネットワークから電力、特に、有効電力を消費することを可能にする。風力発電設備は、その後、もっぱら消費者として操作され、風力発電設備の消費者特性は、上記または下記のスイッチング装置によって可能にされる。さらに、風力発電設備は、必要に応じて、電気消費者、特に、公称電力が１ＭＷを超える大規模消費者として動作するように設定されている。
【００４２】
本発明はまた、発電機電力を生成するための発電機公称電力を有する発電機を備える風力発電設備を提案し、風力発電設備は、発電機電力またはその一部を、電力供給ネットワークのネットワーク周波数に基づく給電電力として、電力供給ネットワークに供給するために、電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続されるように設定され、風力発電設備は、上記または下記の方法を実行するように設定されている。
【００４３】
特に、風力発電設備は、第１サポートステージでは、それに応じて給電電力を減少させるために、ネットワーク周波数に基づいて発電機電力が減少するように設定され、第２サポートステージでは、給電電力が発電機電力よりも小さくなるように、給電電力が減少するように設定される。この目的のために、風力発電設備は、発電機を制御することができる、または少なくとも発電機の制御をトリガすることができ、かつ第２サポートステージを制御することが可能な対応する給電制御ユニットを有することが好ましい。第２サポートステージを制御するために、給電制御ユニットは、特に、第２サポートステージを実行する目的のためにエネルギーを消費するように、この装置を制御するために、電気エネルギーを消費するための装置に接続される。
【００４４】
風力発電設備は、電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置を備えることが好ましく、スイッチング装置は、給電電力を低減するために発電機電力の少なくとも一部を消費するように設定される。特に、スイッチング装置は、給電制御ユニットに接続されており、その結果、給電制御ユニットは、スイッチング装置を制御することができ、それによって電力を熱出力に変換することができる。
【００４５】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、発電機の公称電力、好ましくは発電機の公称電力の２倍に対応する電力を、少なくとも３秒間、特に少なくとも５秒間、熱出力に変換するように設定されることが好ましい。
スイッチング装置は、チョッパバンクまたは電力チョッパバンクの形態であること、および／または整流器を含むことが特に好ましい。
【００４６】
したがって、風力発電設備の給電電力を低減するために発電機電力を熱出力に変換するために、電力チョッパまたは電力チョッパバンクを、直流電圧中間回路と風力発電設備のインバータ出力との両方に配置することができる。入力において、チョッパバンクは、風力発電設備のインバータの出力で発電機電力を消費するように設定されたダイオード整流器を有することが好ましい。
【００４７】
本発明はまた、上記または下記の少なくとも１つの風力発電設備を備える風力発電所を提案し、風力発電所は、風力発電所内の風力発電設備に制御信号を送信し、負の風力発電所電力またはエネルギーを決定するために、風力発電所内の風力発電設備によって提供される状態信号を受信するように設定された風力発電所制御ユニットを有する。
したがって、風力発電所は、本発明に係る風力発電設備によって、特に、上記または下記の方法を実行するように設定されているそれらのスイッチング装置によって提供される、風力発電施設内の個々の風力発電設備の可能な負の電力またはエネルギーを決定するように設定された風力発電所制御ユニットを有する。この場合、負の電力またはエネルギーは、現在供給されている電力またはエネルギーを減らすことができる電力またはエネルギーである。その結果、特に、供給される電力の減少を計画する、または少なくとも決定することが可能である。減少を実施することができるまたは実施することを意図している時間を考慮することも重要であるため、エネルギーの考慮が提案されることが好ましい。
【００４８】
本発明はまた、上記または下記の風力発電所の制御方法を提案する以下のステップを含む；風力発電設備からの状態信号、特に、風力発電設備のスイッチング装置がエネルギーを消費する準備ができているか否かを要求するステップ、風力発電設備からの要求された状態信号に基づいて、負の風力発電所電力またはエネルギーを決定するステップ、および、供給ネットワークオペレータおよび／または風力発電所を制御する制御室に、決定された負の風力発電所電力またはエネルギーを供給するステップ。
【００４９】
風力発電設備のスイッチング装置によって提供される個々の風力発電設備の決定された負の電力またはエネルギーは、負の風力発電所電力またはエネルギーを形成するために合計され、例えば、情報として供給ネットワークオペレータに利用可能にされる。そして、供給ネットワークオペレータは、必要に応じて、電力供給ネットワークを支援するために、このようにして供給されたこの負の風力発電所電力またはエネルギーを取り出すことができる。本発明は、添付の図面を参照して、例示的な実施形態に基づいて例として以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】好ましい風力発電設備の概略図。
【図２】電気エネルギーを生成し供給するための一実施形態に係る風力発電設備の電気セクションの概略構造を示す図。
【図３】好ましい一実施形態において風力発電設備を動作させるための本発明による方法のシーケンスを概略的に示す図。
【図４】一実施形態に係る風力発電設備における過周波数電力消費を概略的に示す図。
【図５】一実施形態に係る電気エネルギーを生成し供給するための風力発電所の概略構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、電気エネルギーを生成し電力供給ネットワークに供給する風力発電設備１００を示す。
この目的のために、風力発電設備１００は、タワー１０２、ナセル１０４を有している。３つのロータブレード１０８を有する空力ロータ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させられ、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動するとともに、発電機は、好ましくは、６相リング発電機の形態である。
【００５２】
図２は、図１に示された風力発電設備の電気セクション２００を簡略化して示している。
電気セクション２００は、６相交流電流を生成するために、発電機が風力発電設備の機械駆動系を介して風によって回転させられる発電機電力ＰＧＥＮを生成するための発電機公称電力を有する６相リング発電機２１０を有している。６相交流電流は、発電機２１０によって、直流電圧中間回路２３０を介して３相インバータ２４０に接続されている整流器２２０に転送される。この場合、同期発電機の形態の６相リング発電機２１０は、ＤＣ電圧中間回路２３０からの励磁２５０を介して制御され、励振は、特に別の電流コントローラによって、他の電源から供給されてもよい。
【００５３】
したがって、電気セクション２００は、風力発電用変圧器２６０を介して、３相インバータ２４０を介して、給電電力ＰＥＩＮをネットワーク２７０に供給するフルコンバータの概念を有する。このネットワーク２７０は、通常、風力発電所変圧器を介して、電力供給ネットワークに給電する風力発電所ネットワークである。
各相Ｕ，Ｖ，Ｗについて３相電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を生成するために、インバータ２４０は、許容帯域法で制御される。この場合、制御は、電流捕捉ユニット２４４によってインバータ２４０によって生成された３つの電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のそれぞれを捕捉するコントローラ２４２を介して影響される。よって、コントローラ２４２は、電流捕捉ユニット２４４によって、インバータ２４０の各相を個別に制御するように設定されている。この目的のために、所望の電流値ＩＳＯＬＬをコントローラ２４２に指定することができ、それに基づいて電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３が調整される。目標電流値ＩＳＯＬＬは、設備内の各相Ｕ，Ｖ，Ｗについて個別に計算され、コントローラ２４２に対して指定されることが好ましい。
【００５４】
電気セクション２００はまた、電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置２８０を有し、このスイッチング装置は、発電機公称電力の２倍に対応する電力を、少なくとも５秒間、熱出力ΔＰＴＨに変換するように設定されている。
スイッチング装置２８０は、ネットワーク周波数が所定の限界値を超える周波数勾配で変化する場合、給電電力ＰＥＩＮが発電機電力ＰＧＥＮより小さくなるように、給電電力ＰＥＩＮを減少させるために、（Ａ）直流電圧中間回路２３０、または（Ｂ）ダイオード整流器２８２を介してインバータ２４０と風力発電用変圧器２６０との間の相Ｕ，Ｖ，Ｗに接続することができる。したがって、スイッチング装置２８０は、大きな電力を変換するように設定されている。
【００５５】
給電電力ＰＥＩＮを減少させるために、スイッチング装置２８０は、風力発電設備コントローラまたは風力発電所コントローラから制御信号Ｓを受信し、更なる信号を制御装置に転送または返信するための制御入力２８４を有する。
したがって、発電機２１０によって生成される発電機電力ＰＧＥＮは、給電電力ＰＥＩＮが低減されるように、スイッチング装置２８０によって低減される。したがって、スイッチング装置２８０は、高電力を熱出力に変換するための装置である。この目的のために、スイッチング装置は、大きな電力とエネルギーを変換するためのチョッパバンクの形態であることが好ましい。スイッチング装置２８０はまた、ネットワーク周波数、特に、周波数勾配に基づいて制御される。
【００５６】
図３は、好ましい一実施形態において、風力発電設備を動作させるための本発明に係る方法のシーケンス３００を概略的に示す。この方法は、特に、ネットワーク周波数が所定の限界値を超える周波数勾配で変化する場合に、給電電力が発電機電力よりも小さくなるように、給電電力を低減することに関する。
この目的のために、供給ネットワークが安定状態にある間、風力発電設備の発電機は、電力供給ネットワークに供給するための発電機電力を生成する。これは、特に、ネットワーク周波数ｆＮが、ネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮに実質的に対応し、ネットワーク周波数の周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔが所定の限界値Ｇよりも小さいことを意味する。ブロック３１０は、ネットワーク周波数の周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔが周波数勾配の所定の限界値Ｇより小さいことを示し、ブロック３４０は、ネットワーク周波数ｆＮがネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮに実質的に対応することを示す。
【００５７】
ネットワーク周波数ｄｆＮ／ｄｔの周波数勾配が所定の限界値Ｇ未満である場合、電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、熱出力ΔＰＴＨを変換しない。これは、ブロック３２０によって示されている。
ネットワーク周波数ｄｆＮ／ｄｔの周波数勾配が所定の限界値Ｇ未満であるかどうかを決定するためのチェックは、例えば、ネットワーク周波数ｆＮを捕捉し、続いて動的に捕捉されたネットワーク周波数ｆＮを、時間ｔにわたって平均することによって動的に行われる。ブロック３２５は、ネットワーク周波数ｄｆＮ／ｄｔの周波数勾配の動的捕捉を示す。
【００５８】
ネットワーク周波数の周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔが所定の制限値Ｇ未満である場合には、スイッチング装置は、依然として熱出力ＰＴＨを変換しない。
しかしながら、ネットワーク周波数の周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔが所定の限界値Ｇを超えると、スイッチング装置は、電力、特に発電機電力ＰＧＥＮの一部を熱出力ＰＴＨに変換する。これにより、給電電力ＰＥＩＮが直接減少する。ブロック３３０は、電力を熱出力ΔＰＴＨに変換することによって、給電電力ＰＥＩＮが直接低減されることを示す。
【００５９】
そして、ネットワーク周波数の周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔが、再び所定の限界値Ｇ未満である場合には、スイッチング装置は電力の変換を停止する。
ネットワーク周波数の周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔが依然として所定の限界値Ｇを超える場合には、電力は変換され続け、変換された電力の絶対値はさらに増加する。
スイッチング装置の過負荷を防ぐために、スイッチング装置の温度が監視されることが好ましい。これは、ブロック３３５によって示されている。
【００６０】
変換された熱エネルギーΔＥＴＨが臨界限界値ＥＫＲＩＴを超える場合には、風力発電設備がもはやいかなる電力も供給しないように、発電機電力ＰＧＥＮがさらに低減されるかまたは発電機の電源が切られる。これは、ブロック３９０によって示されている。
したがって、本発明に係る方法は、ネットワーク周波数に基づいて発電機を調整する発電機制御とは独立して実行される。
【００６１】
発電機調整は、スイッチング装置の制御とは無関係に行われることが好ましい。
ネットワーク周波数ｆＮが実質的にネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮ以下である場合には、発電機は、生成された発電機電力ＰＧＥＮ全体を給電電圧ＰＥＩＮとして給電ネットワークに供給することが好ましい。これは、ブロック３５０によって示される。
ネットワーク周波数ｆＮがネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮ以下であるか、または所定の所望の周波数ｆＳＯＬＬ以下であるかどうかを判断するためのチェックは、ブロック３５５によって示される。例えば、ネットワークの公称周波数が５０Ｈｚで、所望の周波数が５０．１Ｈｚの場合には、発電機は、そのレギュレーションに一種の不感帯を有する。ネットワーク周波数ｆＮは、ネットワーク周波数ｆＮがネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮまたは所望の周波数ｆＳＯＬＬを超えているかどうかを比較することによって決定する風力発電所制御ユニットによって捕捉されてもよい。
【００６２】
ネットワーク周波数ｆＮがネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮまたは所望の周波数ｆＳＯＬＬに実質的に等しいかそれより小さい場合には、発電機は依然として、給電電力ＰＥＩＮとして発電ネットワーク全体に生成された発電機電力ＰＧＥＮを供給する。
しかしながら、ネットワーク周波数ｆＮがネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮまたは所望の周波数ｆＳＯＬＬを超える場合には、発電機電力ＰＧＥＮは減少する。そして、発電機は、低減された発電機電力ＰＧＥＮを給電電力ＰＥＩＮとして電力供給ネットワークに供給する。ブロック３６０は、所望の周波数ｆＳＯＬＬを超えた場合には、発電機がネットワーク周波数ｆＮに基づいて低減された発電機電力を給電電力ＰＥＩＮとして電力供給ネットワークに供給するという事実を示す。
【００６３】
ネットワーク周波数ｆＮが、今度は、ネットワークの公称周波数ｆＮＥＮＮまたは所望の周波数ｆＳＯＬＬに再びアンダーシュートするかまたはそれに対応する場合には、発電機は、その状態を保持し再び始動される。
ネットワーク周波数ｆＮが依然としてネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮまたは所望の周波数ｆＳＯＬＬを超えている場合には、発電機電力ＰＧＥＮは再びまたは依然として減少される。
【００６４】
それにもかかわらず、ネットワーク周波数ｆＮがそれにもかかわらず、例えば、ネットワークオペレータによって指定された臨界周波数ｆＫＲＩＴを超える場合には、発電機電力ＰＧＥＮはかなり減少する、あるいは、発電機はもはや発電機電力を生成しない状態に変わる。ブロック３９０は、風力発電設備がもはやいかなる電力も供給しないように発電機の電源が切られているという事実を示す。
【００６５】
図４は、一実施形態による風力発電設備での過周波数電力消費量４００を概略的に示す。この場合、特に、本発明に係る方法の動作方法は、ネットワーク周波数ｆＮの変動に基づいて示される。
ネットワーク周波数ｆＮは、上のグラフ４１０において時間ｔに対してプロットされている。この場合、ネットワーク周波数は、５０Ｈｚのネットワーク公称周波数ｆＮＥＮＮ、例えば、５０．０２Ｈｚよりも数百分の一大きく、わずかに変動する。したがって、時間ｔ１までは、電力供給ネットワークは実質的に周波数安定的に振舞う、すなわち、大きな周波数偏差または比較的急峻な周波数勾配を持たない。
【００６６】
発電機電力ＰＧＥＮは、中央のグラフ４２０の時間に対してプロットされている。この場合、発電機は、ネットワーク周波数ｆＮに基づいて制御され、わずかに振動する発電機電力ＰＧＥＮを生成する。スイッチング装置によって変換された熱出力ΔＰＴＨも同様に、中央グラフ４２０に示されている。この場合、スイッチング装置は、周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔに基づいて制御される。電力供給ネットワークは、所定の限界値Ｇを超える周波数勾配ｄｆＮ／ｄｔを有していないため、電力、特に、発電機電力は熱出力に変換されない。
【００６７】
給電電力ＰＥＩＮは、発電機電力ＰＧＥＮおよび熱変換電力から得られ、時刻ｔ１までは実質的に発電機電力ＰＧＥＮに対応する。これは、下段のグラフ４３０に示されている。
時間ｔ１において、電力供給ネットワークは、所定の限界値Ｇよりも大きい周波数勾配４１２の形で混乱している。これは、例えば、測定装置によって捕捉することができる。
【００６８】
そして、スイッチング装置、特に、電力チョッパが作動させられる。これは、中央のグラフの下半分の平面４２２に示されている。周波数偏差に基づいて制御される発電機は、少なくとも当面の間、これによる影響を受けないままである。
スイッチング装置のスイッチオンは、電力供給ネットワークを安定させるために、発電機電力ＰＧＥＮ全体と電力供給ネットワークから除去された電力の一部との両方を熱出力、特に、熱に変換するという結果をもたらす。これは、グラフ４３０に示されている。したがって、スイッチング装置は、発電機電力を熱出力に変換することによって給電電力を０に低減するだけでなく、電力供給ネットワークからの追加の余剰電力、特に、有効電力を、熱出力に変換する。したがって、風力発電設備は、接続ポイントにおいて、負の電力、特に、負の有効電力バランスを有する。
【００６９】
本発明に係るこの手法のために、ネットワーク周波数は、再びゆっくりと回復し、その結果、周波数勾配４１４を有するネットワーク周波数はネットワーク公称周波数に近づき、周波数勾配４１４は、所定の限界値よりも小さい。
ここで、スイッチング装置は、供給ネットワークが時間ｔ２において、再び周波数安定状態になるまで、発電機電力のその電力消費をゆっくり減少させる。
【００７０】
本発明に係る方法の実行中、特に、周波数偏差がネットワーク公称周波数から０．２Ｈｚを超え、５秒を超えて続く場合には、発電機電力もネットワーク周波数に基づいて減少させることが好ましい。これは、一例として、領域４２４の中央のグラフ４２０に示されている。
図５は、一例として、図１による３つの風力発電設備１００を有する風力発電所５００を示す。したがって、３つの風力発電設備は、風力発電所５００内の基本的に任意の所望の数の風力発電設備を代表するものである。風力発電設備１００は、風力発電所ネットワーク５７０を介して、それらの給電電力ＰＥＩＮを供給する。これらの個々の給電電力ＰＥＩＮは、ネットワーク接続ポイントＰＣＣにおいて、風力発電所変圧器５９０を介して風力発電所電力ＰＰＡＲＫとして一緒に供給ネットワーク５９４に供給され、これは風力発電所内の電圧を昇圧する。
【００７１】
この場合、風力発電所５００は、風力発電所制御ユニットＦＣＵとも呼ばれる風力発電所制御ユニット５４２を介して制御される。この目的のために、風力発電所制御ユニット５４２は、測定手段５４４によってネットワーク周波数、特に、周波数偏差および周波数勾配を捕捉する。風力発電所制御ユニットはまた、制御ライン５４６を介して、個々の風力発電設備と通信することができる。特に、風力発電設備からの状態信号Ｓ、例えば、スイッチング装置のエネルギー消費の準備が要求され得る。これらの要求された状態信号Ｓに基づいて、風力発電所制御ユニット５４２は、負の風力発電所エネルギー、すなわち風力発電所が消費する準備ができているエネルギーを計算することができる。そして、このようにして計算されたこの負の風力発電所エネルギーは、減少信号Ｒによって供給ネットワークオペレータに利用可能にされる。それゆえ、供給ネットワークオペレータは、風力発電所がどれだけの電力、特に、有効電力を消費することができ、そしてこれを要求することができるかについて常に知らされる。したがって、風力発電所は、少なくとも５秒間、特に、風力発電所の公称電力に対応する負の電力で、有効電力の消費者として働くように設定される。
【図１】
2019534663.tif 000003
【図２】
2019534663.tif 000004
【図３】
2019534663.tif 000005
【図４】
2019534663.tif 000006
【図５】
2019534663.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月11日(2019.4.11)
【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のネットワーク接続ポイントに接続され、電力エネルギーを生成して前記電力供給ネットワークに供給する風力発電設備の操作方法であって、前記電力供給ネットワークは、ネットワーク公称周波数を有し、ネットワーク周波数で動作されるとともに、発電機公称電力を有する発電機を含む風力発電設備は、前記ネットワーク周波数に基づいて調整され、
前記電力供給ネットワークに供給するために前記発電機電力を生成するために前記発電機を使用するステップと、
前記ネットワーク周波数に基づいて前記発電機電力またはその一部を給電電力として前記電力供給ネットワークに供給するステップと、
を備え、
第１サポートステージでは、それに応じて前記給電電力を減少させるために、前記ネットワーク周波数に基づいて前記発電機電力が減少され、
第２サポートステージでは、前記給電電力が前記発電機電力よりも小さくなるように、前記給電電力が減少される、
風力発電設備の操作方法。
【請求項２】
前記第２サポートステージによれば、前記ネットワーク周波数が所定の制限勾配を超える周波数勾配で変化する場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２サポートステージによれば、前記ネットワーク周波数が所定の周波数値を超える場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２サポートステージによれば、前記給電電力が、所定の期間、および／または少なくとも所定の超過値だけ、所望の電力よりも大きい場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２サポートステージによれば、前記第２サポートステージが要求された場合には、前記給電電力が減少する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２サポートステージは、前記第１サポートステージが実行された後でのみ実行される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２サポートステージは、前記第１サポートステージとは独立して実行される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電力供給ネットワークに給電するための前記発電機電力は、前記ネットワーク周波数に基づいて、発電機を用いて生成され、前記発電機電力は、前記ネットワーク周波数が所定の所望の周波数を超える場合に減少される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記給電電力は、前記給電電力がゼロになるように減少される、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電力供給ネットワークから電力を除去するステップも備えている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
所定の制限勾配は、
−０．５Ｈｚ／ｓｅｃ、または、
−０．５Ｈｚ／ｓｅｃ〜２Ｈｚ／ｓｅｃ、または、
−２Ｈｚ／ｓｅｃ
である、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ネットワーク周波数が、前記所定の制限勾配を下回る周波数勾配で変化する場合には、前記給電電力は、前記第２サポートステージにおいて、前記給電電力が前記発電機電力と等しくなるように減少される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２サポートステージにおける前記給電電力の減少は、電力の消費を含み、前記消費は、少なくとも部分的に、電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置によって実行される、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、少なくとも３秒間に、前記発電機公称電力に対応する電力を熱出力に変換する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
電力を熱出力に変換するためのスイッチング装置は、少なくとも３秒間に、前記発電機公称電力の２倍に対応する電力を熱出力に変換する、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記スイッチング装置は、少なくとも１つのチョッパを備えている、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記スイッチング装置は、チョッパバンクの形態である、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続された風力発電設備の操作方法であって、前記電力供給ネットワークは、ネットワーク公称周波数を有し、ネットワーク周波数で動作されるとともに、発電機公称電力を有する発電機を含む風力発電設備は、前記ネットワーク周波数に基づいて調整され、
電力を熱出力に変換し、前記ネットワーク周波数が所定の制限値を超える周波数勾配で変化した場合、前記供給ネットワークのネットワーク周波数をサポートするために、前記電力が前記電力供給ネットワークから除去されるステップを、備えている、
風力発電設備の操作方法。
【請求項１９】
発電機電力を生成するための発電機公称電力を有する発電機を備えた風力発電設備であって、前記風力発電設備は、電力供給ネットワークのネットワーク周波数に基づいて、前記発電機電力またはその一部を給電電力として前記電力供給ネットワークに供給するために、前記電力供給ネットワークのネットワーク接続ポイントに接続されるように設定され、前記風力発電設備は、
第１サポートステージでは、それに応じて前記給電電力を減少させるために、前記ネットワーク周波数に基づいて前記発電機電力が減少され、
第２サポートステージでは、前記給電電力が前記発電機電力よりも小さくなるように、前記給電電力が減少される、
ように設定される、
風力発電設備。
【請求項２０】
電力を熱出力に変換するスイッチング装置によって特徴付けされ、前記スイッチング装置は、前記給電電力を減少させるために、前記発電機電力の少なくとも１部を消費するように設定されている、
請求項１９に記載の風力発電設備。
【請求項２１】
電力を熱出力に変換するための前記スイッチング装置は、発電機公称電力に対応する電力で、熱出力に変換する、
請求項２０に記載の風力発電設備。
【請求項２２】
前記スイッチング装置は、チョッパバンクの形態である、および／または、整流器を含む、
請求項２０または２１に記載の風力発電設備。
【請求項２３】
請求項１９から２２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの風力発電設備を備えた風力発電所であって、負の風力発電所電力またはエネルギーを決定するために、前記風力発電所において前記風力発電設備に制御信号を送信するために、および、前記風力発電設備によって供給される状態信号を受信するために設定される風力発電所制御ユニットによって特徴付けされる風力発電所。
【請求項２４】
請求項２３に記載の風力発電所の制御方法であって、
前記風力発電設備からの状態信号を要求するステップと、
前記風力発電設備からの要求された前記状態信号に基づいて、負の風力発電所電力またはエネルギーを決定するステップと、
決定された前記負の風力発電所電力またはエネルギーを用いて、前記風力発電所を制御する供給ネットワークオペレータおよび／または制御室を提供するステップと、
を備えた風力発電所の制御方法。
【国際調査報告】
2019534663.tif 000008
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