(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの風力発電設備または複数の風力発電設備を有する風力発電所によって、グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給する方法に関し、複数のエネルギー生成器が電力供給グリッドへ電力を供給し、給電された電力および引き出された電力の電力バランスが電力供給グリッドにもたらされるように、複数の消費体が電力供給グリッドから電力を引き出し、電力バランスは引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、以下のステップを含む。電力供給グリッドの電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングし、前記電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定し、有効な風力に応じて基礎電力を供給し、決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって基礎電力の供給を変化させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの風力発電設備または複数の風力発電設備を有する風力発電所によって、グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給する方法であって、
複数のエネルギー生成器が、前記電力供給グリッドへ電力を供給し、
給電された電力と引き出された電力との電力バランスが、前記電力供給グリッドにもたらされるように、複数の消費体が前記電力供給グリッドから電力を引き出し、前記電力バランスは引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、以下のステップを含み、
前記電力供給グリッドの電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングし、
前記電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定し、
有効な風力に応じて基礎電力を供給し、
決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させる。
【請求項２】
前記基礎電力に加えて前記電力供給グリッドに電力を供給することが可能なエネルギー量を示すエネルギー貯蔵量は、前記風力発電設備または前記風力発電所のために決定され、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記エネルギー貯蔵量に応じて決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バランスのとれるエネルギー量は、基準時間間隔のために決定され、
前記基礎電力の給電は、前記基準時間間隔における前記バランスのとれるエネルギー量によって、変化する、すなわち、増えたり、減ったりする、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力バランスが減少して負になった場合、特に、所定の下限値を下回った場合に、前記バランスのとれるエネルギー量が正になるように、すなわち、前記基礎電力の給電が増加するように、前記電力インジケータに応じて決定され、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力バランスが増加して正になった場合、特に、所定の上限値を上回った場合に、前記バランスのとれるエネルギー量が負になるように、すなわち、前記基礎電力の給電が減少するように、前記電力インジケータに応じて決定される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記バランスのとれるエネルギー量は、従属関数を持つ前記電力インジケータに依存し、
前記従属関数は、可変であって、および／または、
前記従属関数は、前記グリッド接続ポイントに依存する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記従属関数は、少なくとも１つの以下のリストからの情報の一部に応じて変化し、調整され、または選択される、
前記電力供給グリッドのシステム特性
前記電力供給グリッドのシステム挙動、
前記電力供給グリッドのシステム状態、
さらなる風力発電設備またはさらなる風力発電所の従属関数、
特に、前記電力供給グリッドのオペレータからの外部仕様、
前記電力供給グリッドにおけるイベント、特に、グリッドセクションの切断または再接続、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電力供給グリッドは、グリッド周波数を有し、
前記電力インジケータは、少なくとも１つの以下のリストからの変数から決定される、
前記グリッド周波数、
前記グリッド周波数の時間微分、
グリッド電圧、
測定された電力差、
前記グリッド周波数にモデル化されたモデル周波数、
前記グリッド電圧の位相と前記モデル周波数の位相との間の位相角、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび第１の調整可能な位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２の調整可能な位置因子の生産物から計算される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記風力発電設備または前記風力発電所は、前記電力供給グリッドへ電力を供給する少なくとも１つの給電装置を有し、前記給電装置は、設置保護または所定の限界値を満足するために満たされるべき少なくとも１つの動作範囲を有し、
バランスのとれるエネルギー量を供給するために、前記動作範囲は、前記基礎電力の給電が増加した場合に、所定のバランスのとれた時間間隔で、特に、少なくとも所定の超過値までの動作範囲の上限値を超えて逸脱する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
バランスのとれるエネルギー量を供給するために、前記動作範囲は、以下のように、所定のバランスのとれた時間間隔から逸脱する、
変調された電流信号を生成するためのクロック周波数が低減される、および／または、
変調された電流信号を生成するための許容範囲が増加する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バランスのとれるエネルギー量に給電するために、
前記基礎電力の給電が増加した場合に、前記風力発電所の回転エネルギーが使用され、または、
前記基礎電力の給電が減少した場合に、エネルギーが前記風力発電設備において回転エネルギーとして貯蔵され、付加的にまたは選択的に、
前記基礎電力の給電が減少した場合に、前記風力発電設備の電力削減が行われる、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記風力発電設備、または前記風力発電所の少なくとも１つの前記風力発電設備は、電力生成回転速度で動作する電力生成器を有し、
前記電力バランスの変化が予測されるか否かを示す予測値が決定され、
前記回転速度は、前記予測値が前記電力バランスの変化が予測されることを示す場合には、前記予測値に応じて変化する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給する風力発電設備であって、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングするモニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する決定手段と、
前記グリッド接続ポイントにおいて、前記電力供給グリッドに給電する給電装置と、
前記給電装置が有効な風に応じて基礎電力を供給し、前記給電装置が、決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記給電装置を制御する制御装置と、
を備えた風力発電設備。
【請求項１４】
前記風力発電設備、特に、前記制御装置は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法を実行する、
請求項１３に記載の風力発電設備。
【請求項１５】
少なくとも１つの予備のエネルギー貯蔵庫は、エネルギー貯蔵量またはその一部を貯蔵するために設けられている、
請求項１３または１４に記載の風力発電設備。
【請求項１６】
少なくとも１つの予備のエネルギー貯蔵庫は、前記風力発電設備、または少なくとも１つの前記給電装置の外部に設けられたエネルギー貯蔵庫として設計されている、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１７】
前記制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子ブロックを有し、前記位置因子ブロックは、前記位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２位置因子の生産物から計算される、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１８】
グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給するための複数の風力発電設備を有する風力発電所であって、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングする発電所モニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する発電所決定手段と、
前記風力発電設備が有効な風力に応じて基礎電力を供給し、前記風力発電設備が決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記風力発電設備を制御する発電所制御装置と、
を備えた風力発電所。
【請求項１９】
請求項１３から１７のいずれか１項に記載の風力発電設備が用いられる、
請求項１８に記載の風力発電所。
【請求項２０】
発電所エネルギー貯蔵所は、前記バランスのとれるエネルギー量またはその一部を提供するために付加的なエネルギーを貯蔵するために設けられ、発電所給電装置は、前記発電所エネルギー貯蔵所から前記電力供給グリッドへエネルギーを供給するためにオプションとして設けられている、
請求項１８または１９に記載の風力発電所。
【請求項２１】
発電所制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子発電所ブロックを有し、前記位置因子発電所ブロックは、前記位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２位置因子の生産物から計算される、
請求項１８から２０のいずれか１項に記載の風力発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給グリッドへの電力供給方法に関する。本発明は、さらに、電力供給グリッドへの電力供給用風力発電設備に関する。本発明はまた、風力発電所を用いて電力供給グリッドへ電力を供給するための複数の風力発電設備を有する風力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備または風力発電所によって、電力供給グリッドへ電力を供給することが知られている。その間、風力発電設備または風力発電所とともに、電力供給グリッドを電気的にサポートおよび／または改善するのに役立つシステムサービスとして知られているものを提供することも知られている。
【０００３】
風力発電設備は、風から現在引き出すことができる電力を定期的に供給するため、電力供給グリッドをサポートするために給電される電力を増加させようとする場合、特に問題がある。この目的のために、改善を目的として、一時的な出力増加のために、回転するロータの遠心質量からの電力を使用することが提案されている。しかし、増加した電力が供給され、回転するロータからの電力も同様に使用される場合には、ロータは減速し、それに応じて増加した電力は短期間だけ供給されることができる。
【０００４】
さらに、多くのグリッドオペレータは、現在でも、特に、原子力発電所、石炭発電所およびガス発電所の従来の発電所の発電機として動作する大きな接続同期機械のグリッドサポート特性に依存している。このようなサポートは、まだ、いくつかのグリッドオペレータによって望まれるようである。それにもかかわらず、少なくともいくつかの国では、ネットワークトポグラフィが変化しているため、このようなグリッドサポートプロセスは、グリッドに直接的に接続された上述した同期発電機の物理的挙動によって、不都合である可能性があり、特に、各状況にとって理想的ではないかもしれない。例えば、準同期共鳴のために不安定性が生じる可能性がある。
【０００５】
独国特許商標庁は、本願に関連する優先権主張出願について、以下の先行文献をサーチした：独国特許出願公開第１０ ２００９ ０１４０１２号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０９ ５４１号明細書、米国特許出願公開第２０１５／０１５９６２７号明細書、欧州特許第１６６５ ４９４号明細書、欧州特許出願公開第２２８２ ０５３号明細書、国際公開第２０１２／１７１５３２号。
【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 ２００９ ０１４ ０１２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０９ ５４１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５／０１５９６２７号明細書
【特許文献４】欧州特許第１ ６６５ ４９４号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２ ２８２ ０５３号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１２／１７１５３２号
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、結果として、上述した問題の少なくとも１つに対処する目的に基づいている。特に、その意図は、従来の方法と比較して可能な限り改善された電力供給グリッドをサポートするためのグリッドサポートまたはシステムサービスを提案するために使用される風力発電設備または風力発電所のための解決策を提案することである。特に、その意図は、変更された状況、特に、電力供給グリッドの構造やトポロジーに関する電力供給グリッドの変更された状況をグリッドサポートにおいて考慮する解決策を提供することを目的とする。その意図は、少なくとも、現在の解決策の代替案を提案することである。
【０００８】
本発明によれば、請求項１に係る方法が提案される。よって、少なくとも１つの風力発電設備によって電力供給グリッドに電力を供給し、電力供給グリッドのグリッド接続ポイントにおいてインフィードが行われる方法が提案される。複数のエネルギー発生器が電力供給グリッドに電力を供給し、複数の消費者が電力供給グリッドから電力を引き出すことで、インフィードされた電力と引き出された電力との間の電力バランスが電力供給グリッドに引き起こされる。理想的な場合、すなわち、同量の電力が供給される場合には、電力バランスは０である。ここで、電力バランスは、より多くの電力が供給された場合に正であると仮定される。よって、正の電力バランスは、電力供給グリッドに過剰な電力が存在する状況を意味すると理解される。
【０００９】
この目的のために、電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力指標を監視することが提案されている。最もシンプルな場合には、電力インジケータは、グリッド周波数またはグリッド周波数の挙動、特に、その変更であってもよい。しかし、例えば、グリッド電圧またはその挙動など、他の変数も考慮される。一実施形態によれば、電力バランスが測定され、電力インジケータは、電力バランスに直接対応することができ、または対応して標準化された値として提供することができる。測定は、例えば、小さなグリッドで、給電された全ての電力、および消費された全ての電力を測定することによって、または電力の流れを測定することによって行うことができる。
【００１０】
そして、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータに依存して決定される。風力発電設備は、有効な風力に依存する基礎電力に給電する。公称風が支配的である場合には、基礎電力は、例えば、風力発電設備の公称電力であってもよい。
【００１１】
基礎電力の給電は、エネルギーをバランスさせる決定された量によって変化することが提案される。エネルギーをバランスさせる正の量が電力インジケータに応じて決定される場合、特に、電力供給グリッドにおける電力需要が識別された場合には、給電は、前記決定された、すなわちエネルギーをバランスさせる正の量によって増加させる。特に、グリッド内の電力の過剰が特定された場合、バランスさせるエネルギー量の負の値が規則的に生じ、これにより、決定されたバランスのとれるエネルギー量によって基礎電力の給電の変化は、基礎電力の給電が減ることを意味する。
【００１２】
電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定するために、電力供給グリッドにおける検出された電力の過剰は、例えば、前記電力供給グリッドのエネルギー発生器の中で、それらのサイズに応じて、分割され、その結果は、基準時間間隔を掛けられてもよい。簡単な説明のための例を使用するために、１００ＭＷの超過電力が検出され、観測された風力発電所が前記電力供給グリッドに接続された全ての給電装置の電力の約１％を提供することが知られている場合、前記風力発電所に１ＭＷが割り当てられるように、前記１００ＭＷを分割することができる。もちろん、他の値および区分も利用することができ、例えば、システムサービスを提供することが可能な給電装置だけが考慮される。重み付けも考慮される。上記の例に戻って、基準時間間隔が今や１秒であれば、１ＭＷのエネルギー量、すなわち、約０．２８ｋＷｈがバランスのとれるエネルギー量として計算される。
【００１３】
しかし、例えば、グリッド周波数の所定の変化やグリッド周波数とグリッドの公称周波数との所定の差に、バランスのとれるエネルギー量が割り当てられている対応テーブルを事前にコンパイルすることも考えられる。そして、前記バランスのとれるエネルギー量は、検出された周波数の変化や検出された周波数の偏差に応じて使用されてもよい。このようなエントリ間の補間が可能である。
【００１４】
よって、バランスのとれるエネルギー量が付加的に給電されてもよく、この場合、負の値も考慮され、再計算とこれに従って調整された給電が、基準時間間隔の最後において実行されてもよい。
【００１５】
基礎電力は、規制上、検出または観測される風力に応じて決定されることが好ましい。また、基礎電力の事前に決定された値に基づいて基礎電力を決定し、さらに事前に決定され、付加的に釣り合ったエネルギーのバランスエネルギーを考慮に入れることも考慮される。バランスのとれるエネルギー量を決定すること、そして付加的に給電することにより、この種の給電またはサポートの挙動、いわゆる、対応する風力発電所の対応する風力発電設備の適切な挙動は、電力供給グリッドに直接接続された同期発電機の挙動に近似していてもよい。グリッドに直接結合された同期発電機はまた、負のパワーバランスである場合に、したがってグリッド周波数が変化する場合には、その回転エネルギーに由来する追加のエネルギーを物理的に供給する。その結果、前記同期発電機は、より遅くなる。よって、実際には、特定の量のエネルギーのみが実際に追加的に供給され、このようなエネルギー量もまた、所望の量では利用できない。
【００１６】
風力発電設備または風力発電所によって、エネルギー貯蔵量は、提案された給電に対して好ましくは予め決定されてもよく、その所定のエネルギー貯蔵量に応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定してもよい。特に、エネルギーをバランスさせる正の量を決定する間に、前記エネルギーをバランスさせる正の量は、前記所定のエネルギーの貯蔵量および追加のエネルギーをバランスさせる付加的な量が最近どのくらい供給されたかに依存する。
【００１７】
エネルギー貯蔵量は、好ましくは、エネルギー貯蔵量が、基礎電力に加えて、電力供給グリッドへ給電されるエネルギー量を示す風力発電設備または風力発電所のために決定されてもよい。そして、バランスのとれるエネルギー量は、前記エネルギー貯蔵量に応じて決定される。よって、バランスのとれるエネルギー量は、少なくとも、電力インジケータおよびエネルギー貯蔵量に応じて決定される。例えば、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータの従属機能によって決定されてもよいし、付加的に、重み付け係数が、エネルギー貯蔵量を考慮に入れてもよい。例えば、現在のエネルギー貯蔵量と最大のエネルギー貯蔵量との間の割合が形成されてもよい。したがって、前記係数は、本質的には１と０との間の値であり、従って、０から１の値を取ることができる係数としての電力インジケータによるバランスのとれるエネルギー量の決定に組み込まれる。基礎電力に加えてバランスのとれるエネルギー量が供給される場合、これはエネルギー貯蔵量の削減につながり、したがって好ましい実施形態の１つだけを述べると、前記重み付け係数の即時変化をもたらすこともできる。別の好ましい変形例は、電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量が最初に決定され、エネルギー貯蔵量は、エネルギー貯蔵量が所定の値、例えば、最大エネルギー貯蔵量の５０％をアンダーシュートするとすぐに、プロセスで決定された値を減少させる。
【００１８】
そうでなければ、風力発電設備または風力発電所の基本的な特性に起因する値は、そのような最大エネルギー貯蔵量として使用することができる。測定がエネルギーをバランスさせる正の量を必要とするグリッドをサポートするための第１尺度が導入された際に、どのくらいのエネルギー貯蔵量が存在するかを示す値は、最大エネルギー貯蔵量として、または初期エネルギー貯蔵量として使用することもできる。最大エネルギー控除を参照する説明は、ここで説明する初期エネルギー預託と同様に適用される。
【００１９】
一実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量は、前記基準時間間隔において前記バランスのとれるエネルギー量によって、基準時間間隔のために決定され、基礎電力の給電が変化、すなわち、増加したり減少したりすることが提案される。このような基準時間間隔は、わずかな好ましい例を挙げれば、例えば、１秒または０．５秒または２００ｍｓとすることができる。よって、バランスのとれるエネルギー量は、前記基準時間間隔において算出され供給される、または前記基準時間間隔と同じ大きさの時間間隔内で可能な限り早く供給される。
【００２０】
これにより、それぞれ決定されたバランスのとれるエネルギー量が供給され、すなわち、付加的に、短時間の間に目標とされた方法で供給される。この結果、特に、前記エネルギーは、サポートのための短い期間に供給されてもよい。さらに、バランスのとれるエネルギー量は、いわゆる次の基準時間間隔に続いて決定され、新たに供給されてもよい。この結果、風力発電設備または風力発電所の挙動は、グリッドに直接接続された同期電力生成器に近似してもよく、特に、ここでは、電力供給グリッドの状況に依存するエネルギー量がそれぞれ給電され、他方で、電力供給グリッドにおける前記状況が、新たに、すなわち各基準時間間隔で継続的に考慮される。また、サポートのために未だ存在するエネルギー貯蔵量は、バランスのとれるエネルギー量の決定の間でさえ考慮される。
【００２１】
好ましくは、基準間隔および給電間隔に対して非対称的な周期および／または異なる長さの間隔を提供することが提案される。例えば、毎秒バランスのとれるエネルギー量を計算することが提案されているが、それをより長い期間、例えば３秒間、常に給電されることが提案される。より長い時間は、調節電力の反応までの時間、または、その上に方向付けされてもよい。この結果、電力パケットが計算され、供給され、電力パケットは、場合によっては重ね合わされて加算される。
【００２２】
さらなる実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量は、電力バランスが減少して負になった場合、バランスのとれるエネルギー量が正、すなわち、基礎電力の給電が増加するように、電力インジケータに応じて決定されることが提案される。このようにバランスのとれるエネルギー量の決定時に、電力供給グリッドにおける電力バランスの絶対値が観測され、その値がどのように発展するかも観察されることが提案される。もし、電力バランスが減少して負になれば、すなわち、大きさに応じて増加する場合には、正のバランスのとれる量が決定され、もちろん、余剰エネルギーと同義にも言及することができるエネルギー貯蔵量がこのために存在することが想定される。このようなバランスのとれるエネルギー量が決定されるためには、好ましくは、最初に下げなければならない所定の下限値が仮定される。一実施形態によれば、電力バランスの理想値０からの偏差が最小である場合には、バランスのとれるエネルギーは、まだ最初に決定されていない。一実施形態によれば、電力インジケータまたは０に近い電力バランスの場合の反応は、不均衡に小さくなる。これにより、わずかな偏差の場合には、実質的に、またはほとんど付加的な給電が生じないことがある。バランスのとれるエネルギー量と電力インジケータとの比率は、好ましくは、ＰＴ２挙動によって確立され、ＰＴ２要素のステップ応答に対応する挙動として表される。
【００２３】
負のバランスのとれるエネルギー量を計算する提案は、電力バランスが増加して正になる場合、バランスのとれるエネルギー量が負になる、すなわち、基礎電力の給電が減少するように、アナログ的に、すなわち、バランスのとれるエネルギー量が電力インジケータに応じて決定されるように、提案される。一実施形態によれば、ここでは、電力バランスが所定の上限値を超えた場合にのみ、前記計算が行われることも提案される。基礎電力の給電の減少は、この場合、ここで説明されている各状況について、風力発電設備または風力発電所が、電力供給グリッドからバランスのとれるエネルギー量またはその一部を占める場合も含む。このように取り込まれたエネルギー量は、風力発電設備または風力発電所に貯蔵することができ、または、チョッパ抵抗として知られているものによって破壊することができ、または、電力調整によって削減される供給電力であってもよい。
【００２４】
一改良形態によれば、バランスのとれるエネルギー量が従属関数を持つ電力インジケータに従属しており、従属関数が可変であることが提案されている。電力インジケータ、それゆえ、電力供給グリッドにおける電力バランスに応じて、電力供給グリッドにバランスのとれるエネルギー量を供給することにより、グリッドサポートは、電力供給グリッドに直接接続される同期電力生成器の挙動に従って動作される。可変の従属関数を用いることで、より高い程度の柔軟性が実現され、しかし、特に、そのような方法は、電力供給グリッド内の変化した状況に簡単かつ迅速に適合させることができる。この結果、グリッドオペレータの仕様は、考慮されてもよい。
【００２５】
付加的あるいは選択的に、従属関数は、グリッド接続ポイントに依存することが提案される。これは、前記グリッド接続ポイントの技術的設計、特に、エネルギーの追加供給を可能にする能力および技能に関連してもよい。しかしながら、特に、電力供給グリッドにおけるグリッド接続ポイントの位置、特に、電力供給グリッドのトポロジーに関しては、その結果として考慮してもよい。例えば、ここで、グリッド接続ポイントが電力供給グリッド内の特に中央または偏心して配置されているかどうかを考慮することが可能である。経験的な値や実施された測定、または電力供給グリッドのその他の検査でも、電力供給グリッドの挙動を示すことができる。例えば、この場合、電力供給グリッドの振動挙動を発見することができる。このような振動挙動を考慮することで、このような電力供給グリッドにおけるグリッド接続ポイントの異なる位置に対して、異なる従属関数を提供することが有利である。特に、従属関数によって、特に大きなバランスのとれるエネルギー量、または、むしろ小さくバランスのとれるエネルギー量が電力バランスに応じて決定されるかどうかを確認または影響を与えることができる。より大きなまたはより小さいバランスのとれるエネルギー量は、従属関数の選択または調整に応じて、等価の電力バランスのために提供されてもよい。
【００２６】
グリッド接続ポイントの特性は、その短絡電流比でもある。特に、より大きなバランスのとれるエネルギー量、グリッド接続ポイントにおけるより大きな短絡電流比が決定されるように、従属関数が選択または調整されることが提案される。前記短絡電流比は、接続電力に対する短絡電力の比である。ここで、短絡電力は、短絡が発生したときに風力発電設備または風力発電所が接続されることを意図する観測されたグリッド接続ポイントにおいて、関連する供給グリッドが供給可能な電力として理解される。接続電力は、風力発電設備の、または、接続された風力発電所の接続電力であって、特に、電力生成器、または接続された電力生成器の公称電力である。
【００２７】
このような従属関数は、電力バランスとバランスのとれるエネルギー量との間に比例関係が生じることを防ぐように、好ましくは、非線形である。非線形従属関数の適切な選択の場合には、これは、電力供給グリッドの振動を打ち消すことができる。例えば、このような非線形従属関数は、バランスのとれるエネルギー量が常にもっとゆっくりとより大きな電力バランスを増加させるように、選択されてもよい。これは、振動が発生した場合に、より多くの電力エネルギーが得られ、実際に振動が励起される可能性のある対策を防止することができる。
【００２８】
代替的にまたは付加的に、正の量のバランスのとれるエネルギーを決定するために、それがバランスのとれるエネルギーの負の量の決定に導く場合よりも、従属関数が異なるで挙動を示すか、異なる関連性を持って提供されるように、従属関数が形成されることが好ましい。これは、電力供給グリッド内で発生する可能性のある振動の発生を阻止することもでき、過給および不足の場合のエネルギー供給グリッドの異なる挙動も考慮することができる。
【００２９】
それ以外であれば、従属関数はグリッド接続ポイントに依存し、また可変でもよい。例えば、グリッド接続ポイントに依存し、従属関数を変更するための重み係数にも依存する従属関数の基本関数が提供されてもよい。
【００３０】
従属関数は、電力供給グリッドのシステム特性に依存してもよい。これは、例えば、給電器または電力生成器にも同義に参照される接続されたエネルギー発生器によって合計電力が供給されることを含む。これは、例えば、数百キロ、特に、２００ｋｍまたは５００ｋｍの定義された周囲内のエネルギー発生器のみを考慮に入れてもよい。存在するエネルギー生成器の種類、および存在する消費体の種類も、ここでは考慮に入れることもできる。このため、例えば、全ての消費体の全インピーダンスにおける全ての消費体の誘導成分にわたって平均値が形成されてもよい。また、支配的な消費体のみが観察される、すなわち、例えば、全ての消費体の消費電力の少なくとも最小割合、例えば５％または１０％などを減少させる消費体についての規定が存在してもよい。
【００３１】
また、同じことが、給電器を考慮に入れる場合にも当てはまり、観察されるために最も支配的なものだけが提供されてもよい。給電器を考慮するために、例えば、所定のテーブルを用いて、製造される特性を提供すること、および、それに応じて選択される従属関数を提供することがあってもよい。このような特性は、グリッドが、風力発電設備または太陽光発電設備などの分散型給電器または電力生成器をむしろ有するか、代わりに石炭発電所または原子力発電所などの従来の発電所を含むかを含んでいてもよい。接続された電力生成器が提供されるシステムサービスの数も考慮に入れてもよい。このために、接続された各電力生成器または給電器は、例えば、５秒または１０秒とすることができる所定のサポート間隔の範囲内で提供されきる電力値またはエネルギー値を示すことが提案される。このような表示は、動作中に可変であってもよい。
【００３２】
一実施形態によれば、電力供給グリッド内の相互接続状況またはスイッチ位置がシステム特性として考慮される。特に、電力供給グリッドのオペレータは、対応するスイッチ位置によってグリッドトポロジに影響を与えることができる。よって、メッシュ内の引き込み線を変更すること、または、例えば、適切なスイッチ位置によってリングトポロジを切り替えまたは解体することができる。平行線の切断または追加の接続も考慮される。例えば、具体的な例に言及すれば、例外的に非常に大きな船が通過できるように、河川の高電圧ラインを隔離すると、グリッドトポロジの変化につながる可能性がある。よって、このような場合をよりよく考慮するために、一実施形態によれば、電力供給グリッド内における相互接続状況またはスイッチ位置に応じて、従属関数を変更、調整あるいは選択することが提案される。この場合、電力供給グリッド内における相互接続状況やスイッチ位置が測定されるか、それらがグリッドオペレータによって開示される。
【００３３】
従属関数は、それに応じて調整され、あるいは選択される。もしこれらの値が上段で示したように変化すると、従属関数はそれに応じて変化してもよい。
付加的にまたは代替的に、この全てが、電力供給グリッドのシステム挙動に応じて発生してもよい。このようなシステム挙動は、特に、電力バランスが変動すると、電力供給グリッドが振動する傾向がある。この場合、システム挙動は、上述したシステム特性と相関してもよい。
【００３４】
付加的にまたは代替的に、従属関数は、電力供給グリッドの少なくとも１つのシステム状態に応じて、変更され、調整され、選択されてもよい。システム状態は、供給グリッドの実際の状態であって、特に、電力供給グリッドの電圧と同様に、電力供給グリッドの周波数に関連する。しかし、例えば、電圧の高調波の存在または大きさ、または他の電流等、他のシステム状態も考慮されることができる。システム状態という用語は、ここでは、規制の観点から理解されるべきである。特に、前記システム状態は、例えば、変圧器の大きさ、線路の大きさ、またはグリッドやグリッドセクションのインピーダンスのような電力供給グリッドの物理的な特性または他の特性に関係しない。
【００３５】
付加的にまたは代替的に、さらなる風力発電設備またはさらなる風力発電所の少なくとも１つのさらなる従属関数に応じて、従属関数が変更され、調整され、選択されることが提案される。特に、ここでは、風力発電設備または風力発電所がさらなる風力発電設備またはさらなる風力発電所と通信し、少なくともこれらの情報の一部を交換する、好ましくは、さらにより多くの情報を交換することが提案される。例えば、ここでは、同一の電力インジケータの場合、１つの風力発電所が、その他の風力発電所よりも大きなバランスのとれるエネルギー量を決定するように、例えば、２つの同一の風力発電所の例のために選択される異なる従属関数を提供するための規定もある。これは、サージングにも対向することができ、特に、２つの風力発電所が互いにグリッドサポートを提供することを防止する。
【００３６】
付加的にまたは代替的に、外部仕様、特に、電力供給グリッドのオペレータの外部仕様が考慮されることが提案される。この結果、それらのシステムサービスに関して、特に、グリッドサポート特性に関して、単にグリッドオペレータとも呼ばれる電力供給グリッドのオペレータは、それぞれの風力発電設備または風力発電所を制御するオプションを利用することができる。前記グリッドオペレータは、前記挙動パターンを変更、または調整し、または様々なオプションからそれらを選択してもよい。これは、例えば、得られた経験的知識に応じて適合させてもよい。
【００３７】
さらなる実施形態によれば、従属関数は、電力供給グリッド内のイベントに依存し、特に、グリッドセクションの切断または再接続に依存することが提案される。例えば、強制的な保護機能や保護対策として、電力供給グリッドの一部が切断された場合、これは、また、切断された部分とその他の部分の両方が突然変化する電力バランスを導いてもよい。例えば、グリッドセクションが切断されると、グリッドセクションでは平均以上の電力が消費され、グリッドセクションは消費体だけが接続される可能性があり、断線は、残りの電力供給グリッドで突然優勢な正の電力バランスにつながり、すなわち、過剰な電力に対抗するために突然の必要性がある。この場合、前記部分的なグリッドが切断されたポイントの近くで前記過剰電力を最大限に相殺することが特に有利であり得る。この種の切断が切迫していることが少なくとも短期で予期される場合には、このような接続ポイントに近い風力発電所の従属関数は、特に強い依存性に変化させることができる。
【００３８】
部分的なグリッドを再接続しようとする場合も同様である。前記断線ポイントからさらに離れた風力発電所は、グリッドが不安定になる傾向にあるこの状況においても対抗措置を取るために、より弱い従属関数を選択してもよい。
【００３９】
電力インジケータは、好ましくは、グリッド周波数、グリッド周波数の時間微分、グリッド電圧、測定された電力差、グリッド周波数にモデル化されたモデル周波数、および／またはグリッド電圧の位相とモデル周波数の位相との間の位相角から決定される。複数の変数も、電力インジケータを決定するために組み合わされてもよい。
【００４０】
一実施形態によれば、電力要素はまた、グリッドインピーダンスに応じて決定されることが提案される。特に、少なくとも１つの上述した変数、特に、グリッド周波数および／またはその時間微分が、電力要素を決定するために使用され、付加的に、グリッドインピーダンスを考慮する。グリッド接続ポイントにおいて測定された値は、グリッドインピーダンスとして使用されてもよい。グリッドインピーダンスは値として知られ、例えば、グリッドオペレータによって提供されることを考慮してもよい。
【００４１】
電力供給グリッドのグリッド周波数、または、前記グリッド周波数の時間微分、または両者の組合せは、好ましくは、電力インジケータとして使用される。これは、もちろん、電力供給グリッドがＡＣ電圧を持っている、あるいはＡＣ電圧グリッドであることを前提としている。そして、バランスのとれるエネルギー量は、各ケースにおいて、前記グリッド周波数に応じて、電力インジケータとして決定され、この場合には、例えば、バランスのとれるエネルギー量はより大きく決定され、グリッド周波数の交差範囲の公称周波数、または、下限値と比較して、グリッド周波数、すなわち現在の周波数のアンダーシュートが大きくなる。しかし、電力インジケータとしてのグリッド周波数の他の考慮は、グリッド周波数の変化の考慮のように、便宜的でもあり得る。にもかかわらず、電力インジケータは、グリッド周波数に対応し、または、それから派生してもよい。前記電力インジケータがグリッド周波数に対応する場合には、電力インジケータの変化、よって、グリッド周波数の変化は、バランスのとれるエネルギー量の決定のために考慮されてもよい。同様のことは、電力インジケータがすでにグリッド周波数の変化に対応している場合に達成されてもよい。
【００４２】
特に、小さいグリッドでは、電力差を測定して電力インジケータとして直接それを使用することが考慮される。この結果、電力バランスが検出され、直接的に考慮され、これは有利であるが、特に大きなグリッドまたは特に複雑なグリッドに対して複雑になる可能性がある。
【００４３】
グリッド周波数を直接測定する代わりに、グリッド周波数にモデル化されたモデル周波数は、考慮され得る。このようなモデル周波数は、例えば、状態オブザーバによって識別される。
【００４４】
加えて、または代替として、位相またはグリッド電圧の位相位置と位相またはモデル周波数の位相位置との間の位相角を考慮に入れることが提案される。この結果、位相角を増加させるグリッド周波数の変化は、特によく考慮に入れられる。
【００４５】
一実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量が、電力インジケータの変化および第１の調整可能な位置因子の生産物から計算されることが提案される。最もシンプルな場合、バランスのとれるエネルギー量が前記生産物に対応する。しかし、例えば、利用可能な総エネルギー量など、他の影響を受ける変数も考慮に入れることができる。いずれにしても、計算の目的、つまり、バランスのとれるエネルギー量を決定する目的で、電力インジケータの変化に第１位置因子を乗じることが提案される。この結果、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータの変化、すなわち、例えば、周波数の変化に応じて計算される。
【００４６】
関連するグリッド接続ポイントの位置依存考慮は、前記第１位置係数を用いて組み込むことができる。例えば、第１グリッド接続ポイントを介して電力供給グリッドに供給される第１風力発電設備または第１風力発電所のために、第１位置因子として値１を使用することができる。
第１風力発電設備または第１風力発電所と同じ要件を有するが別のグリッド接続ポイントによって電力供給グリッドに供給される別の風力発電設備または別の風力発電所では、特に、電力供給グリッドの別の場所において、第１位置因子として値０．５を用いることができる。この結果、前記位置因子を用いて重み付けを行うことができ、その結果、グリッド接続ポイントに応じてバランスのとれるエネルギー量の決定に影響を与えることができる。しかしながら、グリッド接続ポイントの位置として他の変数も組み込むことができ、またはそれによって動的に反応することができるように、第１位置因子を可変とすることもできる。
【００４７】
付加的にまたは代替的に、さらなる実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量が電力インジケータおよび第２の調整可能な位置因子の生産物から計算される。電力インジケータは、これに応じて基本として取得され、位置因子によって乗算される。この場合も、電力インジケータの変化が使用される実施形態のように、さらに影響を与える変数も組み込むことができる。しかし、最も単純なケースでは、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータと第２位置因子の積から直接的に計算される。
【００４８】
しかし、さらに影響を与える変数が組み込まれると、電力インジケータの変化等により、バランスのとれるエネルギー量が決定される上述した実施形態との組合せを実行することもできる。この場合、第１および第２位置因子は、組み込まれることができる。理論的には、たった１つの位置因子の使用で十分であり、第１および第２位置因子は同一であってもよい。これは、原理的には、組合せのない２つの個々の変形、すなわち電力インジケータまたはその変化だけが考慮される場合にも考慮され得る。しかし、実際には、第１および第２位置因子の両方の位置因子は、標準化を含むことができる。特に、電力インジケータの上述された変化は、電力インジケータの時間変化に関係しており、電力インジケータの絶対値との比較において、他の物理的単位でも結果が得られる。これは、それぞれの位置因子によって考慮され得る。上述された異なる状況に対するサイズ適応も、それぞれの位置因子によって協働で考慮され得る。あるいは、電力インジケータには両方とも含まれており、周波数および周波数の変化が、電力インジケータの使用によって考慮されるように、周波数および周波数の変化が電力インジケータに組み込まれる。
【００４９】
さらに好ましい実施形態は、
風力発電設備または風力発電所が、電力供給グリッドへ電力を供給する少なくとも１つの給電装置を有しており、給電装置は、設置保護または前述した制限値を満たすために、値少なくとも１つの動作範囲を有し、
基礎電力の給電を増加させた場合に、バランスのとれるエネルギー量を供給し、動作範囲は、所定のバランスのとれる時間間隔、特に、少なくとも所定の超過値までの動作範囲の上限値を超えて動作範囲から離れてもよい。
【００５０】
よって、使用される風力発電設備または使用される風力発電所は、少なくとも１つの動作範囲を有する少なくとも１つの給電装置を有している。特に、風力発電設備が使用される場合には、個々の給電装置、特に、出力インダクタを備えたインバータを設けることができる。風力発電所の場合には、このような複数の給電装置が使用される。しかし、さらなる変形例を説明すれば、風力発電所が、いくつかの他の方法で、その風力発電設備からエネルギーを選択し、中央給電装置を使用することも考慮される。
【００５１】
よって、上記少なくとも１つの給電装置は、設置保護または前述した制限値を満たすために満たされるべき少なくとも１つの動作範囲を有している。特に、給電される最大電流が上限を形成することができ、その結果、給電される電流に対する動作範囲が定義される。別の動作範囲は、使用される電圧範囲によって与えられることができる。
【００５２】
しかし、バランスのとれるエネルギーを供給するために、例外として、動作範囲が離れることが提案されている。これはまた、所定のバランスのとれる時間間隔に対してのみ提供される。これは、動作範囲、特に電圧、電流または電力の制限が、特に熱ダメージにつながるという知識に基づいている。そのような制限を超えることは、過熱につながる可能性がある。しかしながら、最終的に破壊または少なくとも老化につながるような、ここで生じる温度の過度の上昇は、ある時定数を有し、一時的な過度の増加が許容され得ることが認識されている。ここでは、所定のバランスのとれるエネルギー量の定義された一時的な給電が提供されるため、限界値を超過したにもかかわらず短い基準時間を使用することによって、これが非常に一時的にしか起こらないという事実を満たすこともできる。特に、短い基準時間間隔の選択による過度の給電にもかかわらず、過度な温度を防止することができる。
【００５３】
基礎電力の給電を増加させる場合には、所定の超過値まで超過し得る動作範囲の上限値が提供されることが好ましい。前記所定の超過値、特に、与えられた超過時間または最大超過時間に関連して規定することによって、超過およびその結果として得られる効果も、目標通りに制限内に保つことができる。例えば、公称回転速度の超過は、限界の超過に対応する。したがって、回転子には、より多くのエネルギーが利用可能である。
【００５４】
好ましい改良形態によれば、風力発電設備の回転エネルギーは、基礎電力の給電が増加する場合に、バランスのとれるエネルギー量を供給するために使用されることが提案される。すなわち、風力発電設備が現在生成しているエネルギー、特に、空力、また電気力学からのエネルギーよりも多くのエネルギーを供給しなければならないとき、風力発電設備の回転子を使用することができる。結果として、回転子の回転速度が低下する可能性もある。しかし、これは、受け入れられる。ここで追加的に供給されるバランスのとれるエネルギーを決定することによって、ここで回転から引き出されるエネルギーもまた、明確に特定され、したがって制御することができる。風力発電設備の回転子の回転数に応じて、バランスのとれるエネルギー量が決定される。この場合、風力発電設備の回転子は、基本的に空気力学的回転子を意味し、この場合、電気力学回転子は、より良い区別のためにアーマチュア（armature）と呼ばれる。しかしながら、駆動力のない風力発電設備の場合には、アーマチュアと回転子の回転速度は等しく、駆動システムの場合には、２つの回転速度を容易に相互に変換することができる。
【００５５】
加えてまたは代替的には、基礎負荷の給電が減少する、すなわち、電力供給グリッドへ給電される、または電力供給グリッドから引き出されるエネルギーが減少する場合、風力発電設備に、回転エネルギーとしてのエネルギーが貯蔵される。特に、電力供給グリッドに供給されるエネルギーが少なくても正の電力が依然として供給される場合には、エネルギー貯蔵器としてのこのようなロータの使用は、それに応じて、風によって入力されるよりも少ないエネルギーが、回転子からまたは回転子の動きから引き出されるという事実によって実現される。回転エネルギーは、それに応じて回転速度設定点値が増加するという事実によって、簡単に貯蔵される。
【００５６】
代替的に、またはそれに加えて、基礎電力の給電が減少した場合、好ましくは風力発電設備の電力削減が提供される。よって、風力発電設備の動作ポイントをより少ないエネルギーを発生するように変更することが提案される。これは、例えば、ロータブレードを風から投げ出すことによって行われる。
【００５７】
好ましい変形例によれば、
風力発電設備または風力発電所の少なくとも１つの風力発電設備は、発電回転速度で動作する発電機を有し、
電力バランスの変化が予測されるべきか否かを示す予測値が決定され、
予測値が電力バランスの変化が予測されるべきであることを示す場合に、回転速度が、
予測値に応じて変化する、
ことが提案される。
【００５８】
よって、電力バランスの変化が予測されるべきであるか否かをチェックすることが提案される。特に、多くの消費体や強力な消費体が経験的に接続されている、あるいは切断されている場合には、電力バランスの変化は、経験値のために、例えば、時間に依存して予測されてもよい。巨大な消費体によってアナウンスされた場合に、電力バランスが予測されてもよい。前記電力バランスは、特に、太陽光発電が昼から夜に変わるたびに変化するとき、またはその逆のとき、太陽光発電によって発生した電力の割合が変化する場合に、予測することもできる。天気予報、特に、風予報が評価されることが好ましく、給電され予測される風力の変化がそこから確認される。電力バランスの予測値は、そこから派生してもよい。さらなるイベントは、例えば、日食、多くの人々、クリスマスおよび大晦日に続いて行われる大規模なスポーツイベントの間に起こりえる最大パワー勾配であってもよい。
【００５９】
特に大規模な消費体がグリッドオペレータまたは別の制御ポイントにメッセージを送信することが考慮され、このメッセージは大規模な消費体の変化を通知するために使用される。計画された電力供給グリッドの部分的なグリッドの切断または再接続は、予測されるべき電力バランスの変化を許容することもできる。予測値は、それに応じて決定され、電力バランスの変化が予測されるべきことを示す場合には、回転速度が前記予測値に応じて変化することが提案される。結果として、その決定を再区分することができ、そしてバランスのとれるエネルギー量の給電を行うことが可能なより多くの回転エネルギーを有効にするために、電力バランスが負であることが予測される場合、特に、回転速度が増加することが提案される。
【００６０】
さらなる態様として、過度の回転速度のために一時的に許可された音響限界を逸脱することが考えられる。平均して、この場合でも設置は常に限界値を満たすことができるが、より多くの回転速度をサポートのために一時的に許容することができ、これにより騒音が増加するが一時的である。
【００６１】
本発明はまた、グリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドへ電力を供給する風力発電設備を提案し、前記風力発電設備は、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングするモニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する決定手段と、
前記グリッド接続ポイントにおいて、前記電力供給グリッドに給電する給電装置と、
−前記給電装置が有効な風に応じて基礎電力を供給し、
−前記給電装置が、決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記給電装置を制御する制御装置と、
を備えている。
【００６２】
よって、モニタリング手段は、電力バランスを示す電力インジケータを監視する。電力バランスは、電力供給グリッドに供給される電力と、電力供給グリッドから引き出される電力と、の差として差電力を示している。前記電力バランスは、すでに上述されたように、少なくとも１つの電力供給方法の実施形態に関し、ここでも定義される。
【００６３】
そして、決定手段は、電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する。決定手段は、例えば、マイクロプロセッサを有する演算ユニットであってもよい。決定手段は、給電装置を制御するための、制御装置（以下で詳述する）の一部であってもよい。ダウンストリームインダクタを有するインバータとして形成される給電装置は、よって、グリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに電力を供給するために用いられ、制御装置によって制御される。この場合、制御装置は、基礎電力が有効な風力に応じて給電されるように、給電装置を制御するとともに、決定手段によって決定されるバランスのとれるエネルギー量が基礎電力に加えて給電される。もし、バランスのとれるエネルギー量が負の値で決定された場合には、輝度電力の給電はそれに応じて減少する。
【００６４】
提案された風力発電設備は、好ましくは、上述した一実施形態の少なくとも１つの方法を実施することを特徴とする。
風力発電設備は、好ましくは、エネルギー貯蔵量またはその一部が貯蔵される予備のエネルギー貯蔵庫を有している。このように、結果としてより多くのバランスのとれるエネルギーを提供するために、例えば、エネルギー貯蔵量は、風力発電設備の空気力学的回転子および／またはアーマチュアの回転において部分的に貯蔵され、別の部分は、予備のエネルギー貯蔵庫に貯蔵される。予備のエネルギー貯蔵庫は、例えば、バッテリストア、またはフライホイールストア、またはその両方として設けられてもよい。
【００６５】
予備のエネルギー貯蔵庫は、好ましくは、風力発電設備に対して外部エネルギーストアとして設けられてもよい。エネルギー貯蔵庫は、例えば、風力発電設備の追加の家屋またはビル内に設けられていてもよい。しかし、それはまた、給電装置、すなわち、特に、１つ以上のインバータに対して外部的に設けることができる。したがって、それは、インバータの一部ではなく、特に、インバータの直流電圧リンク回路に加えて提供される。特に、それは、使用されるインバータ装置の直流電圧リンク回路の記憶容量の倍数、例えば、少なくとも５倍または少なくとも１０倍を有する。
【００６６】
一実施形態によれば、風力発電所は、
制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子ブロックを有し、位置因子ブロックは、位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータおよび第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータおよび第２位置因子の生産物から計算される、
ことを特徴とすることが提案される。
【００６７】
よって、制御装置は、第１位置因子または第２位置因子またはその位置因子の両方を提供することができる位置因子ブロックを有している。このため、前記位置因子ブロックは、それぞれの場合において、位置因子に影響を与える少なくとも１つの変数が入力される入力を有している。最もシンプルな場合、位置因子に比例するそれぞれの値が入力される。原則として、位置因子が直接入力されてもよい。しかし、それぞれの場合において、例えば、０〜１の範囲内にあり得る重み付け係数は、重み付け係数を関数と関連付けるために入力されることが好ましく、これは、最もシンプルな場合には、結果として、位置因子を得るために、それをさらなる値によって乗算する。示されている例では、サイズ１を持つ重み付け係数の入力は、結果として、最大の位置因子につながり、一方、値０．５の入力では、例えば、最大の位置因子の半分のサイズの位置因子が得られる。
【００６８】
そして、前記位置因子または前記複数の位置因子は、特に、さらなる計算のために、設けられ、すなわち出力される。そして、バランスのとれるエネルギー量は、前記位置因子、すなわち電力インジケータの変化および第１位置因子の生産物から、あるいは付加的にあるいは代替的に、電力インジケータの生産物または第２位置因子から計算される。組合せも考慮される。よって、バランスのとれるエネルギー量およびその計算は、それによって影響を受けることができる。風力発電設備が風力発電所内に配置されている場合には、前記影響は、位置因子ブロックの入力において入力される位置因子に影響を与える変数、例えば、グリッドオペレータ、または発電所制御装置によって、外部から実施されてもよい。
【００６９】
本発明は、グリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに電力を供給する複数の風力発電設備を有する風力発電所も提案する。前記風力発電所は、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータを監視する発電所モニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する発電所決定手段と、
前記風力発電設備が有効な風力に応じて基礎電力を供給し、前記風力発電設備が決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記風力発電設備を制御する発電所制御装置と、
を備えている。
【００７０】
よって、このような風力発電所は、風力発電設備に関して上述したのと同様に、バランスのとれるエネルギー量の特定の決定および給電を通じて、グリッドサポートを実施することができる。風力発電所を使用することで、風力発電所の１つの風力発電設備を用いる場合よりもほぼ大きいバランスのとれるエネルギー量が、供給され、ここに給電されるとともに、給電は、前記バランスのとれるエネルギー量によって減少する。
【００７１】
この目的のために、風力発電所は、風力発電設備の決定手段（上述した）と同様に動作し、電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定する発電所決定手段を有している。発電所決定手段は、この場合、風力発電所の風力発電設備の大きさ、特性、運転状態を考慮する。実施するために、風力発電設備を制御する発電所制御装置が設置されており、風力発電設備を基礎電力に加えて決定されたバランスのとれるエネルギー量が供給されるように、また、バランスのとれるエネルギー量が負であれば、基礎電力はそれに従って減少する。この場合、発電所制御装置は、風力発電設備の各詳細を制御せず、しかし、その代わりに好ましくは、供給物に対応する設定値、特に、出力設定値を規定する。具体的な実施は、風力発電設備によって実行されてもよい。
【００７２】
したがって、風力発電設備には、バランスのとれるエネルギー量の処方を実施する必要がある。これは、例えば、発電所制御装置が値として出力することができ、風力発電設備のそれぞれについて、例えば、それぞれの風力発電設備の最大のバランスのとれるエネルギー量に基づいて、特定の風力発電設備のバランスのとれるエネルギー量の対応するパーセンテージ値につながる。例えば、任意の量の基準エネルギーを参照することもできる。
【００７３】
好ましくは、風力発電所は、上述した実施形態の少なくとも１つに係る風力発電設備を有している。この場合、発電所モニタリング手段は、風力発電設備のモニタリング手段によって形成されてもよい。そして、発電所決定手段および／または発電所制御装置を省略する、あるいは、それらを風力発電設備に適合させることができる。発電所制御装置が風力発電設備の位置因子に影響を与えること、特に、前記発電所制御装置は、位置因子ブロックの入力にアクセスし、位置因子に影響を与えるために、適切な変数を入力することが提案されている。
【００７４】
風力発電所のために、バランスのとれるエネルギー量またはその一部を提供する追加のエネルギーを貯蔵するために、発電所エネルギーストアが設けられることが好ましい。よって、風力発電所の風力発電設備に加えて、別のさらなる貯蔵装置、すなわち前記発電所エネルギーストアを提供することができる。発電所給電装置は、その一部が発電所エネルギーストアから電力供給グリッド、特に、風力発電設備とは独立して、供給されるオプションとしても設けられる。このため、例えば、追加のインバータ装置が設けられてもよい。風力発電設備とは独立した給電は、その自身の発電所給電装置を使用し、しかし好ましくは、風力発電設備、特に、発電所制御装置の使用を持って、電力の給電がコーディネートされる。この結果、電力供給グリッドのサポートは、風力発電設備とは独立して発電所エネルギーストアによって提供され、容易に拡張可能なサポートのための追加エネルギーと、提供されることが可能なグリッドサポートとの両方によって、改善されてもよい。
【００７５】
エネルギー貯蔵庫は、個々の風力発電設備、および／または、一または複数のインバータの直流中間回路に設けられていてもよい。
決定されたバランスのとれるエネルギー量が負である場合、電力供給グリッドからエネルギーを引き出し、それを発電所エネルギーストアに給電することもできる。よって、最もシンプルな場合、この場合には、風力発電設備は、変化しないで動作され続ける。このような場合には、風力発電設備は、基礎電力の増減なしで、基礎電力の給電を続けることができる。
【００７６】
一実施形態によれば、
発電所制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子発電所ブロックを有し、前記位置因子発電所ブロックは、前記位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２位置因子の生産物から計算される、
ことが提案される。
【００７７】
風力発電所は、１以上の位置因子を変化させることで、外部から、制御されたり、適合されたりしてもよい。この結果、例えば、グリッドオペレータによって、一または複数の位置因子、これによりバランスのとれるエネルギー量を、外部から変化させることができる。
【００７８】
この結果、前記グリッドサポートの高い程度の柔軟性が達成され、上述した風力発電所にだけでなく、上述した風力発電設備、または上述した方法にも適用される。特に、それぞれのバランスのとれるエネルギー量がそれに応じて決定されるため、電力バランスの変化に直接反応することができる。しかし、前記依存性も影響を受けることができ、これにより、電力供給グリッドのシステム挙動も影響を受けることができる。
【００７９】
さらなる提案は、負のエネルギーを提供するために制御可能な負荷をさらなる実現形態として提供することである。このために、またはこれに加えて、発電所制御装置、すなわち、風力発電所制御装置として呼ばれることもある風力発電所の中央制御装置は、結果として必要とされるように消費量を減らすために、配電網または電力供給グリッドにおいて、消費体を制御することが提案されている。この結果、電力バランスは増加する。
【００８０】
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、以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【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】電力供給グリッドの挙動に影響するいくつかの要素を有する電力供給グリッドのセクションを示す図。
【図４】バランスのとれるエネルギー量を決定するためのオプションを示す図。
【図５】バランスのとれたエネルギーの給電の可能なタイプおよび機能のグラフを示す図。
【図６】バランスのとれたエネルギーの給電のさらなる可能なタイプおよび機能のさらなるグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力発電設備１００を示している。３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６は、ナセル１０４に配置されている。動作の間、ロータ１０６は、風によって回転させられ、それによりナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００８３】
図２は、例えば、同一であってもよいし異なってもよい３つの風力発電設備１００を有する風力発電所１１２を示している。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を示している。風力発電設備１００は、特に、発電所グリッド１１４を介して、電力、すなわち、生成された電流を供給する。この場合、それぞれの風力発電設備１００によって生成された電流または電力が加算され、通常、一般にＰＣＣとも呼ばれる送り込みポイント１１８において、供給グリッド１２０に給電するために、発電所において電圧を上昇させる変圧器１１６が設けられている。図２は、当然、コントローラが存在するが、例えば、コントローラを示していない風力発電所１１２の簡略図だけを示している。発電所グリッド１１４は、例えば、１つの他の例示的な実施形態に名前をつけるために、例えば、各風力発電設備１００の出力にも存在する変圧器によって、異なって設計されていてもよい。
【００８４】
図３は、異なる電圧レベル、すなわち超高電圧ＨＨ、高電圧Ｈ、および中電圧Ｍのための異なるラインセクションを示す電力供給グリッド２の一部を示す。さらにここでは、特定されていないが、低電圧セクションもある。電力供給グリッドの一部は、図１および図２の風力発電設備１００、第１風力発電所ＷＰ１および第２風力発電所ＷＰ２に対応する大規模発電所３、水力発電所６、風力発電設備８である。これらは、電力供給グリッド２に給電するエネルギー発生器である。
【００８５】
図３は、消費体としての第１の工場１０および第２の工場１２ならびに第１の町１４および第２の町１６を示す。同じ文字Ｔによって特定されるが、異なる寸法の変圧器Ｔは、異なる接続および超高電圧グリッドと高電圧グリッドとの間の接続にも提供される。
【００８６】
説明のために、水力発電所６、第１の町１４および風力発電設備８の接続および分離のためのスイッチＳ２と同様に、第１の工場１０の接続および分離のためのスイッチＳ１が設けられている。水力発電所６、第１の町１４および風力発電設備８は、この点において部分グリッド１８において組み合わされる。よって、第２スイッチＳ２は、電力供給グリッド２の残りのグリッドから部分グリッド１８を分離することができ、それを分離後に再接続することができる。図３では、最初に第１および第２スイッチがそれぞれ閉じられ、図示された全てのエネルギー発生器と消費体とが、電力供給グリッドに接続され、電力供給グリッドに電力を供給またはそこから電力を引き出すものと仮定する。
【００８７】
図３の電力供給グリッド２に示されるエネルギー発生器および消費体が唯一または関連するエネルギー発生器と消費体とであると仮定すると、電力バランスΔＰの以下の相関結果が得られる。
【００８８】
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４−Ｐ５−Ｐ６＋Ｐ７
なお、以下のことが当てはまる：Ｐ３＝Ｐ３１−Ｐ３２＋Ｐ３３
この場合、電力Ｐ１〜Ｐ７，Ｐ３１〜Ｐ３３は、それぞれ最初にその値に従って正であると仮定され、図３の矢印は、それぞれの電力について、電力供給グリッド２または消費体に向かって、エネルギー発生器から離れて、この場合、電力供給グリッドから離れていることを指す。よって、エネルギー発生器の電力は正、消費体の電力は負として計算される。
【００８９】
電力Ｐ３は、部分グリッド１８によって、電力供給グリッド２、またはそのメインライン２０に給電される電力に関連する。この値は、特に、水力発電所６および風力発電設備８が発電を行わない、あるいは第１の町１４が消費するよりも少ない電力を発生させる場合、すなわちＰ３１およびＰ３３の合計がＰ３２よりも小さい場合に、負になってもよい。
【００９０】
電力バランスΔＰ＝０、すなわち、電力供給グリッド２が実質的に静止状態で動作すると最初に仮定された場合、サポート電力は必要とされない。特に、風力発電設備８と２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、古典的な並列グリッド運転で動作することができ、換言すれば、風力発電と同程度の電力を供給することができる。
【００９１】
例えば、もし、第１の工場１０がグリッドから分離する、すなわち、第１スイッチＳ１が少なくとも記号的に開放されると、第１の工場１０の消費電力Ｐ２は、０に低下し、電力バランスΔＰは正になる。よって、接続された消費体が消費する電力よりも多くの電力が電力供給グリッド２に給電される。風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、例えば、測定センサ２２または測定センサ２４を介して、正の電力バランスを検出し、発電所制御装置２６または発電所制御装置２８においてそれを評価し、これに適切に反応することができる。測定センサ２２または測定センサ２４による検出は、１つの例を挙げると、周波数の検出に含まれえる。しかし、この情報は、グリッドオペレータによって提供される情報を含めて、異なる方法で確認することもできる。
【００９２】
バランスのとれるエネルギー量は、いずれの場合でも、発電所制御装置２６または発電所制御装置２８において計算されてもよく、バランスのとれるエネルギー量は、いずれの場合でも、電力供給グリッド２において超過した電力の上述した例において、バランスのとれるエネルギーのための負の値を導かなくてはならない。２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、これに従って基礎電力を減少させ、それらは、前述した並列グリッド動作で、それぞれ計算されたバランスのとれるエネルギーによって事前に給電されている。電力バランス、またはそれに対応するインジケータは、この場合、例えば、周波数と呼ばれ、監視が続けられる。次回、例えば、次のサンプリング時間において、バランスのとれるエネルギー量は、これに従って、再び計算される。
【００９３】
この場合、より少ない程度で給電されなければならないそれぞれの計算されたバランスのとれるエネルギー量の大きさに応じて、風力発電設備の動作の適応は十分であり得るか、または電力を破壊するか、またはそれをチョッパとも呼ばれる熱抵抗器によって熱に変換することも考えられる。これは、例えば、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２の各風力発電設備において、引き起こされ、または別のチョッパを設けることができ、そのチョッパは、ここでは、例としてチョッパ３０またはチョッパ３２として示されている。また、バッテリストア３４，３６に、前記バランスのとれるエネルギー量またはその一部を貯蔵することも考えられる。この点に関して、しばらくして、グリッド内のより遅い発電機からの活性化された調整電力が、エネルギーバランスの均衡を引き継ぐか、または少なくとも部分的に引き継ぐことに言及すべきである。したがって、一時的なサポートでさえ十分であり得る。
【００９４】
簡素化のために説明するために、２つの風力発電所ＷＰ１、ＷＰ２は実質的に同一であると仮定すべきであって、特に、同じ公称電力量を持つ風力発電設備の数は同じであるとする。しかし、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、電力供給グリッドにおけるそれらの位置という点で異なっている。第１風力発電所ＷＰ１は、第１の工場１０の近くに接続されているか、または第１の工場１０が電力供給グリッドまたはメインライン２０に給電するポイントに接続されている。対照的に、第２風力発電所ＷＰ２は、第１風力発電所ＷＰ１よりも第１の工場１０が給電するポイントからさらに離れている。特に、それぞれの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２のグリッドをサポートする手段は、異なる効果を有することができる。第１の工場１０の上述した切断は、第２風力発電所２よりも第１風力発電所ＷＰ１に対してより直接的な効果を有する。
【００９５】
よって、今度は、２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２のこれらの異なる接続位置が、グリッドサポート機構において考慮されることが提案される。特に、第１風力発電所ＷＰ１のグリッドサポート測定は、第２風力発電所ＷＰ２のそれよりも厳しく選択されることが提案されている。特に、第１風力発電所ＷＰ１は、より多くのサポートエネルギーを提供する、または、この場合、第２風力発電所ＷＰ２よりも過剰に増加した電力からより多くのサポートエネルギーを引き出すことが提案される。しかし、同時に、前記グリッドサポートの基本挙動、すなわち、バランスのとれる付加的な給電、または、バランスのとれるエネルギーの引き出しが、同じ方法で進められることが意図される。このため、第１風力発電所ＷＰ１および第２風力発電所ＷＰ２においてそれぞれ決定または計算されるバランスのとれるエネルギー量は、電力バランス、または電力バランスのインジケータに依存するだけでなく、位置情報の一部にも依存する。前記バランスのとれるエネルギー量は、位置因子に依存し、一方で、第１風力発電所ＷＰ１の接続状況、他方で、第２風力発電所ＷＰ２の接続状況における差を考慮する。
【００９６】
特に、ここでは、０と１の間の値、あるいは０．５と２の間の値をとる位置因子を提供されてもよい。この場合、前記位置因子は、第１風力発電所ＷＰ１の値２と、第２風力発電所ＷＰ２の値０．５とをとってもよい。この例示的な実施形態では、値１を持つ位置因子は、正常値または平均値として設定されることができ、その値は、第１風力発電所ＷＰ１の通常値または平均値の２倍であって、第２風力発電所ＷＰ２の半分の値となる。しかし、これは、説明のためだけに役立つことを意図している。いずれの場合でも、ここでは、バランスのとれるエネルギー量は、それぞれ、同じように早く同じアルゴリズムで決定することができ、よって、基本的に同じダイナミクスで、一方で、第１風力発電所ＷＰ１と他方で第２風力発電所ＷＰ２の堪えの異なる変数で決定される。しかし、例えば、このような他のダイナミクスを提供するように、他の考慮も考慮される。
【００９７】
バランスのとれるエネルギー量を決定し追加供給するか、または前記量だけ給電を減らすための提案された解決策は、特に、秒の範囲で一時的なグリッドサポートのため、すなわち、１０秒以下の時間、特に、５秒以下の時間、提供される。時間とともに、長期的な測定が開始され、この測定値は、理想的には電力バランスΔＰが再び０になるように、長期的に電力バランスを達成することができる。いくらか長期的なバランシングの１つの選択肢が、例として示される水力発電所６によって提供される。しかしながら、さらなる１つの例を述べると、例えば、ガス発電所のような他の発電所も検討されている。より長い時間では、大規模な発電所はまた、その給電を適合させることができる。
【００９８】
第１の工場１０がまた電力を回収している間、バランスのとれる電力バランスが再び存在すると、すなわち、電力バランスΔＰが約０であって第１の工場１０が再び接続されると、すなわち、記号的に描かれたスイッチＳ１が閉じられると、示されたこの場合には特に、電力バランスΔＰがもはやバランスされていない状況、すなわち、電力Ｐ２が突然引き出された場合には、電力バランスΔＰは負である。
【００９９】
そして、特に、一時的なサポートのために、２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、付加的なエネルギーを供給することができる。バランスのとれるエネルギー量は、それぞれの場合において、この目的のために決定され、供給される。バランスのとれるエネルギー量は、部分的に使用され、風力発電所の浮力発電設備の回転エネルギーから部分的、あるいは全てを使用される。加えて、あるいは選択的に、エネルギーは、バッテリストア３４またはバッテリストア３６から取り出される。この目的のために、インバータ３８またはインバータ４０は、バッテリストア３４またはバッテリストア３６からエネルギーを引き出し、前記エネルギーを交流に変換し、それぞれの変圧器Ｔによって、風力発電所ＷＰ１または風力発電所ＷＰ２のそれぞれの基礎電力へ前記エネルギーを追加する。
【０１００】
この場合でも、バランスのとれるエネルギー量は、いずれの場合も、電力バランスまたは電力バランスのインジケータに応じて決定される。さらに、ここでは、付加的な変数を提供することも提案され、すなわち、これは、それぞれの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２が電力供給グリッド２またはそのメインライン２０に接続される位置に依存してここで提案される。この場合には、スイッチＳＷ１が開いていることにより、電力バランスΔＰが正になった場合について上述したことと同じことが同様に当てはまる。
【０１０１】
ここで付加的な要素は、付加的なエネルギーの給電の間、よってバランスのとれるエネルギー量の決定または計算の間、エネルギー貯蔵量を考慮することも提案されることである。図３に示されている例として、前記エネルギー貯蔵量は、風力発電設備から引き出される回転エネルギーと、バッテリストア３４またはバッテリストア３６に存在する引き出し可能なエネルギーとから構成される。特に、回転エネルギーの場合には、回転エネルギーの引き出しに関連する回転速度の一定の減少が許容され得ることに留意すべきである。しかし、全ての回転エネルギーを引き出してロータを停止させることは便宜ではない。この場合、それに応じて、エネルギー貯蔵量またはエネルギー貯蔵量の割合として考慮されることを意図した回転エネルギー全体ではなく、風力発電設備が引き続き使用できるように描かれる回転エネルギーだけが、後に便宜的に操作され続ける。
【０１０２】
エネルギー貯蔵量を考慮に入れる１つの選択肢は、ある限界値、例えば、最大可能エネルギー貯蔵量の１０％、好ましくは、２０％のアンダーシュートを監視することにある。前記下限値よりも多くのエネルギー貯蔵量が存在する限り、バランスのとれるエネルギー量は、制限なく、その都度、計算される。このような下限値を下回った場合には、バランスのとれるエネルギー量を低減するためのアルゴリズムや、それを計算するアルゴリズムが提供される。これは、単なる考慮の一例であって、バランスのとれるエネルギー量を計算するための計算アルゴリズムの初めからと同じくらい早く、エネルギー貯蓄量を提供することも考慮される。
【０１０３】
エネルギー貯蔵量を考慮に入れることで、一般的に、終わりだけに多くのエネルギーが存在することだけでなく、ここでは、目標としたバランスのとれるエネルギー量の計算に影響を及ぼすことも可能であることも考慮される。直接的に結合された同期発電機の物理的特性によるグリッドのサポートの場合であっても、例えば、象徴的に図示された大規模発電所４の場合でも、同期発電機内に回転エネルギーがあるだけ多くのサポートを実施することもできる。しかしながら、現在の回転エネルギーによる制限効果は、ここで影響を受けることはできない。回転エネルギーの引き出しにより、同期発電機はよりゆっくりになって、直接結合された同期発電機が給電する周波数もこれに従って変化する。これはまた、発電機の回転速度が下限値まで低下したとき、グリッドの分離または部分グリッドの断線が発生にもつながる。回転速度が最小値を下回ると、突然に、前記同期発電機が給電することはもはや不可能である。これは、まず、それまで給電された電力を含めて、サポートエネルギーがすぐに降下するという欠点があります。しかし、大規模発電所で発電された電力が突然出力されなくなり、何とか破壊されなければならないという欠点もある。グリッド周波数が全体的に低下するため、同期発電機を有する全ての大規模発電所もしばしばグリッドから隔離され、結果として、問題が悪化することが特に問題である。
【０１０４】
前記問題は、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２についてここに記載されているが、原則として、例えば、風力発電設備８によって実施することができる提案された解決策によって防止される。一方、現在のエネルギー貯蔵量に応じて、どのようにサポート給電が行われるかを目標にして制御することができる。しかし、他方では、付加的な給電のためのエネルギー貯蔵量がもはや存在しない場合でも、風力発電所または風力発電設備が、少なくとも基礎電力を用いて運転され続ける。グリッド分離を実行する必要はなく、また最適ではない周波数で続けることもでき、風力発電所や風力発電設備が、給電されない電力を生成する問題もそこにはない。
【０１０５】
よって、グリッドをサポートするために適合する可能性のある特に柔軟な解決策が提供される。各風力発電設備または各風力発電所のサポート特性は、現在の状況に適合される。給電の特定の位置への適応、すなわち、特に、電力供給グリッドにおけるそれぞれのグリッド接続ポイントの特定の位置は、この場合、そのような適応オプションが好都合であるただ一つの状況である。もう１つのオプションは、特に、電力供給グリッドのグリッドオペレータが前記適合能力によって電力供給グリッドをよりよく制御できることがある。柔軟な適合により、例えば、予測されるべき電力バランスが特に大きくジャンプする場合、あるいは、サポートエネルギーを提供するエネルギー発生器が何らかの理由で利用できないことが知られたとき、予測値も考慮に入れることができる。あるいは、非常に一般的に、電力供給グリッドにおいて、どのくらいのエネルギーが現在グリッド内で有効であるかを考慮することができる。
【０１０６】
そうでない場合には、図３は、部分的なグリッドの切断、すなわち部分的なグリッド１８の切断の図も提供する。この部分グリッド１８のこのような切断および再接続も、記号的に描かれた第２スイッチＳ２によって実行される。この場合、電力バランスΔＰは、残りの電力供給グリッド２で生じる。この電力バランスの変化は、特に、メインライン２０において生じる。部分的なグリッド１８は、エネルギー発生器と消費体とで構成されるため、少なくとも理論上では、切断された状態でも機能し続ける。この場合、電力Ｐ３が、切断時に０にならない場合、部分的なグリッド１８における電力バランスの変化ももちろん生じる。これは、とりわけ、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２のために基本的に上述したように、風力発電設備８によってバランスをとるか、または少なくとも部分的にバランスさせることもできる。しかし、前記部分的なグリッド１８は、単なる一例に過ぎず、実際にはもっと複雑である。
【０１０７】
図４は、特に、バランスのとれるエネルギー量Ｅａが決定される方法を示している。このために、測定手段５４を用いた測定が、電力供給グリッド５２において行われることが提案されている。そこでは純粋に三相測定が象徴的に提案されており、一例として、周波数ｆの測定が一例として示されている。しかし、通常、３相グリッドにおける３つの位相の全ての周波数を測定する必要はないであろう。しかし、測定手段５４を用いたこの測定は、例えば、電流および／または電力の測定などの他の測定を例示することもできるので、ここではこの３相の例が選択されている。
【０１０８】
測定手段５４は、このようにして、例えば、周波数ｆを検出し、これをバランス決定ブロック５６に入力する。前記バランス決定ブロックは、電力バランスΔＰが、周波数の関数として、すなわち、そこに入力された測定変数に依存して決定されることを示す。この場合、相対的な決定、すなわち、例えば、最大許容偏差に基づくパーセンテージ偏差も考慮される。
【０１０９】
この方法で決定された電力バランスΔＰは、インジケータ決定ブロック５８に入力され、インジケータ決定ブロック５８は、電力バランスΔＰに依存する関数としてインジケータＩｎｄを決定する。よって、その結果は、電力インジケータＩｎｄである。
【０１１０】
その代わりに、電力インジケータＩｎｄはまた、測定手段５４を用いて検出された周波数から、または他の方法でそこで検出された値から直接的に決定される。単純なケースでは、測定手段５４の出力をそのまま電力インジケータＩｎｄとして使用することもでき、これは破線の矢印で示されることが意図されている。
【０１１１】
そして、電力インジケータＩｎｄは、従って、電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定する決定手段として機能する、バランスのとれるエネルギー決定ブロック６０に入力される。よって、前記バランスのとれるエネルギー決定ブロック６０は、電力インジケータＩｎｄに応じてバランスのとれるエネルギー量Ｅａを決定する。さらに影響力のある変数として、エネルギー貯蔵量ＥＲと同様に、サンプリング時間Ｔ、位置因子Ｋであってもよい時定数Ｔが提案されている。サンプリング時間は、基準時間間隔にその長さに関して対応してもよい。バランスのとれるエネルギー量Ｅａを決定するための１つのオプションは、以下の計算式による計算によるものである。
【０１１２】
【数１】
2019514323.tif 000003
前記計算式において、Ｅａは、決定されるバランスのとれるエネルギー量、Ｉｎｄは、電力インジケータ、Ｋは、位置因子、ＣＲＥＳは、エネルギー貯蔵量を考慮に入れる係数、Ｔは、サンプリング時間または基準時間間隔である。
【０１１３】
位置因子Ｋは、好ましくは、Ｋ０とＫＲの積からなり、Ｋ０は標準化に使用され、ＫＲは相対係数として重み付けの機能を有することができる。ＫＲは、１つの例を挙げれば、好ましくは、０．５〜２の値をとることができる。しかしながら、例えば、０から１の値、または０から１００％の値を、数学的には同じ値、または他の値の範囲とすることも考えられる。しかし、位置因子Ｋの代わりに、関連するグリッド接続点の位置を考慮しない、または考慮しない他の影響を与える変数も、追加または代替として提供される。しかしながら、一実施形態によれば、位置因子Ｋ、特にそれらの相対成分ＫＲは、電力供給グリッド内におけるグリッド接続ポイントの位置を考慮に入れている。
【０１１４】
エネルギー貯蔵量は、係数ＣＲＥＳによって考慮され得る。実施の１つのオプションは、エネルギー貯蔵量ＥＲが最小エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎよりも大きい限り、ＣＲＥＳが値１をとることである。前記最小エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎは、例えば、最大エネルギー貯蓄量の１０％または２０％とすることができる。もし、エネルギー貯蔵量ＥＲが最小エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎ以下であれば、前記会計係数ＣＲｅｓのためのエネルギー貯蔵量は、式を用いて説明される。
【０１１５】
【数２】
2019514323.tif 000004
よって、前記会計係数は、十分なエネルギー貯蓄量がまだ存在する限り、値１をとる。しかし、前記エネルギー貯蓄量が減少している場合には、残留エネルギーに比例した係数に迂回する。
【０１１６】
時定数Ｔは、好ましくは、１μｓ以下となるように、小さく選択される。しかし、特に、前記時定数Ｔは、例えば、１００ｍｓ、５０ｍｓ、２０ｍｓまたは１０ｍｓなどのサンプリング時間の持続時間よりも著しく低く、さらにはさらに低下する可能性がある。
【０１１７】
電力インジケータＩｎｄは、例えば、電力バランスΔＰと、電力供給グリッドまたは少なくとも関連する電力供給グリッドの全てのエネルギー発生器の公称電力の合計との間の商として計算することができる。あるいは、周波数インジケータは、最大許容周波数変化Δｆｍａｘと比較して、周波数変化Δｆから計算される。電力インジケータＩｎｄの計算の選択に応じて、これは、もちろん、バランスのとれるエネルギー量について上述した計算式に影響を与え得る。特に、電力インジケータＩｎｄの計算の選択は、したがって電力インジケータＩｎｄの選択も、基本値または基準因子Ｋの標準化値Ｋ０によって考慮することができる。
【０１１８】
図４に係る特徴に限定されない一実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量も計算され、基準時間間隔で割ったバランスのとれるエネルギー量に対応するバランスのとれる電力と同様に使用される。
【０１１９】
図５は、一実施形態による提案された解決策の機能を概略的かつ例示的に示す。これはまた、特に、提案された解決法の基本的な説明にとって役立つことを意図している。原理的には、図５に示されるプロファイルは、図３による電力供給グリッド２の動作の結果であり得る。
【０１２０】
図５のグラフは、時間ｔに応じてプロットされた複数のプロファイルを含む。Ｔはここでは単位として特定され、例えば１秒とすることができる。外乱を示す以下で示された図５のグラフの関連範囲は、したがって、３秒にわたってｔ１からｔ４に及ぶ。３秒の合計期間は、図示された外乱の平均値としてほぼ仮定される。しかし、時定数Ｔについては、実際的な実装のために、より低い値を使用すること、または少なくとも大きな値を使用することが提案されている。
【０１２１】
周波数ｆは、最上部のプロファイルとしてプロットされており、この場合、電力インジケータＩｎｄとしても機能する。最初、すなわち時間ｔ１の前に、周波数は公称周波数ｆＮを有する。従って、周波数ｆは、所望の値を有し、電力バランスΔＰは、理想的には０である。
【０１２２】
時間ｔ１では、周波数ｆは、突然、少なくとも急峻に低下し、これは電力バランスΔＰが負であることを意味する。時間ｔ２では、時間ｔ３から時間ｔ４まで、再び周波数が公称値まで上昇し、時間ｔ４から、電力バランスΔＰが、再び０である、すなわち再びバランスをとると仮定することができる。表現は、もちろん説明目的のためだけであって、理想化されているものとする。
【０１２３】
給電電力は、グラフの底部分にプロットされている。図３について、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２の両方が同じ基礎電力ＰＧで給電されていると仮定する。これは、わずかに変動するほぼ水平な線で示されている。この例では、前記基礎電力ＰＧは、定格電力ＰＮよりも低い。
【０１２４】
時間ｔ１では、急激に周波数が低下し負の電力バランスが想定される場合には、風力発電所ＷＰ１またはその発電所制御装置２６によって、バランスのとれるエネルギー量Ｅａ１が計算される。同時に、風力発電所ＷＰ２は、その発電所制御装置２８においてバランスのとれるエネルギー量Ｅａ２を計算する。前記２つのバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２は、時間Ｔ、すなわちｔ１からｔ２の期間にわたって計算され、目標時間内に目標時間に供給される。これに対応して、給電電力は、基礎電力ＰＧから増加する。したがって、それぞれ決定された、そしてまた給電されたバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２は、上記電力レベルの下の面積であり、基礎電力ＰＧに対して増加する。第１風力発電所ＷＰ１のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１は、基礎電力ＰＧの値まで全体の領域に関係しているのに対して、第２風力発電所ＷＰ２の第２のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ２は、たった半分の大きさであって、クロスハッチング領域にのみ関係する。
【０１２５】
この場合、バランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２の２つの量を決定するために、簡単のために、最初に説明したが、当初は同じ計算が基本として採用されており、２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、少なくとも同じ大きさであると仮定する。
【０１２６】
図５のグラフにおいてここに示された状況は、第１の工場１０が第１のスイッチＳ１の閉鎖を介して再接続され、電力Ｐ２の突然の引き込みによって電力バランスの低下を引き起こす状況を反映することを意図している。第１風力発電所ＷＰ１は、前記第１の工場１０に著しく近く、したがって前記電力低下の原因にかなり近くなる。したがって、ここでは、風力発電所ＷＰ２の場合の２倍の大きさのより高い位置因子Ｋが提案されており、これははるかに遠くに配置されている。すなわち、グリッド接続ポイントは、第１の工場１０のそれから、したがって、第１風力発電所ＷＰ１のそれからかなり離れている。
【０１２７】
よって、２つのバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２は、このために、すなわち、異なる位置因子Ｋの選択のために、それに応じて異なる大きさである。時間ｔ２では、基本的に同じ量のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２が再び計算されるように、ここでは電力インジケータＩｎｄとして機能する周波数ｆは、依然として、低い値を有している。ｔ２からｔ３の範囲では、バランスのとれるエネルギーの同じ給電量およびこれによりエネルギーの量を示し斜線またはクロスハッチで図示された同じ２つのエネルギーブロックが、再び同じ結果として生じる。
【０１２８】
時間ｔ３では、周波数、およびよって電力バランスが、いくらか再び取り上げられ、よって、バランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２がまだ同じ方法で計算されるが、同じ異なる位置因子Ｋを用いても、復元された周波数ｆのために、つまり、再び変更された電力インジケータＩｎｄのために、より低い値になる。図示された例では、前記値は、すなわち、前の値のほぼ半分である。しかし、同時に、第２のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ２は、再び、第１のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１のたった半分である。時間ｔ４から、状況が再び落ち着き、周波数がその公称値に達し、電力インジケータＩｎｄとして、電力バランスΔＰがほぼ０であることが示される。また、バランスのとれるエネルギー量は、それに従って、もはや決定されない、あるいはそれらは値０を持つ。
【０１２９】
同時に、両方の風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２にとって、エネルギー貯蔵量ＥＲ１、ＥＲ２は、それぞれ考慮される。時間ｔ１では、両方の発電所は、まだそれぞれの最大値、すなわち、最大エネルギー貯蔵量ＥＲｍａｘを有し、そして、異なるバランスのとれるエネルギー量Ｅａｌ，Ｅａ２が計算され、給電され、それゆえ必要ともされるため、異なる程度まで低下する。しかし、エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎの最小値もグラフに示されている。２つのエネルギー貯蔵量ＥＲ２，ＥＲ１は、いずれも前記最小値ＥＲｍｉｎまで低下しないため、これは、図示された例において、エネルギー貯蔵量の選択された考慮に対して、効果がない。ここで、すなわち、この例では、上述したような式を用いることが提案されているが、ここで、エネルギー貯蓄量は、会計係数ＣＲｅｓによって組み込まれ、会計係数ＣＲｅｓは、上記の式で特定されたように計算され、すなわち、前記会計係数は、最小のエネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎを上回っている限り、１の値を有する。
【０１３０】
図６は、横軸に周波数プロファイルｆ、電力プロファイルＰ、およびエネルギー貯蔵量ＥＲのプロファイルを時間経過とともに示すグラフである。
周波数は、最初は公称周波数ｆ０で始まる。同時に、電力Ｐは、現時点で存在し、最初は水平に走る風力に対応する値を有している。電力Ｐに関して、風力は、図６で観察される期間にわたって変化しないと単純に仮定される。
【０１３１】
さらに、エネルギー貯蔵量ＥＲは、対応するストアが満充電される場所において開始する。
時間ｔ１では、周波数の急激な低下が発生する。この周波数の低下は、重大であって、電力バランスの急激な低下を示す。この周波数の急激な変化は、電力Ｐの場合、当初は短期間に高いエネルギー量を有する高い値につながる。この第１パルスのこの大きなバランスのとれるエネルギー量は、特に、周波数の急激な低下に対処するために意図される。
【０１３２】
新たなバランスのとれるエネルギー量が短い時間の経過後に計算され、すなわち、時間ｔ２までに、大きな時間間隔が再び設定される。この第２のバランスのとれるエネルギーも同様に依然として大きいが、より長期間にわたって分散される。この第２のバランスのとれるエネルギー量は、そこで一般的に起きる低周波値から発生するが、周波数の急激な低下はもはや関与しない。
【０１３３】
そして、時間ｔ４では、バランスのとれるエネルギーのために大きな時間間隔が設定されるように、すなわち、時間ｔ４まで、周波数が再び増加する。周波数が再び取り上げられたとしても、周波数の変化と絶対値の両方を考慮して増加する周波数を考慮に入れた比較的大きなバランスのとれるエネルギー量が、大きな時間間隔のために提供される。
【０１３４】
そして、時間ｔ４では、周波数は公称周波数値ｆ０を再びとり、周波数の変化はほぼ０である。バランスのとれるエネルギー量の給電は、もはや必要とされない。にもかかわらず、すなわち、再びストアを充電するために、負のバランスのとれるエネルギー量が今度は供給される。
【０１３５】
よって、関連するストアのエネルギー貯蔵量のプロファイルは、図６の前記グラフにも示されている。エネルギー貯蔵量は、時間ｔ１で急激に低下し、時間ｔ２までさらに低下するが、もはや急激には低下しないことが分かった。それは、時間ｔ２から時間ｔ４にかけては、それほど急激には低下せず、そして、時間ｔ４でその最小値に達する。時間ｔ４では、グリッドサポートのためのバランスのとれるエネルギー量が、もはや必要とされなくなり、そして、ストアの再充電が開始される。よって、エネルギー貯蔵量ＥＲは、時間ｔ５まで再び増加し、ここで満充電に達する。そして、バランスのとれるエネルギー量は、時間ｔ５から値０に対応する。そして、電力は、有力な風を考慮して供給される値を、そこで再び有している。
【０１３６】
よって、前記図６は、周波数ｆの絶対値、および周波数の微分に依存し、すなわち、ｄｆ／ｄｔに依存し、さらにはまだ貯蔵庫内のエネルギー貯蔵量にも依存するバランスのとれるエネルギー量の計算を示している。
【０１３７】
提案された解決策により、グリッドをサポートするためのエネルギーは、アルゴリズムを使用して電力低下の発生直後に供給される。同時に、前記動的プロセスを考慮して、依然としてグリッド接続ポイントの位置を考慮することも可能である。これは、前記エネルギー供給量の前記供給によるグリッドサポートの自発性に影響を及ぼさないが、柔軟な管理の選択肢を提供する。前記柔軟な管理は、グリッド接続ポイントの位置を考慮して行うことができるが、他の選択肢も考慮される。バラスのとれるエネルギー量の前記給電に対するグリッド反応も考慮される。特に、振動または増幅反応が検出された場合には、バランスのとれるエネルギー量の給電が適合され、すなわち、バランスのとれるエネルギー量の決定も、位置因子Ｋまたはいくつかの他の方法によって適合される。
【図１】
2019514323.tif 000005
【図２】
2019514323.tif 000006
【図３】
2019514323.tif 000007
【図４】
2019514323.tif 000008
【図５】
2019514323.tif 000009
【図６】
2019514323.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月26日(2018.10.26)
【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】
少なくとも１つの風力発電設備または複数の風力発電設備を有する風力発電所によって、グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給する方法であって、
複数のエネルギー生成器が、前記電力供給グリッドへ電力を供給し、
給電された電力と引き出された電力との電力バランスが、前記電力供給グリッドにもたらされるように、複数の消費体が前記電力供給グリッドから電力を引き出し、前記電力バランスは引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、以下のステップを含み、
前記電力供給グリッドの電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングし、
前記電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定し、
有効な風力に応じて基礎電力を供給し、
決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させる。
【請求項２】
前記基礎電力に加えて前記電力供給グリッドに電力を供給することが可能なエネルギー量を示すエネルギー貯蔵量は、前記風力発電設備または前記風力発電所のために決定され、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記エネルギー貯蔵量に応じて決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バランスのとれるエネルギー量は、基準時間間隔のために決定され、
前記基礎電力の給電は、前記基準時間間隔における前記バランスのとれるエネルギー量によって、変化する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力バランスが減少して負になった場合、前記バランスのとれるエネルギー量が正になるように、前記電力インジケータに応じて決定され、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力バランスが増加して正になった場合、前記バランスのとれるエネルギー量が負になるように、前記電力インジケータに応じて決定される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記バランスのとれるエネルギー量は、従属関数を持つ前記電力インジケータに依存し、
前記従属関数は、可変であって、および／または、
前記従属関数は、前記グリッド接続ポイントに依存する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記従属関数は、少なくとも１つの以下のリストからの情報の一部に応じて変化し、調整され、または選択される、
前記電力供給グリッドのシステム特性
前記電力供給グリッドのシステム挙動、
前記電力供給グリッドのシステム状態、
さらなる風力発電設備またはさらなる風力発電所の従属関数、
前記電力供給グリッドのオペレータからの外部仕様、
前記電力供給グリッドにおけるイベント、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電力供給グリッドは、グリッド周波数を有し、
前記電力インジケータは、少なくとも１つの以下のリストからの変数から決定される、
前記グリッド周波数、
前記グリッド周波数の時間微分、
グリッド電圧、
測定された電力差、
前記グリッド周波数にモデル化されたモデル周波数、
前記グリッド電圧の位相と前記モデル周波数の位相との間の位相角、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび第１の調整可能な位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２の調整可能な位置因子の生産物から計算される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記風力発電設備または前記風力発電所は、前記電力供給グリッドへ電力を供給する少なくとも１つの給電装置を有し、前記給電装置は、設置保護または所定の限界値を満足するために満たされるべき少なくとも１つの動作範囲を有し、
バランスのとれるエネルギー量を供給するために、前記動作範囲は、前記基礎電力の給電が増加した場合に、所定のバランスのとれた時間間隔で逸脱する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
バランスのとれるエネルギー量を供給するために、前記動作範囲は、以下のように、所定のバランスのとれた時間間隔から逸脱する、
変調された電流信号を生成するためのクロック周波数が低減される、および／または、
変調された電流信号を生成するための許容範囲が増加する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バランスのとれるエネルギー量に給電するために、
前記基礎電力の給電が増加した場合に、前記風力発電所の回転エネルギーが使用され、または、
前記基礎電力の給電が減少した場合に、エネルギーが前記風力発電設備において回転エネルギーとして貯蔵され、付加的にまたは選択的に、
前記基礎電力の給電が減少した場合に、前記風力発電設備の電力削減が行われる、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記風力発電設備、または前記風力発電所の少なくとも１つの前記風力発電設備は、電力生成回転速度で動作する電力生成器を有し、
前記電力バランスの変化が予測されるか否かを示す予測値が決定され、
前記回転速度は、前記予測値が前記電力バランスの変化が予測されることを示す場合には、前記予測値に応じて変化する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給する風力発電設備であって、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングするモニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する決定手段と、
前記グリッド接続ポイントにおいて、前記電力供給グリッドに給電する給電装置と、
前記給電装置が有効な風に応じて基礎電力を供給し、前記給電装置が、決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記給電装置を制御する制御装置と、
を備えた風力発電設備。
【請求項１４】
前記制御装置は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法を実行する、
請求項１３に記載の風力発電設備。
【請求項１５】
少なくとも１つの予備のエネルギー貯蔵庫は、エネルギー貯蔵量またはその一部を貯蔵するために設けられている、
請求項１３または１４に記載の風力発電設備。
【請求項１６】
少なくとも１つの予備のエネルギー貯蔵庫は、前記風力発電設備、または少なくとも１つの前記給電装置の外部に設けられたエネルギー貯蔵庫として設計されている、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１７】
前記制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子ブロックを有し、前記位置因子ブロックは、前記位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２位置因子の生産物から計算される、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載の風力発電設備。
【請求項１８】
グリッド接続ポイントにおいて、電力供給グリッドに電力を供給するための複数の風力発電設備を有する風力発電所であって、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングする発電所モニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する発電所決定手段と、
前記風力発電設備が有効な風力に応じて基礎電力を供給し、前記風力発電設備が決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記風力発電設備を制御する発電所制御装置と、
を備えた風力発電所。
【請求項１９】
請求項１３から１７のいずれか１項に記載の風力発電設備が用いられる、
請求項１８に記載の風力発電所。
【請求項２０】
発電所エネルギー貯蔵所は、前記バランスのとれるエネルギー量またはその一部を提供するために付加的なエネルギーを貯蔵するために設けられ、発電所給電装置は、前記発電所エネルギー貯蔵所から前記電力供給グリッドへエネルギーを供給するためにオプションとして設けられている、
請求項１８または１９に記載の風力発電所。
【請求項２１】
発電所制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子発電所ブロックを有し、前記位置因子発電所ブロックは、前記位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２位置因子の生産物から計算される、
請求項１８から２０のいずれか１項に記載の風力発電所。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給グリッドへの電力供給方法に関する。本発明は、さらに、電力供給グリッドへの電力供給用風力発電設備に関する。本発明はまた、風力発電所を用いて電力供給グリッドへ電力を供給するための複数の風力発電設備を有する風力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備または風力発電所によって、電力供給グリッドへ電力を供給することが知られている。その間、風力発電設備または風力発電所とともに、電力供給グリッドを電気的にサポートおよび／または改善するのに役立つシステムサービスとして知られているものを提供することも知られている。
【０００３】
風力発電設備は、風から現在引き出すことができる電力を定期的に供給するため、電力供給グリッドをサポートするために給電される電力を増加させようとする場合、特に問題がある。この目的のために、改善を目的として、一時的な出力増加のために、回転するロータの遠心質量からの電力を使用することが提案されている。しかし、増加した電力が供給され、回転するロータからの電力も同様に使用される場合には、ロータは減速し、それに応じて増加した電力は短期間だけ供給されることができる。
【０００４】
さらに、多くのグリッドオペレータは、現在でも、特に、原子力発電所、石炭発電所およびガス発電所の従来の発電所の発電機として動作する大きな接続同期機械のグリッドサポート特性に依存している。このようなサポートは、まだ、いくつかのグリッドオペレータによって望まれるようである。それにもかかわらず、少なくともいくつかの国では、ネットワークトポグラフィが変化しているため、このようなグリッドサポートプロセスは、グリッドに直接的に接続された上述した同期発電機の物理的挙動によって、不都合である可能性があり、特に、各状況にとって理想的ではないかもしれない。例えば、準同期共鳴のために不安定性が生じる可能性がある。
【０００５】
独国特許商標庁は、本願に関連する優先権主張出願について、以下の先行文献をサーチした：独国特許出願公開第１０ ２００９ ０１４０１２号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０９ ５４１号明細書、米国特許出願公開第２０１５／０１５９６２７号明細書、欧州特許第１６６５ ４９４号明細書、欧州特許出願公開第２２８２ ０５３号明細書、国際公開第２０１２／１７１５３２号。
【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 ２００９ ０１４ ０１２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０９ ５４１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５／０１５９６２７号明細書
【特許文献４】欧州特許第１ ６６５ ４９４号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２ ２８２ ０５３号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１２／１７１５３２号
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、結果として、上述した問題の少なくとも１つに対処する目的に基づいている。特に、その意図は、従来の方法と比較して可能な限り改善された電力供給グリッドをサポートするためのグリッドサポートまたはシステムサービスを提案するために使用される風力発電設備または風力発電所のための解決策を提案することである。特に、その意図は、変更された状況、特に、電力供給グリッドの構造やトポロジーに関する電力供給グリッドの変更された状況をグリッドサポートにおいて考慮する解決策を提供することを目的とする。その意図は、少なくとも、現在の解決策の代替案を提案することである。
【０００８】
本発明によれば、請求項１に係る方法が提案される。よって、少なくとも１つの風力発電設備によって電力供給グリッドに電力を供給し、電力供給グリッドのグリッド接続ポイントにおいてインフィードが行われる方法が提案される。複数のエネルギー発生器が電力供給グリッドに電力を供給し、複数の消費者が電力供給グリッドから電力を引き出すことで、インフィードされた電力と引き出された電力との間の電力バランスが電力供給グリッドに引き起こされる。理想的な場合、すなわち、同量の電力が供給される場合には、電力バランスは０である。ここで、電力バランスは、より多くの電力が供給された場合に正であると仮定される。よって、正の電力バランスは、電力供給グリッドに過剰な電力が存在する状況を意味すると理解される。
【０００９】
この目的のために、電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力指標を監視することが提案されている。最もシンプルな場合には、電力インジケータは、グリッド周波数またはグリッド周波数の挙動、特に、その変更であってもよい。しかし、例えば、グリッド電圧またはその挙動など、他の変数も考慮される。一実施形態によれば、電力バランスが測定され、電力インジケータは、電力バランスに直接対応することができ、または対応して標準化された値として提供することができる。測定は、例えば、小さなグリッドで、給電された全ての電力、および消費された全ての電力を測定することによって、または電力の流れを測定することによって行うことができる。
【００１０】
そして、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータに依存して決定される。風力発電設備は、有効な風力に依存する基礎電力に給電する。公称風が支配的である場合には、基礎電力は、例えば、風力発電設備の公称電力であってもよい。
【００１１】
基礎電力の給電は、エネルギーをバランスさせる決定された量によって変化することが提案される。エネルギーをバランスさせる正の量が電力インジケータに応じて決定される場合、特に、電力供給グリッドにおける電力需要が識別された場合には、給電は、前記決定された、すなわちエネルギーをバランスさせる正の量によって増加させる。特に、グリッド内の電力の過剰が特定された場合、バランスさせるエネルギー量の負の値が規則的に生じ、これにより、決定されたバランスのとれるエネルギー量によって基礎電力の給電の変化は、基礎電力の給電が減ることを意味する。
【００１２】
電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定するために、電力供給グリッドにおける検出された電力の過剰は、例えば、前記電力供給グリッドのエネルギー発生器の中で、それらのサイズに応じて、分割され、その結果は、基準時間間隔を掛けられてもよい。簡単な説明のための例を使用するために、１００ＭＷの超過電力が検出され、観測された風力発電所が前記電力供給グリッドに接続された全ての給電装置の電力の約１％を提供することが知られている場合、前記風力発電所に１ＭＷが割り当てられるように、前記１００ＭＷを分割することができる。もちろん、他の値および区分も利用することができ、例えば、システムサービスを提供することが可能な給電装置だけが考慮される。重み付けも考慮される。上記の例に戻って、基準時間間隔が今や１秒であれば、１ＭＷのエネルギー量、すなわち、約０．２８ｋＷｈがバランスのとれるエネルギー量として計算される。
【００１３】
しかし、例えば、グリッド周波数の所定の変化やグリッド周波数とグリッドの公称周波数との所定の差に、バランスのとれるエネルギー量が割り当てられている対応テーブルを事前にコンパイルすることも考えられる。そして、前記バランスのとれるエネルギー量は、検出された周波数の変化や検出された周波数の偏差に応じて使用されてもよい。このようなエントリ間の補間が可能である。
【００１４】
よって、バランスのとれるエネルギー量が付加的に給電されてもよく、この場合、負の値も考慮され、再計算とこれに従って調整された給電が、基準時間間隔の最後において実行されてもよい。
【００１５】
基礎電力は、規制上、検出または観測される風力に応じて決定されることが好ましい。また、基礎電力の事前に決定された値に基づいて基礎電力を決定し、さらに事前に決定され、付加的に釣り合ったエネルギーのバランスエネルギーを考慮に入れることも考慮される。バランスのとれるエネルギー量を決定すること、そして付加的に給電することにより、この種の給電またはサポートの挙動、いわゆる、対応する風力発電所の対応する風力発電設備の適切な挙動は、電力供給グリッドに直接接続された同期発電機の挙動に近似していてもよい。グリッドに直接結合された同期発電機はまた、負のパワーバランスである場合に、したがってグリッド周波数が変化する場合には、その回転エネルギーに由来する追加のエネルギーを物理的に供給する。その結果、前記同期発電機は、より遅くなる。よって、実際には、特定の量のエネルギーのみが実際に追加的に供給され、このようなエネルギー量もまた、所望の量では利用できない。
【００１６】
風力発電設備または風力発電所によって、エネルギー貯蔵量は、提案された給電に対して好ましくは予め決定されてもよく、その所定のエネルギー貯蔵量に応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定してもよい。特に、エネルギーをバランスさせる正の量を決定する間に、前記エネルギーをバランスさせる正の量は、前記所定のエネルギーの貯蔵量および追加のエネルギーをバランスさせる付加的な量が最近どのくらい供給されたかに依存する。
【００１７】
エネルギー貯蔵量は、好ましくは、エネルギー貯蔵量が、基礎電力に加えて、電力供給グリッドへ給電されるエネルギー量を示す風力発電設備または風力発電所のために決定されてもよい。そして、バランスのとれるエネルギー量は、前記エネルギー貯蔵量に応じて決定される。よって、バランスのとれるエネルギー量は、少なくとも、電力インジケータおよびエネルギー貯蔵量に応じて決定される。例えば、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータの従属機能によって決定されてもよいし、付加的に、重み付け係数が、エネルギー貯蔵量を考慮に入れてもよい。例えば、現在のエネルギー貯蔵量と最大のエネルギー貯蔵量との間の割合が形成されてもよい。したがって、前記係数は、本質的には１と０との間の値であり、従って、０から１の値を取ることができる係数としての電力インジケータによるバランスのとれるエネルギー量の決定に組み込まれる。基礎電力に加えてバランスのとれるエネルギー量が供給される場合、これはエネルギー貯蔵量の削減につながり、したがって好ましい実施形態の１つだけを述べると、前記重み付け係数の即時変化をもたらすこともできる。別の好ましい変形例は、電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量が最初に決定され、エネルギー貯蔵量は、エネルギー貯蔵量が所定の値、例えば、最大エネルギー貯蔵量の５０％をアンダーシュートするとすぐに、プロセスで決定された値を減少させる。
【００１８】
そうでなければ、風力発電設備または風力発電所の基本的な特性に起因する値は、そのような最大エネルギー貯蔵量として使用することができる。測定がエネルギーをバランスさせる正の量を必要とするグリッドをサポートするための第１尺度が導入された際に、どのくらいのエネルギー貯蔵量が存在するかを示す値は、最大エネルギー貯蔵量として、または初期エネルギー貯蔵量として使用することもできる。最大エネルギー控除を参照する説明は、ここで説明する初期エネルギー預託と同様に適用される。
【００１９】
一実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量は、前記基準時間間隔において前記バランスのとれるエネルギー量によって、基準時間間隔のために決定され、基礎電力の給電が変化、すなわち、増加したり減少したりすることが提案される。このような基準時間間隔は、わずかな好ましい例を挙げれば、例えば、１秒または０．５秒または２００ｍｓとすることができる。よって、バランスのとれるエネルギー量は、前記基準時間間隔において算出され供給される、または前記基準時間間隔と同じ大きさの時間間隔内で可能な限り早く供給される。
【００２０】
これにより、それぞれ決定されたバランスのとれるエネルギー量が供給され、すなわち、付加的に、短時間の間に目標とされた方法で供給される。この結果、特に、前記エネルギーは、サポートのための短い期間に供給されてもよい。さらに、バランスのとれるエネルギー量は、いわゆる次の基準時間間隔に続いて決定され、新たに供給されてもよい。この結果、風力発電設備または風力発電所の挙動は、グリッドに直接接続された同期電力生成器に近似してもよく、特に、ここでは、電力供給グリッドの状況に依存するエネルギー量がそれぞれ給電され、他方で、電力供給グリッドにおける前記状況が、新たに、すなわち各基準時間間隔で継続的に考慮される。また、サポートのために未だ存在するエネルギー貯蔵量は、バランスのとれるエネルギー量の決定の間でさえ考慮される。
【００２１】
好ましくは、基準間隔および給電間隔に対して非対称的な周期および／または異なる長さの間隔を提供することが提案される。例えば、毎秒バランスのとれるエネルギー量を計算することが提案されているが、それをより長い期間、例えば３秒間、常に給電されることが提案される。より長い時間は、調節電力の反応までの時間、または、その上に方向付けされてもよい。この結果、電力パケットが計算され、供給され、電力パケットは、場合によっては重ね合わされて加算される。
【００２２】
さらなる実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量は、電力バランスが減少して負になった場合、バランスのとれるエネルギー量が正、すなわち、基礎電力の給電が増加するように、電力インジケータに応じて決定されることが提案される。このようにバランスのとれるエネルギー量の決定時に、電力供給グリッドにおける電力バランスの絶対値が観測され、その値がどのように発展するかも観察されることが提案される。もし、電力バランスが減少して負になれば、すなわち、大きさに応じて増加する場合には、正のバランスのとれる量が決定され、もちろん、余剰エネルギーと同義にも言及することができるエネルギー貯蔵量がこのために存在することが想定される。このようなバランスのとれるエネルギー量が決定されるためには、好ましくは、最初に下げなければならない所定の下限値が仮定される。一実施形態によれば、電力バランスの理想値０からの偏差が最小である場合には、バランスのとれるエネルギーは、まだ最初に決定されていない。一実施形態によれば、電力インジケータまたは０に近い電力バランスの場合の反応は、不均衡に小さくなる。これにより、わずかな偏差の場合には、実質的に、またはほとんど付加的な給電が生じないことがある。バランスのとれるエネルギー量と電力インジケータとの比率は、好ましくは、ＰＴ２挙動によって確立され、ＰＴ２要素のステップ応答に対応する挙動として表される。
【００２３】
負のバランスのとれるエネルギー量を計算する提案は、電力バランスが増加して正になる場合、バランスのとれるエネルギー量が負になる、すなわち、基礎電力の給電が減少するように、アナログ的に、すなわち、バランスのとれるエネルギー量が電力インジケータに応じて決定されるように、提案される。一実施形態によれば、ここでは、電力バランスが所定の上限値を超えた場合にのみ、前記計算が行われることも提案される。基礎電力の給電の減少は、この場合、ここで説明されている各状況について、風力発電設備または風力発電所が、電力供給グリッドからバランスのとれるエネルギー量またはその一部を占める場合も含む。このように取り込まれたエネルギー量は、風力発電設備または風力発電所に貯蔵することができ、または、チョッパ抵抗として知られているものによって破壊することができ、または、電力調整によって削減される供給電力であってもよい。
【００２４】
一改良形態によれば、バランスのとれるエネルギー量が従属関数を持つ電力インジケータに従属しており、従属関数が可変であることが提案されている。電力インジケータ、それゆえ、電力供給グリッドにおける電力バランスに応じて、電力供給グリッドにバランスのとれるエネルギー量を供給することにより、グリッドサポートは、電力供給グリッドに直接接続される同期電力生成器の挙動に従って動作される。可変の従属関数を用いることで、より高い程度の柔軟性が実現され、しかし、特に、そのような方法は、電力供給グリッド内の変化した状況に簡単かつ迅速に適合させることができる。この結果、グリッドオペレータの仕様は、考慮されてもよい。
【００２５】
付加的あるいは選択的に、従属関数は、グリッド接続ポイントに依存することが提案される。これは、前記グリッド接続ポイントの技術的設計、特に、エネルギーの追加供給を可能にする能力および技能に関連してもよい。しかしながら、特に、電力供給グリッドにおけるグリッド接続ポイントの位置、特に、電力供給グリッドのトポロジーに関しては、その結果として考慮してもよい。例えば、ここで、グリッド接続ポイントが電力供給グリッド内の特に中央または偏心して配置されているかどうかを考慮することが可能である。経験的な値や実施された測定、または電力供給グリッドのその他の検査でも、電力供給グリッドの挙動を示すことができる。例えば、この場合、電力供給グリッドの振動挙動を発見することができる。このような振動挙動を考慮することで、このような電力供給グリッドにおけるグリッド接続ポイントの異なる位置に対して、異なる従属関数を提供することが有利である。特に、従属関数によって、特に大きなバランスのとれるエネルギー量、または、むしろ小さくバランスのとれるエネルギー量が電力バランスに応じて決定されるかどうかを確認または影響を与えることができる。より大きなまたはより小さいバランスのとれるエネルギー量は、従属関数の選択または調整に応じて、等価の電力バランスのために提供されてもよい。
【００２６】
グリッド接続ポイントの特性は、その短絡電流比でもある。特に、より大きなバランスのとれるエネルギー量、グリッド接続ポイントにおけるより大きな短絡電流比が決定されるように、従属関数が選択または調整されることが提案される。前記短絡電流比は、接続電力に対する短絡電力の比である。ここで、短絡電力は、短絡が発生したときに風力発電設備または風力発電所が接続されることを意図する観測されたグリッド接続ポイントにおいて、関連する供給グリッドが供給可能な電力として理解される。接続電力は、風力発電設備の、または、接続された風力発電所の接続電力であって、特に、電力生成器、または接続された電力生成器の公称電力である。
【００２７】
このような従属関数は、電力バランスとバランスのとれるエネルギー量との間に比例関係が生じることを防ぐように、好ましくは、非線形である。非線形従属関数の適切な選択の場合には、これは、電力供給グリッドの振動を打ち消すことができる。例えば、このような非線形従属関数は、バランスのとれるエネルギー量が常にもっとゆっくりとより大きな電力バランスを増加させるように、選択されてもよい。これは、振動が発生した場合に、より多くのバランスのとれるエネルギー量が得られ、実際に振動が励起される可能性のある対策を防止することができる。
【００２８】
代替的にまたは付加的に、正の量のバランスのとれるエネルギーを決定するために、それがバランスのとれるエネルギーの負の量の決定に導く場合よりも、従属関数が異なるで挙動を示すか、異なる関連性を持って提供されるように、従属関数が形成されることが好ましい。これは、電力供給グリッド内で発生する可能性のある振動の発生を阻止することもでき、過給および不足の場合のエネルギー供給グリッドの異なる挙動も考慮することができる。
【００２９】
それ以外であれば、従属関数はグリッド接続ポイントに依存し、また可変でもよい。例えば、グリッド接続ポイントに依存し、従属関数を変更するための重み係数にも依存する従属関数の基本関数が提供されてもよい。
【００３０】
従属関数は、電力供給グリッドのシステム特性に依存してもよい。これは、例えば、給電器または電力生成器にも同義に参照される接続されたエネルギー発生器によって合計電力が供給されることを含む。これは、例えば、数百キロ、特に、２００ｋｍまたは５００ｋｍの定義された周囲内のエネルギー発生器のみを考慮に入れてもよい。存在するエネルギー生成器の種類、および存在する消費体の種類も、ここでは考慮に入れることもできる。このため、例えば、全ての消費体の全インピーダンスにおける全ての消費体の誘導成分にわたって平均値が形成されてもよい。また、支配的な消費体のみが観察される、すなわち、例えば、全ての消費体の消費電力の少なくとも最小割合、例えば５％または１０％などを減少させる消費体についての規定が存在してもよい。
【００３１】
また、同じことが、給電器を考慮に入れる場合にも当てはまり、観察されるために最も支配的なものだけが提供されてもよい。給電器を考慮するために、例えば、所定のテーブルを用いて、製造される特性を提供すること、および、それに応じて選択される従属関数を提供することがあってもよい。このような特性は、グリッドが、風力発電設備または太陽光発電設備などの分散型給電器または電力生成器をむしろ有するか、代わりに石炭発電所または原子力発電所などの従来の発電所を含むかを含んでいてもよい。接続された電力生成器が提供されるシステムサービスの数も考慮に入れてもよい。このために、接続された各電力生成器または給電器は、例えば、５秒または１０秒とすることができる所定のサポート間隔の範囲内で提供されきる電力値またはエネルギー値を示すことが提案される。このような表示は、動作中に可変であってもよい。
【００３２】
一実施形態によれば、電力供給グリッド内の相互接続状況またはスイッチ位置がシステム特性として考慮される。特に、電力供給グリッドのオペレータは、対応するスイッチ位置によってグリッドトポロジに影響を与えることができる。よって、メッシュ内の引き込み線を変更すること、または、例えば、適切なスイッチ位置によってリングトポロジを切り替えまたは解体することができる。平行線の切断または追加の接続も考慮される。例えば、具体的な例に言及すれば、例外的に非常に大きな船が通過できるように、河川の高電圧ラインを隔離すると、グリッドトポロジの変化につながる可能性がある。よって、このような場合をよりよく考慮するために、一実施形態によれば、電力供給グリッド内における相互接続状況またはスイッチ位置に応じて、従属関数を変更、調整あるいは選択することが提案される。この場合、電力供給グリッド内における相互接続状況やスイッチ位置が測定されるか、それらがグリッドオペレータによって開示される。
【００３３】
従属関数は、それに応じて調整され、あるいは選択される。もしこれらの値が上段で示したように変化すると、従属関数はそれに応じて変化してもよい。
付加的にまたは代替的に、この全てが、電力供給グリッドのシステム挙動に応じて発生してもよい。このようなシステム挙動は、特に、電力バランスが変動すると、電力供給グリッドが振動する傾向がある。この場合、システム挙動は、上述したシステム特性と相関してもよい。
【００３４】
付加的にまたは代替的に、従属関数は、電力供給グリッドの少なくとも１つのシステム状態に応じて、変更され、調整され、選択されてもよい。システム状態は、供給グリッドの実際の状態であって、特に、電力供給グリッドの電圧と同様に、電力供給グリッドの周波数に関連する。しかし、例えば、電圧の高調波の存在または大きさ、または他の電流等、他のシステム状態も考慮されることができる。システム状態という用語は、ここでは、規制の観点から理解されるべきである。特に、前記システム状態は、例えば、変圧器の大きさ、線路の大きさ、またはグリッドやグリッドセクションのインピーダンスのような電力供給グリッドの物理的な特性または他の特性に関係しない。
【００３５】
付加的にまたは代替的に、さらなる風力発電設備またはさらなる風力発電所の少なくとも１つのさらなる従属関数に応じて、従属関数が変更され、調整され、選択されることが提案される。特に、ここでは、風力発電設備または風力発電所がさらなる風力発電設備またはさらなる風力発電所と通信し、少なくともこれらの情報の一部を交換する、好ましくは、さらにより多くの情報を交換することが提案される。例えば、ここでは、同一の電力インジケータの場合、１つの風力発電所が、その他の風力発電所よりも大きなバランスのとれるエネルギー量を決定するように、例えば、２つの同一の風力発電所の例のために選択される異なる従属関数を提供するための規定もある。これは、サージングにも対向することができ、特に、２つの風力発電所が互いにグリッドサポートを提供することを防止する。
【００３６】
付加的にまたは代替的に、外部仕様、特に、電力供給グリッドのオペレータの外部仕様が考慮されることが提案される。この結果、それらのシステムサービスに関して、特に、グリッドサポート特性に関して、単にグリッドオペレータとも呼ばれる電力供給グリッドのオペレータは、それぞれの風力発電設備または風力発電所を制御するオプションを利用することができる。前記グリッドオペレータは、前記挙動パターンを変更、または調整し、または様々なオプションからそれらを選択してもよい。これは、例えば、得られた経験的知識に応じて適合させてもよい。
【００３７】
さらなる実施形態によれば、従属関数は、電力供給グリッド内のイベントに依存し、特に、グリッドセクションの切断または再接続に依存することが提案される。例えば、強制的な保護機能や保護対策として、電力供給グリッドの一部が切断された場合、これは、また、切断された部分とその他の部分の両方が突然変化する電力バランスを導いてもよい。例えば、グリッドセクションが切断されると、グリッドセクションでは平均以上の電力が消費され、グリッドセクションは消費体だけが接続される可能性があり、断線は、残りの電力供給グリッドで突然優勢な正の電力バランスにつながり、すなわち、過剰な電力に対抗するために突然の必要性がある。この場合、前記部分的なグリッドが切断されたポイントの近くで前記過剰電力を最大限に相殺することが特に有利であり得る。この種の切断が切迫していることが少なくとも短期で予期される場合には、このような接続ポイントに近い風力発電所の従属関数は、特に強い依存性に変化させることができる。
【００３８】
部分的なグリッドを再接続しようとする場合も同様である。前記断線ポイントからさらに離れた風力発電所は、グリッドが不安定になる傾向にあるこの状況においても対抗措置を取るために、より弱い従属関数を選択してもよい。
【００３９】
電力インジケータは、好ましくは、グリッド周波数、グリッド周波数の時間微分、グリッド電圧、測定された電力差、グリッド周波数にモデル化されたモデル周波数、および／またはグリッド電圧の位相とモデル周波数の位相との間の位相角から決定される。複数の変数も、電力インジケータを決定するために組み合わされてもよい。
【００４０】
一実施形態によれば、電力要素はまた、グリッドインピーダンスに応じて決定されることが提案される。特に、少なくとも１つの上述した変数、特に、グリッド周波数および／またはその時間微分が、電力要素を決定するために使用され、付加的に、グリッドインピーダンスを考慮する。グリッド接続ポイントにおいて測定された値は、グリッドインピーダンスとして使用されてもよい。グリッドインピーダンスは値として知られ、例えば、グリッドオペレータによって提供されることを考慮してもよい。
【００４１】
電力供給グリッドのグリッド周波数、または、前記グリッド周波数の時間微分、または両者の組合せは、好ましくは、電力インジケータとして使用される。これは、もちろん、電力供給グリッドがＡＣ電圧を持っている、あるいはＡＣ電圧グリッドであることを前提としている。そして、バランスのとれるエネルギー量は、各ケースにおいて、前記グリッド周波数に応じて、電力インジケータとして決定され、この場合には、例えば、バランスのとれるエネルギー量はより大きく決定され、グリッド周波数の交差範囲の公称周波数、または、下限値と比較して、グリッド周波数、すなわち現在の周波数のアンダーシュートが大きくなる。しかし、電力インジケータとしてのグリッド周波数の他の考慮は、グリッド周波数の変化の考慮のように、便宜的でもあり得る。にもかかわらず、電力インジケータは、グリッド周波数に対応し、または、それから派生してもよい。前記電力インジケータがグリッド周波数に対応する場合には、電力インジケータの変化、よって、グリッド周波数の変化は、バランスのとれるエネルギー量の決定のために考慮されてもよい。同様のことは、電力インジケータがすでにグリッド周波数の変化に対応している場合に達成されてもよい。
【００４２】
特に、小さいグリッドでは、電力差を測定して電力インジケータとして直接それを使用することが考慮される。この結果、電力バランスが検出され、直接的に考慮され、これは有利であるが、特に大きなグリッドまたは特に複雑なグリッドに対して複雑になる可能性がある。
【００４３】
グリッド周波数を直接測定する代わりに、グリッド周波数にモデル化されたモデル周波数は、考慮され得る。このようなモデル周波数は、例えば、状態オブザーバによって識別される。
【００４４】
加えて、または代替として、位相またはグリッド電圧の位相位置と位相またはモデル周波数の位相位置との間の位相角を考慮に入れることが提案される。この結果、位相角を増加させるグリッド周波数の変化は、特によく考慮に入れられる。
【００４５】
一実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量が、電力インジケータの変化および第１の調整可能な位置因子の生産物から計算されることが提案される。最もシンプルな場合、バランスのとれるエネルギー量が前記生産物に対応する。しかし、例えば、利用可能な総エネルギー量など、他の影響を受ける変数も考慮に入れることができる。いずれにしても、計算の目的、つまり、バランスのとれるエネルギー量を決定する目的で、電力インジケータの変化に第１位置因子を乗じることが提案される。この結果、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータの変化、すなわち、例えば、周波数の変化に応じて計算される。
【００４６】
関連するグリッド接続ポイントの位置依存考慮は、前記第１位置係数を用いて組み込むことができる。例えば、第１グリッド接続ポイントを介して電力供給グリッドに供給される第１風力発電設備または第１風力発電所のために、第１位置因子として値１を使用することができる。
第１風力発電設備または第１風力発電所と同じ要件を有するが別のグリッド接続ポイントによって電力供給グリッドに供給される別の風力発電設備または別の風力発電所では、特に、電力供給グリッドの別の場所において、第１位置因子として値０．５を用いることができる。この結果、前記位置因子を用いて重み付けを行うことができ、その結果、グリッド接続ポイントに応じてバランスのとれるエネルギー量の決定に影響を与えることができる。しかしながら、グリッド接続ポイントの位置として他の変数も組み込むことができ、またはそれによって動的に反応することができるように、第１位置因子を可変とすることもできる。
【００４７】
付加的にまたは代替的に、さらなる実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量が電力インジケータおよび第２の調整可能な位置因子の生産物から計算される。電力インジケータは、これに応じて基本として取得され、位置因子によって乗算される。この場合も、電力インジケータの変化が使用される実施形態のように、さらに影響を与える変数も組み込むことができる。しかし、最も単純なケースでは、バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータと第２位置因子の積から直接的に計算される。
【００４８】
しかし、さらに影響を与える変数が組み込まれると、電力インジケータの変化等により、バランスのとれるエネルギー量が決定される上述した実施形態との組合せを実行することもできる。この場合、第１および第２位置因子は、組み込まれることができる。理論的には、たった１つの位置因子の使用で十分であり、第１および第２位置因子は同一であってもよい。これは、原理的には、組合せのない２つの個々の変形、すなわち電力インジケータまたはその変化だけが考慮される場合にも考慮され得る。しかし、実際には、第１および第２位置因子の両方の位置因子は、標準化を含むことができる。特に、電力インジケータの上述された変化は、電力インジケータの時間変化に関係しており、電力インジケータの絶対値との比較において、他の物理的単位でも結果が得られる。これは、それぞれの位置因子によって考慮され得る。上述された異なる状況に対するサイズ適応も、それぞれの位置因子によって協働で考慮され得る。あるいは、電力インジケータには両方とも含まれており、周波数および周波数の変化が、電力インジケータの使用によって考慮されるように、周波数および周波数の変化が電力インジケータに組み込まれる。
【００４９】
さらに好ましい実施形態は、
風力発電設備または風力発電所が、電力供給グリッドへ電力を供給する少なくとも１つの給電装置を有しており、給電装置は、設置保護または前述した制限値を満たすために、値少なくとも１つの動作範囲を有し、
基礎電力の給電を増加させた場合に、バランスのとれるエネルギー量を供給し、動作範囲は、所定のバランスのとれる時間間隔、特に、少なくとも所定の超過値までの動作範囲の上限値を超えて動作範囲から離れてもよい。
【００５０】
よって、使用される風力発電設備または使用される風力発電所は、少なくとも１つの動作範囲を有する少なくとも１つの給電装置を有している。特に、風力発電設備が使用される場合には、個々の給電装置、特に、出力インダクタを備えたインバータを設けることができる。風力発電所の場合には、このような複数の給電装置が使用される。しかし、さらなる変形例を説明すれば、風力発電所が、いくつかの他の方法で、その風力発電設備からエネルギーを選択し、中央給電装置を使用することも考慮される。
【００５１】
よって、上記少なくとも１つの給電装置は、設置保護または前述した制限値を満たすために満たされるべき少なくとも１つの動作範囲を有している。特に、給電される最大電流が上限を形成することができ、その結果、給電される電流に対する動作範囲が定義される。別の動作範囲は、使用される電圧範囲によって与えられることができる。
【００５２】
しかし、バランスのとれるエネルギーを供給するために、例外として、動作範囲が離れることが提案されている。これはまた、所定のバランスのとれる時間間隔に対してのみ提供される。これは、動作範囲、特に電圧、電流または電力の制限が、特に熱ダメージにつながるという知識に基づいている。そのような制限を超えることは、過熱につながる可能性がある。しかしながら、最終的に破壊または少なくとも老化につながるような、ここで生じる温度の過度の上昇は、ある時定数を有し、一時的な過度の増加が許容され得ることが認識されている。ここでは、所定のバランスのとれるエネルギー量の定義された一時的な給電が提供されるため、限界値を超過したにもかかわらず短い基準時間を使用することによって、これが非常に一時的にしか起こらないという事実を満たすこともできる。特に、短い基準時間間隔の選択による過度の給電にもかかわらず、過度な温度を防止することができる。
【００５３】
基礎電力の給電を増加させる場合には、所定の超過値まで超過し得る動作範囲の上限値が提供されることが好ましい。前記所定の超過値、特に、与えられた超過時間または最大超過時間に関連して規定することによって、超過およびその結果として得られる効果も、目標通りに制限内に保つことができる。例えば、公称回転速度の超過は、限界の超過に対応する。したがって、回転子には、より多くのエネルギーが利用可能である。
【００５４】
好ましい改良形態によれば、風力発電設備の回転エネルギーは、基礎電力の給電が増加する場合に、バランスのとれるエネルギー量を供給するために使用されることが提案される。すなわち、風力発電設備が現在生成しているエネルギー、特に、空力、また電気力学からのエネルギーよりも多くのエネルギーを供給しなければならないとき、風力発電設備の回転子を使用することができる。結果として、回転子の回転速度が低下する可能性もある。しかし、これは、受け入れられる。ここで追加的に供給されるバランスのとれるエネルギーを決定することによって、ここで回転から引き出されるエネルギーもまた、明確に特定され、したがって制御することができる。風力発電設備の回転子の回転数に応じて、バランスのとれるエネルギー量が決定される。この場合、風力発電設備の回転子は、基本的に空気力学的回転子を意味し、この場合、電気力学回転子は、より良い区別のためにアーマチュア（armature）と呼ばれる。しかしながら、駆動力のない風力発電設備の場合には、アーマチュアと回転子の回転速度は等しく、駆動システムの場合には、２つの回転速度を容易に相互に変換することができる。
【００５５】
加えてまたは代替的には、基礎負荷の給電が減少する、すなわち、電力供給グリッドへ給電される、または電力供給グリッドから引き出されるエネルギーが減少する場合、風力発電設備に、回転エネルギーとしてのエネルギーが貯蔵される。特に、電力供給グリッドに供給されるエネルギーが少なくても正の電力が依然として供給される場合には、エネルギー貯蔵器としてのこのようなロータの使用は、それに応じて、風によって入力されるよりも少ないエネルギーが、回転子からまたは回転子の動きから引き出されるという事実によって実現される。回転エネルギーは、それに応じて回転速度設定点値が増加するという事実によって、簡単に貯蔵される。
【００５６】
代替的に、またはそれに加えて、基礎電力の給電が減少した場合、好ましくは風力発電設備の電力削減が提供される。よって、風力発電設備の動作ポイントをより少ないエネルギーを発生するように変更することが提案される。これは、例えば、ロータブレードを風から投げ出すことによって行われる。
【００５７】
好ましい変形例によれば、
風力発電設備または風力発電所の少なくとも１つの風力発電設備は、発電回転速度で動作する発電機を有し、
電力バランスの変化が予測されるべきか否かを示す予測値が決定され、
予測値が電力バランスの変化が予測されるべきであることを示す場合に、回転速度が、
予測値に応じて変化する、
ことが提案される。
【００５８】
よって、電力バランスの変化が予測されるべきであるか否かをチェックすることが提案される。特に、多くの消費体や強力な消費体が経験的に接続されている、あるいは切断されている場合には、電力バランスの変化は、経験値のために、例えば、時間に依存して予測されてもよい。巨大な消費体によってアナウンスされた場合に、電力バランスが予測されてもよい。前記電力バランスは、特に、太陽光発電が昼から夜に変わるたびに変化するとき、またはその逆のとき、太陽光発電によって発生した電力の割合が変化する場合に、予測することもできる。天気予報、特に、風予報が評価されることが好ましく、給電され予測される風力の変化がそこから確認される。電力バランスの予測値は、そこから派生してもよい。さらなるイベントは、例えば、日食、多くの人々、クリスマスおよび大晦日に続いて行われる大規模なスポーツイベントの間に起こりえる最大パワー勾配であってもよい。
【００５９】
特に大規模な消費体がグリッドオペレータまたは別の制御ポイントにメッセージを送信することが考慮され、このメッセージは大規模な消費体の変化を通知するために使用される。計画された電力供給グリッドの部分的なグリッドの切断または再接続は、予測されるべき電力バランスの変化を許容することもできる。予測値は、それに応じて決定され、電力バランスの変化が予測されるべきことを示す場合には、回転速度が前記予測値に応じて変化することが提案される。結果として、その決定を再区分することができ、そしてバランスのとれるエネルギー量の給電を行うことが可能なより多くの回転エネルギーを有効にするために、電力バランスが負であることが予測される場合、特に、回転速度が増加することが提案される。
【００６０】
さらなる態様として、過度の回転速度のために一時的に許可された音響限界を逸脱することが考えられる。平均して、この場合でも設置は常に限界値を満たすことができるが、より多くの回転速度をサポートのために一時的に許容することができ、これにより騒音が増加するが一時的である。
【００６１】
本発明はまた、グリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドへ電力を供給する風力発電設備を提案し、前記風力発電設備は、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータをモニタリングするモニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する決定手段と、
前記グリッド接続ポイントにおいて、前記電力供給グリッドに給電する給電装置と、
−前記給電装置が有効な風に応じて基礎電力を供給し、
−前記給電装置が、決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記給電装置を制御する制御装置と、
を備えている。
【００６２】
よって、モニタリング手段は、電力バランスを示す電力インジケータを監視する。電力バランスは、電力供給グリッドに供給される電力と、電力供給グリッドから引き出される電力と、の差として差電力を示している。前記電力バランスは、すでに上述されたように、少なくとも１つの電力供給方法の実施形態に関し、ここでも定義される。
【００６３】
そして、決定手段は、電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する。決定手段は、例えば、マイクロプロセッサを有する演算ユニットであってもよい。決定手段は、給電装置を制御するための、制御装置（以下で詳述する）の一部であってもよい。ダウンストリームインダクタを有するインバータとして形成される給電装置は、よって、グリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに電力を供給するために用いられ、制御装置によって制御される。この場合、制御装置は、基礎電力が有効な風力に応じて給電されるように、給電装置を制御するとともに、決定手段によって決定されるバランスのとれるエネルギー量が基礎電力に加えて給電される。もし、バランスのとれるエネルギー量が負の値で決定された場合には、輝度電力の給電はそれに応じて減少する。
【００６４】
提案された風力発電設備は、好ましくは、上述した一実施形態の少なくとも１つの方法を実施することを特徴とする。
風力発電設備は、好ましくは、エネルギー貯蔵量またはその一部が貯蔵される予備のエネルギー貯蔵庫を有している。このように、結果としてより多くのバランスのとれるエネルギーを提供するために、例えば、エネルギー貯蔵量は、風力発電設備の空気力学的回転子および／またはアーマチュアの回転において部分的に貯蔵され、別の部分は、予備のエネルギー貯蔵庫に貯蔵される。予備のエネルギー貯蔵庫は、例えば、バッテリストア、またはフライホイールストア、またはその両方として設けられてもよい。
【００６５】
予備のエネルギー貯蔵庫は、好ましくは、風力発電設備に対して外部エネルギーストアとして設けられてもよい。エネルギー貯蔵庫は、例えば、風力発電設備の追加の家屋またはビル内に設けられていてもよい。しかし、それはまた、給電装置、すなわち、特に、１つ以上のインバータに対して外部的に設けることができる。したがって、それは、インバータの一部ではなく、特に、インバータの直流電圧リンク回路に加えて提供される。特に、それは、使用されるインバータ装置の直流電圧リンク回路の記憶容量の倍数、例えば、少なくとも５倍または少なくとも１０倍を有する。
【００６６】
一実施形態によれば、風力発電所は、
制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子ブロックを有し、位置因子ブロックは、位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータおよび第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
バランスのとれるエネルギー量は、電力インジケータおよび第２位置因子の生産物から計算される、
ことを特徴とすることが提案される。
【００６７】
よって、制御装置は、第１位置因子または第２位置因子またはその位置因子の両方を提供することができる位置因子ブロックを有している。このため、前記位置因子ブロックは、それぞれの場合において、位置因子に影響を与える少なくとも１つの変数が入力される入力を有している。最もシンプルな場合、位置因子に比例するそれぞれの値が入力される。原則として、位置因子が直接入力されてもよい。しかし、それぞれの場合において、例えば、０〜１の範囲内にあり得る重み付け係数は、重み付け係数を関数と関連付けるために入力されることが好ましく、これは、最もシンプルな場合には、結果として、位置因子を得るために、それをさらなる値によって乗算する。示されている例では、サイズ１を持つ重み付け係数の入力は、結果として、最大の位置因子につながり、一方、値０．５の入力では、例えば、最大の位置因子の半分のサイズの位置因子が得られる。
【００６８】
そして、前記位置因子または前記複数の位置因子は、特に、さらなる計算のために、設けられ、すなわち出力される。そして、バランスのとれるエネルギー量は、前記位置因子、すなわち電力インジケータの変化および第１位置因子の生産物から、あるいは付加的にあるいは代替的に、電力インジケータの生産物または第２位置因子から計算される。組合せも考慮される。よって、バランスのとれるエネルギー量およびその計算は、それによって影響を受けることができる。風力発電設備が風力発電所内に配置されている場合には、前記影響は、位置因子ブロックの入力において入力される位置因子に影響を与える変数、例えば、グリッドオペレータ、または発電所制御装置によって、外部から実施されてもよい。
【００６９】
本発明は、グリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに電力を供給する複数の風力発電設備を有する風力発電所も提案する。前記風力発電所は、
前記電力供給グリッドにおける電力バランスを示す電力インジケータを監視する発電所モニタリング手段と、
前記電力バランスは、
−前記エネルギー発生器によって前記電力供給グリッドに供給される電力と、
−前記電力供給グリッドから消費体によって引き出される電力と、
の差として差電力を示し、前記電力バランスは、引き出されるよりも多くの電力が供給される場合に正であって、
前記電力インジケータに応じて、バランスのとれるエネルギー量を決定する発電所決定手段と、
前記風力発電設備が有効な風力に応じて基礎電力を供給し、前記風力発電設備が決定された前記バランスのとれるエネルギー量によって前記基礎電力の供給を変化させるように、前記風力発電設備を制御する発電所制御装置と、
を備えている。
【００７０】
よって、このような風力発電所は、風力発電設備に関して上述したのと同様に、バランスのとれるエネルギー量の特定の決定および給電を通じて、グリッドサポートを実施することができる。風力発電所を使用することで、風力発電所の１つの風力発電設備を用いる場合よりもほぼ大きいバランスのとれるエネルギー量が、供給され、ここに給電されるとともに、給電は、前記バランスのとれるエネルギー量によって減少する。
【００７１】
この目的のために、風力発電所は、風力発電設備の決定手段（上述した）と同様に動作し、電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定する発電所決定手段を有している。発電所決定手段は、この場合、風力発電所の風力発電設備の大きさ、特性、運転状態を考慮する。実施するために、風力発電設備を制御する発電所制御装置が設置されており、風力発電設備を基礎電力に加えて決定されたバランスのとれるエネルギー量が供給されるように、また、バランスのとれるエネルギー量が負であれば、基礎電力はそれに従って減少する。この場合、発電所制御装置は、風力発電設備の各詳細を制御せず、しかし、その代わりに好ましくは、供給物に対応する設定値、特に、出力設定値を規定する。具体的な実施は、風力発電設備によって実行されてもよい。
【００７２】
したがって、風力発電設備には、バランスのとれるエネルギー量の処方を実施する必要がある。これは、例えば、発電所制御装置が値として出力することができ、風力発電設備のそれぞれについて、例えば、それぞれの風力発電設備の最大のバランスのとれるエネルギー量に基づいて、特定の風力発電設備のバランスのとれるエネルギー量の対応するパーセンテージ値につながる。例えば、任意の量の基準エネルギーを参照することもできる。
【００７３】
好ましくは、風力発電所は、上述した実施形態の少なくとも１つに係る風力発電設備を有している。この場合、発電所モニタリング手段は、風力発電設備のモニタリング手段によって形成されてもよい。そして、発電所決定手段および／または発電所制御装置を省略する、あるいは、それらを風力発電設備に適合させることができる。発電所制御装置が風力発電設備の位置因子に影響を与えること、特に、前記発電所制御装置は、位置因子ブロックの入力にアクセスし、位置因子に影響を与えるために、適切な変数を入力することが提案されている。
【００７４】
風力発電所のために、バランスのとれるエネルギー量またはその一部を提供する追加のエネルギーを貯蔵するために、発電所エネルギーストアが設けられることが好ましい。よって、風力発電所の風力発電設備に加えて、別のさらなる貯蔵装置、すなわち前記発電所エネルギーストアを提供することができる。発電所給電装置は、その一部が発電所エネルギーストアから電力供給グリッド、特に、風力発電設備とは独立して、供給されるオプションとしても設けられる。このため、例えば、追加のインバータ装置が設けられてもよい。風力発電設備とは独立した給電は、その自身の発電所給電装置を使用し、しかし好ましくは、風力発電設備、特に、発電所制御装置の使用を持って、電力の給電がコーディネートされる。この結果、電力供給グリッドのサポートは、風力発電設備とは独立して発電所エネルギーストアによって提供され、容易に拡張可能なサポートのための追加エネルギーと、提供されることが可能なグリッドサポートとの両方によって、改善されてもよい。
【００７５】
エネルギー貯蔵庫は、個々の風力発電設備、および／または、一または複数のインバータの直流中間回路に設けられていてもよい。
決定されたバランスのとれるエネルギー量が負である場合、電力供給グリッドからエネルギーを引き出し、それを発電所エネルギーストアに給電することもできる。よって、最もシンプルな場合、この場合には、風力発電設備は、変化しないで動作され続ける。このような場合には、風力発電設備は、基礎電力の増減なしで、基礎電力の給電を続けることができる。
【００７６】
一実施形態によれば、
発電所制御装置は、第１位置因子および／または第２位置因子を提供する位置因子発電所ブロックを有し、前記位置因子発電所ブロックは、前記位置因子に影響する変数が入力され得る入力を有し、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第１位置因子の変化の生産物から計算され、または、付加的にあるいは選択的に、
前記バランスのとれるエネルギー量は、前記電力インジケータおよび前記第２位置因子の生産物から計算される、
ことが提案される。
【００７７】
風力発電所は、１以上の位置因子を変化させることで、外部から、制御されたり、適合されたりしてもよい。この結果、例えば、グリッドオペレータによって、一または複数の位置因子、これによりバランスのとれるエネルギー量を、外部から変化させることができる。
【００７８】
この結果、前記グリッドサポートの高い程度の柔軟性が達成され、上述した風力発電所にだけでなく、上述した風力発電設備、または上述した方法にも適用される。特に、それぞれのバランスのとれるエネルギー量がそれに応じて決定されるため、電力バランスの変化に直接反応することができる。しかし、前記依存性も影響を受けることができ、これにより、電力供給グリッドのシステム挙動も影響を受けることができる。
【００７９】
さらなる提案は、負のエネルギーを提供するために制御可能な負荷をさらなる実現形態として提供することである。このために、またはこれに加えて、発電所制御装置、すなわち、風力発電所制御装置として呼ばれることもある風力発電所の中央制御装置は、結果として必要とされるように消費量を減らすために、配電網または電力供給グリッドにおいて、消費体を制御することが提案されている。この結果、電力バランスは増加する。
【００８０】
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、以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【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】電力供給グリッドの挙動に影響するいくつかの要素を有する電力供給グリッドのセクションを示す図。
【図４】バランスのとれるエネルギー量を決定するためのオプションを示す図。
【図５】バランスのとれたエネルギーの給電の可能なタイプおよび機能のグラフを示す図。
【図６】バランスのとれたエネルギーの給電のさらなる可能なタイプおよび機能のさらなるグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力発電設備１００を示している。３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６は、ナセル１０４に配置されている。動作の間、ロータ１０６は、風によって回転させられ、それによりナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００８３】
図２は、例えば、同一であってもよいし異なってもよい３つの風力発電設備１００を有する風力発電所１１２を示している。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を示している。風力発電設備１００は、特に、発電所グリッド１１４を介して、電力、すなわち、生成された電流を供給する。この場合、それぞれの風力発電設備１００によって生成された電流または電力が加算され、通常、一般にＰＣＣとも呼ばれる送り込みポイント１１８において、供給グリッド１２０に給電するために、発電所において電圧を上昇させる変圧器１１６が設けられている。図２は、当然、コントローラが存在するが、例えば、コントローラを示していない風力発電所１１２の簡略図だけを示している。発電所グリッド１１４は、例えば、１つの他の例示的な実施形態に名前をつけるために、例えば、各風力発電設備１００の出力にも存在する変圧器によって、異なって設計されていてもよい。
【００８４】
図３は、異なる電圧レベル、すなわち超高電圧ＨＨ、高電圧Ｈ、および中電圧Ｍのための異なるラインセクションを示す電力供給グリッド２の一部を示す。さらにここでは、特定されていないが、低電圧セクションもある。電力供給グリッドの一部は、図１および図２の風力発電設備１００、第１風力発電所ＷＰ１および第２風力発電所ＷＰ２に対応する大規模発電所３、水力発電所６、風力発電設備８である。これらは、電力供給グリッド２に給電するエネルギー発生器である。
【００８５】
図３は、消費体としての第１の工場１０および第２の工場１２ならびに第１の町１４および第２の町１６を示す。同じ文字Ｔによって特定されるが、異なる寸法の変圧器Ｔは、異なる接続および超高電圧グリッドと高電圧グリッドとの間の接続にも提供される。
【００８６】
説明のために、水力発電所６、第１の町１４および風力発電設備８の接続および分離のためのスイッチＳ２と同様に、第１の工場１０の接続および分離のためのスイッチＳ１が設けられている。水力発電所６、第１の町１４および風力発電設備８は、この点において部分グリッド１８において組み合わされる。よって、第２スイッチＳ２は、電力供給グリッド２の残りのグリッドから部分グリッド１８を分離することができ、それを分離後に再接続することができる。図３では、最初に第１および第２スイッチがそれぞれ閉じられ、図示された全てのエネルギー発生器と消費体とが、電力供給グリッドに接続され、電力供給グリッドに電力を供給またはそこから電力を引き出すものと仮定する。
【００８７】
図３の電力供給グリッド２に示されるエネルギー発生器および消費体が唯一または関連するエネルギー発生器と消費体とであると仮定すると、電力バランスΔＰの以下の相関結果が得られる。
【００８８】
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４−Ｐ５−Ｐ６＋Ｐ７
なお、以下のことが当てはまる：Ｐ３＝Ｐ３１−Ｐ３２＋Ｐ３３
この場合、電力Ｐ１〜Ｐ７，Ｐ３１〜Ｐ３３は、それぞれ最初にその値に従って正であると仮定され、図３の矢印は、それぞれの電力について、電力供給グリッド２または消費体に向かって、エネルギー発生器から離れて、この場合、電力供給グリッドから離れていることを指す。よって、エネルギー発生器の電力は正、消費体の電力は負として計算される。
【００８９】
電力Ｐ３は、部分グリッド１８によって、電力供給グリッド２、またはそのメインライン２０に給電される電力に関連する。この値は、特に、水力発電所６および風力発電設備８が発電を行わない、あるいは第１の町１４が消費するよりも少ない電力を発生させる場合、すなわちＰ３１およびＰ３３の合計がＰ３２よりも小さい場合に、負になってもよい。
【００９０】
電力バランスΔＰ＝０、すなわち、電力供給グリッド２が実質的に静止状態で動作すると最初に仮定された場合、サポート電力は必要とされない。特に、風力発電設備８と２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、古典的な並列グリッド運転で動作することができ、換言すれば、風力発電と同程度の電力を供給することができる。
【００９１】
例えば、もし、第１の工場１０がグリッドから分離する、すなわち、第１スイッチＳ１が少なくとも記号的に開放されると、第１の工場１０の消費電力Ｐ２は、０に低下し、電力バランスΔＰは正になる。よって、接続された消費体が消費する電力よりも多くの電力が電力供給グリッド２に給電される。風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、例えば、測定センサ２２または測定センサ２４を介して、正の電力バランスを検出し、発電所制御装置２６または発電所制御装置２８においてそれを評価し、これに適切に反応することができる。測定センサ２２または測定センサ２４による検出は、１つの例を挙げると、周波数の検出に含まれえる。しかし、この情報は、グリッドオペレータによって提供される情報を含めて、異なる方法で確認することもできる。
【００９２】
バランスのとれるエネルギー量は、いずれの場合でも、発電所制御装置２６または発電所制御装置２８において計算されてもよく、バランスのとれるエネルギー量は、いずれの場合でも、電力供給グリッド２において超過した電力の上述した例において、バランスのとれるエネルギーのための負の値を導かなくてはならない。２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、これに従って基礎電力を減少させ、それらは、前述した並列グリッド動作で、それぞれ計算されたバランスのとれるエネルギーによって事前に給電されている。電力バランス、またはそれに対応するインジケータは、この場合、例えば、周波数と呼ばれ、監視が続けられる。次回、例えば、次のサンプリング時間において、バランスのとれるエネルギー量は、これに従って、再び計算される。
【００９３】
この場合、より少ない程度で給電されなければならないそれぞれの計算されたバランスのとれるエネルギー量の大きさに応じて、風力発電設備の動作の適応は十分であり得るか、または電力を破壊するか、またはそれをチョッパとも呼ばれる熱抵抗器によって熱に変換することも考えられる。これは、例えば、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２の各風力発電設備において、引き起こされ、または別のチョッパを設けることができ、そのチョッパは、ここでは、例としてチョッパ３０またはチョッパ３２として示されている。また、バッテリストア３４，３６に、前記バランスのとれるエネルギー量またはその一部を貯蔵することも考えられる。この点に関して、しばらくして、グリッド内のより遅い発電機からの活性化された調整電力が、エネルギーバランスの均衡を引き継ぐか、または少なくとも部分的に引き継ぐことに言及すべきである。したがって、一時的なサポートでさえ十分であり得る。
【００９４】
簡素化のために説明するために、２つの風力発電所ＷＰ１、ＷＰ２は実質的に同一であると仮定すべきであって、特に、同じ公称電力量を持つ風力発電設備の数は同じであるとする。しかし、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、電力供給グリッドにおけるそれらの位置という点で異なっている。第１風力発電所ＷＰ１は、第１の工場１０の近くに接続されているか、または第１の工場１０が電力供給グリッドまたはメインライン２０に給電するポイントに接続されている。対照的に、第２風力発電所ＷＰ２は、第１風力発電所ＷＰ１よりも第１の工場１０が給電するポイントからさらに離れている。特に、それぞれの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２のグリッドをサポートする手段は、異なる効果を有することができる。第１の工場１０の上述した切断は、第２風力発電所ＷＰ２よりも第１風力発電所ＷＰ１に対してより直接的な効果を有する。
【００９５】
よって、今度は、２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２のこれらの異なる接続位置が、グリッドサポート機構において考慮されることが提案される。特に、第１風力発電所ＷＰ１のグリッドサポート測定は、第２風力発電所ＷＰ２のそれよりも厳しく選択されることが提案されている。特に、第１風力発電所ＷＰ１は、より多くのサポートエネルギーを提供する、または、この場合、第２風力発電所ＷＰ２よりも過剰に増加した電力からより多くのサポートエネルギーを引き出すことが提案される。しかし、同時に、前記グリッドサポートの基本挙動、すなわち、バランスのとれる付加的な給電、または、バランスのとれるエネルギーの引き出しが、同じ方法で進められることが意図される。このため、第１風力発電所ＷＰ１および第２風力発電所ＷＰ２においてそれぞれ決定または計算されるバランスのとれるエネルギー量は、電力バランス、または電力バランスのインジケータに依存するだけでなく、位置情報の一部にも依存する。前記バランスのとれるエネルギー量は、位置因子に依存し、一方で、第１風力発電所ＷＰ１の接続状況、他方で、第２風力発電所ＷＰ２の接続状況における差を考慮する。
【００９６】
特に、ここでは、０と１の間の値、あるいは０．５と２の間の値をとる位置因子を提供されてもよい。この場合、前記位置因子は、第１風力発電所ＷＰ１の値２と、第２風力発電所ＷＰ２の値０．５とをとってもよい。この例示的な実施形態では、値１を持つ位置因子は、正常値または平均値として設定されることができ、その値は、第１風力発電所ＷＰ１の通常値または平均値の２倍であって、第２風力発電所ＷＰ２の半分の値となる。しかし、これは、説明のためだけに役立つことを意図している。いずれの場合でも、ここでは、バランスのとれるエネルギー量は、それぞれ、同じように早く同じアルゴリズムで決定することができ、よって、基本的に同じダイナミクスで、一方で、第１風力発電所ＷＰ１と他方で第２風力発電所ＷＰ２の堪えの異なる変数で決定される。しかし、例えば、このような他のダイナミクスを提供するように、他の考慮も考慮される。
【００９７】
バランスのとれるエネルギー量を決定し追加供給するか、または前記量だけ給電を減らすための提案された解決策は、特に、秒の範囲で一時的なグリッドサポートのため、すなわち、１０秒以下の時間、特に、５秒以下の時間、提供される。時間とともに、長期的な測定が開始され、この測定値は、理想的には電力バランスΔＰが再び０になるように、長期的に電力バランスを達成することができる。いくらか長期的なバランシングの１つの選択肢が、例として示される水力発電所６によって提供される。しかしながら、さらなる１つの例を述べると、例えば、ガス発電所のような他の発電所も検討されている。より長い時間では、大規模な発電所はまた、その給電を適合させることができる。
【００９８】
第１の工場１０がまた電力を回収している間、バランスのとれる電力バランスが再び存在すると、すなわち、電力バランスΔＰが約０であって第１の工場１０が再び接続されると、すなわち、記号的に描かれたスイッチＳ１が閉じられると、示されたこの場合には特に、電力バランスΔＰがもはやバランスされていない状況、すなわち、電力Ｐ２が突然引き出された場合には、電力バランスΔＰは負である。
【００９９】
そして、特に、一時的なサポートのために、２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、付加的なエネルギーを供給することができる。バランスのとれるエネルギー量は、それぞれの場合において、この目的のために決定され、供給される。バランスのとれるエネルギー量は、部分的に使用され、風力発電所の浮力発電設備の回転エネルギーから部分的、あるいは全てを使用される。加えて、あるいは選択的に、エネルギーは、バッテリストア３４またはバッテリストア３６から取り出される。この目的のために、インバータ３８またはインバータ４０は、バッテリストア３４またはバッテリストア３６からエネルギーを引き出し、前記エネルギーを交流に変換し、それぞれの変圧器Ｔによって、風力発電所ＷＰ１または風力発電所ＷＰ２のそれぞれの基礎電力へ前記エネルギーを追加する。
【０１００】
この場合でも、バランスのとれるエネルギー量は、いずれの場合も、電力バランスまたは電力バランスのインジケータに応じて決定される。さらに、ここでは、付加的な変数を提供することも提案され、すなわち、これは、それぞれの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２が電力供給グリッド２またはそのメインライン２０に接続される位置に依存してここで提案される。この場合には、スイッチＳＷ１が開いていることにより、電力バランスΔＰが正になった場合について上述したことと同じことが同様に当てはまる。
【０１０１】
ここで付加的な要素は、付加的なエネルギーの給電の間、よってバランスのとれるエネルギー量の決定または計算の間、エネルギー貯蔵量を考慮することも提案されることである。図３に示されている例として、前記エネルギー貯蔵量は、風力発電設備から引き出される回転エネルギーと、バッテリストア３４またはバッテリストア３６に存在する引き出し可能なエネルギーとから構成される。特に、回転エネルギーの場合には、回転エネルギーの引き出しに関連する回転速度の一定の減少が許容され得ることに留意すべきである。しかし、全ての回転エネルギーを引き出してロータを停止させることは便宜ではない。この場合、それに応じて、エネルギー貯蔵量またはエネルギー貯蔵量の割合として考慮されることを意図した回転エネルギー全体ではなく、風力発電設備が引き続き使用できるように描かれる回転エネルギーだけが、後に便宜的に操作され続ける。
【０１０２】
エネルギー貯蔵量を考慮に入れる１つの選択肢は、ある限界値、例えば、最大可能エネルギー貯蔵量の１０％、好ましくは、２０％のアンダーシュートを監視することにある。前記下限値よりも多くのエネルギー貯蔵量が存在する限り、バランスのとれるエネルギー量は、制限なく、その都度、計算される。このような下限値を下回った場合には、バランスのとれるエネルギー量を低減するためのアルゴリズムや、それを計算するアルゴリズムが提供される。これは、単なる考慮の一例であって、バランスのとれるエネルギー量を計算するための計算アルゴリズムの初めからと同じくらい早く、エネルギー貯蓄量を提供することも考慮される。
【０１０３】
エネルギー貯蔵量を考慮に入れることで、一般的に、終わりだけに多くのエネルギーが存在することだけでなく、ここでは、目標としたバランスのとれるエネルギー量の計算に影響を及ぼすことも可能であることも考慮される。直接的に結合された同期発電機の物理的特性によるグリッドのサポートの場合であっても、例えば、象徴的に図示された大規模発電所４の場合でも、同期発電機内に回転エネルギーがあるだけ多くのサポートを実施することもできる。しかしながら、現在の回転エネルギーによる制限効果は、ここで影響を受けることはできない。回転エネルギーの引き出しにより、同期発電機はよりゆっくりになって、直接結合された同期発電機が給電する周波数もこれに従って変化する。これはまた、発電機の回転速度が下限値まで低下したとき、グリッドの分離または部分グリッドの断線が発生にもつながる。回転速度が最小値を下回ると、突然に、前記同期発電機が給電することはもはや不可能である。これは、まず、それまで給電された電力を含めて、サポートエネルギーがすぐに降下するという欠点があります。しかし、大規模発電所で発電された電力が突然出力されなくなり、何とか破壊されなければならないという欠点もある。グリッド周波数が全体的に低下するため、同期発電機を有する全ての大規模発電所もしばしばグリッドから隔離され、結果として、問題が悪化することが特に問題である。
【０１０４】
前記問題は、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２についてここに記載されているが、原則として、例えば、風力発電設備８によって実施することができる提案された解決策によって防止される。一方、現在のエネルギー貯蔵量に応じて、どのようにサポート給電が行われるかを目標にして制御することができる。しかし、他方では、付加的な給電のためのエネルギー貯蔵量がもはや存在しない場合でも、風力発電所または風力発電設備が、少なくとも基礎電力を用いて運転され続ける。グリッド分離を実行する必要はなく、また最適ではない周波数で続けることもでき、風力発電所や風力発電設備が、給電されない電力を生成する問題もそこにはない。
【０１０５】
よって、グリッドをサポートするために適合する可能性のある特に柔軟な解決策が提供される。各風力発電設備または各風力発電所のサポート特性は、現在の状況に適合される。給電の特定の位置への適応、すなわち、特に、電力供給グリッドにおけるそれぞれのグリッド接続ポイントの特定の位置は、この場合、そのような適応オプションが好都合であるただ一つの状況である。もう１つのオプションは、特に、電力供給グリッドのグリッドオペレータが前記適合能力によって電力供給グリッドをよりよく制御できることがある。柔軟な適合により、例えば、予測されるべき電力バランスが特に大きくジャンプする場合、あるいは、サポートエネルギーを提供するエネルギー発生器が何らかの理由で利用できないことが知られたとき、予測値も考慮に入れることができる。あるいは、非常に一般的に、電力供給グリッドにおいて、どのくらいのエネルギーが現在グリッド内で有効であるかを考慮することができる。
【０１０６】
そうでない場合には、図３は、部分的なグリッドの切断、すなわち部分的なグリッド１８の切断の図も提供する。この部分グリッド１８のこのような切断および再接続も、記号的に描かれた第２スイッチＳ２によって実行される。この場合、電力バランスΔＰは、残りの電力供給グリッド２で生じる。この電力バランスの変化は、特に、メインライン２０において生じる。部分的なグリッド１８は、エネルギー発生器と消費体とで構成されるため、少なくとも理論上では、切断された状態でも機能し続ける。この場合、電力Ｐ３が、切断時に０にならない場合、部分的なグリッド１８における電力バランスの変化ももちろん生じる。これは、とりわけ、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２のために基本的に上述したように、風力発電設備８によってバランスをとるか、または少なくとも部分的にバランスさせることもできる。しかし、前記部分的なグリッド１８は、単なる一例に過ぎず、実際にはもっと複雑である。
【０１０７】
図４は、特に、バランスのとれるエネルギー量Ｅａが決定される方法を示している。このために、測定手段５４を用いた測定が、電力供給グリッド５２において行われることが提案されている。そこでは純粋に三相測定が象徴的に提案されており、一例として、周波数ｆの測定が一例として示されている。しかし、通常、３相グリッドにおける３つの位相の全ての周波数を測定する必要はないであろう。しかし、測定手段５４を用いたこの測定は、例えば、電流および／または電力の測定などの他の測定を例示することもできるので、ここではこの３相の例が選択されている。
【０１０８】
測定手段５４は、このようにして、例えば、周波数ｆを検出し、これをバランス決定ブロック５６に入力する。前記バランス決定ブロックは、電力バランスΔＰが、周波数の関数として、すなわち、そこに入力された測定変数に依存して決定されることを示す。この場合、相対的な決定、すなわち、例えば、最大許容偏差に基づくパーセンテージ偏差も考慮される。
【０１０９】
この方法で決定された電力バランスΔＰは、インジケータ決定ブロック５８に入力され、インジケータ決定ブロック５８は、電力バランスΔＰに依存する関数としてインジケータＩｎｄを決定する。よって、その結果は、電力インジケータＩｎｄである。
【０１１０】
その代わりに、電力インジケータＩｎｄはまた、測定手段５４を用いて検出された周波数から、または他の方法でそこで検出された値から直接的に決定される。単純なケースでは、測定手段５４の出力をそのまま電力インジケータＩｎｄとして使用することもでき、これは破線の矢印で示されることが意図されている。
【０１１１】
そして、電力インジケータＩｎｄは、従って、電力インジケータに応じてバランスのとれるエネルギー量を決定する決定手段として機能する、バランスのとれるエネルギー決定ブロック６０に入力される。よって、前記バランスのとれるエネルギー決定ブロック６０は、電力インジケータＩｎｄに応じてバランスのとれるエネルギー量Ｅａを決定する。さらに影響力のある変数として、エネルギー貯蔵量ＥＲと同様に、サンプリング時間Ｔ、位置因子Ｋであってもよい時定数Ｔが提案されている。サンプリング時間は、基準時間間隔にその長さに関して対応してもよい。バランスのとれるエネルギー量Ｅａを決定するための１つのオプションは、以下の計算式による計算によるものである。
【０１１２】
【数１】
2019514323.tif 000011
前記計算式において、Ｅａは、決定されるバランスのとれるエネルギー量、Ｉｎｄは、電力インジケータ、Ｋは、位置因子、ＣＲＥＳは、エネルギー貯蔵量を考慮に入れる係数、Ｔは、サンプリング時間または基準時間間隔である。
【０１１３】
位置因子Ｋは、好ましくは、Ｋ０とＫＲの積からなり、Ｋ０は標準化に使用され、ＫＲは相対係数として重み付けの機能を有することができる。ＫＲは、１つの例を挙げれば、好ましくは、０．５〜２の値をとることができる。しかしながら、例えば、０から１の値、または０から１００％の値を、数学的には同じ値、または他の値の範囲とすることも考えられる。しかし、位置因子Ｋの代わりに、関連するグリッド接続点の位置を考慮しない、または考慮しない他の影響を与える変数も、追加または代替として提供される。しかしながら、一実施形態によれば、位置因子Ｋ、特にそれらの相対成分ＫＲは、電力供給グリッド内におけるグリッド接続ポイントの位置を考慮に入れている。
【０１１４】
エネルギー貯蔵量は、係数ＣＲＥＳによって考慮され得る。実施の１つのオプションは、エネルギー貯蔵量ＥＲが最小エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎよりも大きい限り、ＣＲＥＳが値１をとることである。前記最小エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎは、例えば、最大エネルギー貯蓄量の１０％または２０％とすることができる。もし、エネルギー貯蔵量ＥＲが最小エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎ以下であれば、前記会計係数ＣＲｅｓのためのエネルギー貯蔵量は、式を用いて説明される。
【０１１５】
【数２】
2019514323.tif 000012
よって、前記会計係数は、十分なエネルギー貯蓄量がまだ存在する限り、値１をとる。しかし、前記エネルギー貯蓄量が減少している場合には、残留エネルギーに比例した係数に迂回する。
【０１１６】
時定数Ｔは、好ましくは、１μｓ以下となるように、小さく選択される。しかし、特に、前記時定数Ｔは、例えば、１００ｍｓ、５０ｍｓ、２０ｍｓまたは１０ｍｓなどのサンプリング時間の持続時間よりも著しく低く、さらにはさらに低下する可能性がある。
【０１１７】
電力インジケータＩｎｄは、例えば、電力バランスΔＰと、電力供給グリッドまたは少なくとも関連する電力供給グリッドの全てのエネルギー発生器の公称電力の合計との間の商として計算することができる。あるいは、周波数インジケータは、最大許容周波数変化Δｆｍａｘと比較して、周波数変化Δｆから計算される。電力インジケータＩｎｄの計算の選択に応じて、これは、もちろん、バランスのとれるエネルギー量について上述した計算式に影響を与え得る。特に、電力インジケータＩｎｄの計算の選択は、したがって電力インジケータＩｎｄの選択も、基本値または基準因子Ｋの標準化値Ｋ０によって考慮することができる。
【０１１８】
図４に係る特徴に限定されない一実施形態によれば、バランスのとれるエネルギー量も計算され、基準時間間隔で割ったバランスのとれるエネルギー量に対応するバランスのとれる電力と同様に使用される。
【０１１９】
図５は、一実施形態による提案された解決策の機能を概略的かつ例示的に示す。これはまた、特に、提案された解決法の基本的な説明にとって役立つことを意図している。原理的には、図５に示されるプロファイルは、図３による電力供給グリッド２の動作の結果であり得る。
【０１２０】
図５のグラフは、時間ｔに応じてプロットされた複数のプロファイルを含む。Ｔはここでは単位として特定され、例えば１秒とすることができる。外乱を示す以下で示された図５のグラフの関連範囲は、したがって、３秒にわたってｔ１からｔ４に及ぶ。３秒の合計期間は、図示された外乱の平均値としてほぼ仮定される。しかし、時定数Ｔについては、実際的な実装のために、より低い値を使用すること、または少なくとも大きな値を使用することが提案されている。
【０１２１】
周波数ｆは、最上部のプロファイルとしてプロットされており、この場合、電力インジケータＩｎｄとしても機能する。最初、すなわち時間ｔ１の前に、周波数は公称周波数ｆＮを有する。従って、周波数ｆは、所望の値を有し、電力バランスΔＰは、理想的には０である。
【０１２２】
時間ｔ１では、周波数ｆは、突然、少なくとも急峻に低下し、これは電力バランスΔＰが負であることを意味する。時間ｔ２では、時間ｔ３から時間ｔ４まで、再び周波数が公称値まで上昇し、時間ｔ４から、電力バランスΔＰが、再び０である、すなわち再びバランスをとると仮定することができる。表現は、もちろん説明目的のためだけであって、理想化されているものとする。
【０１２３】
給電電力は、グラフの底部分にプロットされている。図３について、風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２の両方が同じ基礎電力ＰＧで給電されていると仮定する。これは、わずかに変動するほぼ水平な線で示されている。この例では、前記基礎電力ＰＧは、定格電力ＰＮよりも低い。
【０１２４】
時間ｔ１では、急激に周波数が低下し負の電力バランスが想定される場合には、風力発電所ＷＰ１またはその発電所制御装置２６によって、バランスのとれるエネルギー量Ｅａ１が計算される。同時に、風力発電所ＷＰ２は、その発電所制御装置２８においてバランスのとれるエネルギー量Ｅａ２を計算する。前記２つのバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２は、時間Ｔ、すなわちｔ１からｔ２の期間にわたって計算され、目標時間内に目標時間に供給される。これに対応して、給電電力は、基礎電力ＰＧから増加する。したがって、それぞれ決定された、そしてまた給電されたバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２は、上記電力レベルの下の面積であり、基礎電力ＰＧに対して増加する。第１風力発電所ＷＰ１のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１は、基礎電力ＰＧの値まで全体の領域に関係しているのに対して、第２風力発電所ＷＰ２の第２のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ２は、たった半分の大きさであって、クロスハッチング領域にのみ関係する。
【０１２５】
この場合、バランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２の２つの量を決定するために、簡単のために、最初に説明したが、当初は同じ計算が基本として採用されており、２つの風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２は、少なくとも同じ大きさであると仮定する。
【０１２６】
図５のグラフにおいてここに示された状況は、第１の工場１０が第１のスイッチＳ１の閉鎖を介して再接続され、電力Ｐ２の突然の引き込みによって電力バランスの低下を引き起こす状況を反映することを意図している。第１風力発電所ＷＰ１は、前記第１の工場１０に著しく近く、したがって前記電力低下の原因にかなり近くなる。したがって、ここでは、風力発電所ＷＰ２の場合の２倍の大きさのより高い位置因子Ｋが提案されており、これははるかに遠くに配置されている。すなわち、グリッド接続ポイントは、第１の工場１０のそれから、したがって、第１風力発電所ＷＰ１のそれからかなり離れている。
【０１２７】
よって、２つのバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２は、このために、すなわち、異なる位置因子Ｋの選択のために、それに応じて異なる大きさである。時間ｔ２では、基本的に同じ量のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２が再び計算されるように、ここでは電力インジケータＩｎｄとして機能する周波数ｆは、依然として、低い値を有している。ｔ２からｔ３の範囲では、バランスのとれるエネルギーの同じ給電量およびこれによりエネルギーの量を示し斜線またはクロスハッチで図示された同じ２つのエネルギーブロックが、再び同じ結果として生じる。
【０１２８】
時間ｔ３では、周波数、およびよって電力バランスが、いくらか再び取り上げられ、よって、バランスのとれるエネルギー量Ｅａ１，Ｅａ２がまだ同じ方法で計算されるが、同じ異なる位置因子Ｋを用いても、復元された周波数ｆのために、つまり、再び変更された電力インジケータＩｎｄのために、より低い値になる。図示された例では、前記値は、すなわち、前の値のほぼ半分である。しかし、同時に、第２のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ２は、再び、第１のバランスのとれるエネルギー量Ｅａ１のたった半分である。時間ｔ４から、状況が再び落ち着き、周波数がその公称値に達し、電力インジケータＩｎｄとして、電力バランスΔＰがほぼ０であることが示される。また、バランスのとれるエネルギー量は、それに従って、もはや決定されない、あるいはそれらは値０を持つ。
【０１２９】
同時に、両方の風力発電所ＷＰ１，ＷＰ２にとって、エネルギー貯蔵量ＥＲ１、ＥＲ２は、それぞれ考慮される。時間ｔ１では、両方の発電所は、まだそれぞれの最大値、すなわち、最大エネルギー貯蔵量ＥＲｍａｘを有し、そして、異なるバランスのとれるエネルギー量Ｅａｌ，Ｅａ２が計算され、給電され、それゆえ必要ともされるため、異なる程度まで低下する。しかし、エネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎの最小値もグラフに示されている。２つのエネルギー貯蔵量ＥＲ２，ＥＲ１は、いずれも前記最小値ＥＲｍｉｎまで低下しないため、これは、図示された例において、エネルギー貯蔵量の選択された考慮に対して、効果がない。ここで、すなわち、この例では、上述したような式を用いることが提案されているが、ここで、エネルギー貯蓄量は、会計係数ＣＲｅｓによって組み込まれ、会計係数ＣＲｅｓは、上記の式で特定されたように計算され、すなわち、前記会計係数は、最小のエネルギー貯蔵量ＥＲｍｉｎを上回っている限り、１の値を有する。
【０１３０】
図６は、横軸に周波数プロファイルｆ、電力プロファイルＰ、およびエネルギー貯蔵量ＥＲのプロファイルを時間経過とともに示すグラフである。
周波数は、最初は公称周波数ｆ０で始まる。同時に、電力Ｐは、現時点で存在し、最初は水平に走る風力に対応する値を有している。電力Ｐに関して、風力は、図６で観察される期間にわたって変化しないと単純に仮定される。
【０１３１】
さらに、エネルギー貯蔵量ＥＲは、対応するストアが満充電される場所において開始する。
時間ｔ１では、周波数の急激な低下が発生する。この周波数の低下は、重大であって、電力バランスの急激な低下を示す。この周波数の急激な変化は、電力Ｐの場合、当初は短期間に高いエネルギー量を有する高い値につながる。この第１パルスのこの大きなバランスのとれるエネルギー量は、特に、周波数の急激な低下に対処するために意図される。
【０１３２】
新たなバランスのとれるエネルギー量が短い時間の経過後に計算され、すなわち、時間ｔ２までに、大きな時間間隔が再び設定される。この第２のバランスのとれるエネルギーも同様に依然として大きいが、より長期間にわたって分散される。この第２のバランスのとれるエネルギー量は、そこで一般的に起きる低周波値から発生するが、周波数の急激な低下はもはや関与しない。
【０１３３】
そして、時間ｔ４では、バランスのとれるエネルギーのために大きな時間間隔が設定されるように、すなわち、時間ｔ４まで、周波数が再び増加する。周波数が再び取り上げられたとしても、周波数の変化と絶対値の両方を考慮して増加する周波数を考慮に入れた比較的大きなバランスのとれるエネルギー量が、大きな時間間隔のために提供される。
【０１３４】
そして、時間ｔ４では、周波数は公称周波数値ｆ０を再びとり、周波数の変化はほぼ０である。バランスのとれるエネルギー量の給電は、もはや必要とされない。にもかかわらず、すなわち、再びストアを充電するために、負のバランスのとれるエネルギー量が今度は供給される。
【０１３５】
よって、関連するストアのエネルギー貯蔵量のプロファイルは、図６の前記グラフにも示されている。エネルギー貯蔵量は、時間ｔ１で急激に低下し、時間ｔ２までさらに低下するが、もはや急激には低下しないことが分かった。それは、時間ｔ２から時間ｔ４にかけては、それほど急激には低下せず、そして、時間ｔ４でその最小値に達する。時間ｔ４では、グリッドサポートのためのバランスのとれるエネルギー量が、もはや必要とされなくなり、そして、ストアの再充電が開始される。よって、エネルギー貯蔵量ＥＲは、時間ｔ５まで再び増加し、ここで満充電に達する。そして、バランスのとれるエネルギー量は、時間ｔ５から値０に対応する。そして、電力は、有力な風を考慮して供給される値を、そこで再び有している。
【０１３６】
よって、前記図６は、周波数ｆの絶対値、および周波数の微分に依存し、すなわち、ｄｆ／ｄｔに依存し、さらにはまだ貯蔵庫内のエネルギー貯蔵量にも依存するバランスのとれるエネルギー量の計算を示している。
【０１３７】
提案された解決策により、グリッドをサポートするためのエネルギーは、アルゴリズムを使用して電力低下の発生直後に供給される。同時に、前記動的プロセスを考慮して、依然としてグリッド接続ポイントの位置を考慮することも可能である。これは、前記エネルギー供給量の前記供給によるグリッドサポートの自発性に影響を及ぼさないが、柔軟な管理の選択肢を提供する。前記柔軟な管理は、グリッド接続ポイントの位置を考慮して行うことができるが、他の選択肢も考慮される。バラスのとれるエネルギー量の前記給電に対するグリッド反応も考慮される。特に、振動または増幅反応が検出された場合には、バランスのとれるエネルギー量の給電が適合され、すなわち、バランスのとれるエネルギー量の決定も、位置因子Ｋまたはいくつかの他の方法によって適合される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【国際調査報告】
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