(57)【要約】      （修正有）【課題】コストのかかる追加装置を必要としない、自律型位相角調整を有するウインドファームを提供する。【解決手段】ウインドファームは複数の風力エネルギー設備１を備える。各設備は、ロータ１２を介して駆動され、変換器１４を有する電気エネルギーを生成するための発電機１３を有し、ファーム内部網３に接続される。内部網は、風力エネルギー設備を集電ステーション８に接続する。送電網への接続のための中央送電ライン９は、集電ステーションへ接続される。位相角は、ファーム内部網における電流と電圧との間の位相シフトの測定値である。風力エネルギー設備のそれぞれは、有効／無効電力のための制御装置２は、位相角に応じて各変換器上で作動する。【選択図】図１
2019103389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の風力エネルギー設備（１）を備え、各設備は、ロータ（１２）を介して駆動され、変換器（１４）を有する、電気エネルギーを生成するための発電機（１３）を有し、ファーム内部網（３）に接続され、内部網は前記風力エネルギー設備（１）を集電ステーション（８）に接続し、送電網への接続のための中央送電ライン（９）は前記集電ステーション（８）へ接続され、位相角（φ）は前記ファーム内部網（３）における電流と電圧との間の位相シフトの測定値であり、前記風力エネルギー設備のそれぞれは有効／無効電力のための制御装置（２）を有し、制御装置は前記位相角に応じて前記各変換器（１４）上で作動する、ウインドファームであって、
自律型基準角発生器（６）が更に前記ウインドファーム内に設けられ、前記ファーム網（３）内の前記風力エネルギー設備（１）の有効及び無効軸を定義する座標系のための基準角（φｅｘｔ）を生成し、前記風力エネルギー設備の少なくとも１つの参加部分の前記変換器（１４）は、前記基準角発生器（６）によって生成され、信号ライン（４）を介して前記各風力エネルギー設備（１）の前記有効／無効電力制御装置（２１、２２）に適用される前記基準角（φｅｘｔ）のために位相の観点から外部で制御される、ウインドファーム。
【請求項２】
合成座標系が、前記ファーム内部網（３）の座標系に対して浮動しているゼロ角度と共に前記基準角発生器（６）の前記基準角（φｅｘｔ）により形成される、請求項１に記載のウインドファーム。
【請求項３】
前記ファーム網（３）における実位相角（φｌｃｌ）を検出し、前記ファーム網（３）における前記局所的な実位相角（φｌｃｌ）と前記基準位相角（φｅｘｔ）との間の差を形成してそれを限界値と比較し、前記限界値を超えた場合に前記基準角発生器（６）を調整するよう構成される位相モニタ（６４）が設けられる、請求項１又は２に記載のウインドファーム。
【請求項４】
前記各風力エネルギー設備（１）の前記有効／無効電力調整器（２１、２２）は、基準位相角と局所的実位相角との間の角度差（Δφ）に基づくフィードフォワード制御装置（６１、６２）を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項５】
前記フィードフォワード制御装置（６１）は実際に出力される有効電流を検出し、前記合成座標系への座標変換を行うよう構成され、電力仕様の適合は、特に、前記位相角の余弦値による増幅を用いて提供されるのが好ましい、請求項４に記載のウインドファーム。
【請求項６】
前記フィードフォワード制御装置（６２）は実際に出力される無効電流を検出し、前記合成座標系への座標変換を行うよう構成され、電力仕様の適合は、特に、前記位相角の正弦値による増幅を用いて提供されるのが好ましい、請求項４又は５に記載のウインドファーム。
【請求項７】
前記参加風力エネルギー設備（１）は、好ましくは前記基準位相角のための局所オフセットを考慮に入れることによる異なる基準位相角を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項８】
前記局所オフセットは前記各風力エネルギー設備（１）の前記動作点によって決まる、請求項７に記載のウインドファーム。
【請求項９】
前記参加風力エネルギー設備（１）はグループ（Ｉ、ＩＩ）に細分され、前記グループ（Ｉ、ＩＩ）は異なる基準位相角を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項１０】
前記ウインドファームの前記風力エネルギー設備（１）のうちの少なくとも１つは基準位相角として実位相角を用いて動作し、前記集電ステーション（８）における前記実位相角はこの風力エネルギー設備に適用されるのが好ましい、請求項１〜９のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項１１】
前記有効／無効電力制御装置は、更に、局所的実位相角のための入力及び前記基準位相角のための入力を有し、一方の入力から他方の入力へ徐々に切り替わるよう構成される切替モジュール（７）を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項１２】
前記風力エネルギー設備（１）が前記局所的位相角により起動され、前記基準位相角への切替が次いで、動作中に行われるような方法で、前記切替モジュール（７）と相互に作用する始動モジュール（７６）が更に設けられる、請求項１１に記載のウインドファーム。
【請求項１３】
前記無効電力／無効電流のための異なる規定値が、好ましくは前記局所電圧に適応する方法で前記参加風力エネルギー設備の前記制御装置（２）に適用され、更に好ましくは、隣接する風力エネルギー設備のための適合は、局所的に循環する無効電流を生成するように、反対方向である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項１４】
前記集電ステーション（８）は無効電力を受容せず、特に、受動式ダイオード整流器を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のウインドファーム。
【請求項１５】
複数の風力エネルギー設備を備え、各設備は、ロータを介して駆動され、変換器を有する、電気エネルギーを生成するための発電機を有し、ファーム内部網に接続され、内部網は前記風力エネルギー設備を集電ステーションに接続し、送電網への接続のための中央送電ラインは前記集電ステーションへ接続され、位相角は前記ファーム内部網における電流と電圧との間の位相シフトの測定値であり、前記風力エネルギー設備のそれぞれは有効／無効電力のための制御装置を有し、制御装置は前記位相角に応じて前記各変換器上で作動する、ウインドファームを動作させるための方法であって、
自律型基準角発生器を用いて前記ウインドファーム内に専用の座標系を生成することと、
それに基づいて、前記ファーム網内の有効及び無効軸のための基準角を定義することと、
前記基準角発生器により生成され、信号ラインを介して前記各風力エネルギー設備の前記有効／無効電力制御装置に適用される前記基準角のために、前記風力エネルギー設備のうちの少なくとも１つの参加部分の前記変換器を位相の観点から外部で制御することと
を特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のウインドファームを用いることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自律型位相調整を有するウインドファームに関する。前記ウインドファームは、ファーム内部網を介して集電ステーションに接続される発電用の複数の風力エネルギー設備を備えている。送電網へ接続するための中央送電ラインが前記集電ステーションに接続される。
【背景技術】
【０００２】
遠隔地のウインドファーム、特に外洋上にあるものは、多くの場合、特別な送電線を介して接続されている。比較的長距離にわたるかかる送電リンクの場合、送電される無効電力に関して、往々にして制限が存在する。これは特に、原理的に無効電力を全く送電できない直流リンクの場合に顕著である。
【０００３】
直流リンク（高圧直流送電）の場合、ウインドファームにおいて、ファーム内部網を流れる三相電流を直流に変換し、従って、直流接続を介して送電するために、整流器が設けられる。対応する遠隔ステーションは陸上に配置され、送電された直流を再度三相電流に変換し、それを結合点（ＰＣＣ）において送電網に供給する。
【０００４】
ウインドファームの集電ステーションに編成される整流器には、異なる主な２種類が存在する。すなわち、主な１種類は能動素子として制御されたＩＧＢＴを有し、他方はパワーダイオード（例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ製ＤＲＵタイプ）を有する制御されていない素子を有する。
【０００５】
後者の変形はその構造において極めて簡単であり、僅かな費用のみを必要とする。総じて、それはあまり複雑ではなく、重要な動作パラメータ、特に電力、ロバスト性、コンパクト性等に関して大きな利点をもたらす。しかし、この変形は重大な欠点を有している。すなわち、それはファーム内部網から何の無効電力も取り出すことができない。これは、風力エネルギー設備が任意に無効電力を生成することはできないが、むしろ、全体で後者のライン、変圧器、及び他の操作機器を介する無効電力損失の結果としてのファーム内部網内の無効電力損失を補うこととまさしく同程度だけを生成するという結果を有する。
【０００６】
しかし、現代の風力エネルギー設備は特定の無効電力を印加するよう設計されている。それは、風力エネルギー設備が接続される電力網は無効電力を送電することができるという前提に基づいている。しかし、それは明確に、ここで一例として説明するような直流リンクを介して接続される洋上風力発電所等の遠隔地のウインドファームにおける使用に対して適用しないということを前提としている。無効電力は送電することができず、すなわち、特定の無効電力を印加する現代の風力エネルギー設備の資産とは相容れない。不整合が存在している。この点において、ファーム内部網は無効電力の観点から過剰判断されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の手段、例えば、ＳＴＡＴＣＯＭ又は他のタイプの移相器の設備により、それに対処することが知られている。この全ては、生産の観点からコストのかかる追加装置を必要とし、より複雑でありながら、それに応じたより大きな障害を受け易くなる。
【０００８】
本発明は、これらの欠点が回避されるウインドファーム及び対応する運転方法を規定する目的に基づいている。
【０００９】
本発明による解決法は独立クレームの特徴内に存在する。従属クレームは有益な発展に関係している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
複数の風力エネルギー設備を備え、各設備は、ロータを介して駆動され、変換器を有する、電気エネルギーを生成するための発電機を有し、ファーム内部網に接続され、内部網は風力エネルギー設備を集電ステーションに接続し、送電網への接続のための中央送電ラインは集電ステーションへ接続され、位相角はファーム内部網における電流と電圧との間の位相シフトの測定値であり、風力エネルギー設備のそれぞれは有効／無効電力のための制御装置を有し、制御装置は位相角に応じて各変換器上で作動する、ウインドファームにおいて、本発明によれば、自律型基準角発生器が更にウインドファーム内に設けられ、ファーム網内の風力エネルギー設備の有効及び無効軸を定義する座標系のための基準角を生成し、風力エネルギー設備の少なくとも１つの参加部分の変換器は、基準角発生器によって生成され、信号ラインを介して各風力エネルギー設備の有効／無効電力制御装置に適用される基準角のために位相の観点から外部で制御されることが提供される。
【００１１】
最初に、用いられる幾つかの用語を説明する。
【００１２】
基準角発生器とは、ファーム内部網における座標系に関する基準角（基準位相角又は略して基準角）を生成する装置を意味すると理解される。基準角発生器は、また、ファーム内部網のための基準周波数も生成する。
【００１３】
静止座標系とは、回転しない座標系を意味すると理解される。その一例は、３つの電圧フェーザが３つの相に対して回転する三相システムの静止座標系である。座標系の絶対角度位置は必ずしもゼロである必要はなく、すなわち、後者は「傾斜」していてもよい。この角度位置は変化してもよい（浮動ゼロ角）。
【００１４】
本発明は、ウインドファームにおける無効電力が可能な限り互いに補償し合うように、風力エネルギー設備の調整をファーム内部網との相互作用においてそれらの変換器と共に修正するという概念に基づいている。これは、この必要とする費用的に追加される移相器又はＳＴＡＴＣＯＭ等のハードウェアを用いず、その変換器を有する風力エネルギー設備の調整において本発明によって達成することができる。本発明は、これがウインドファームにおける専用の本質的に全て人工的な座標系を生成することによって達成できることを認識した。従来から、風力エネルギー設備がその接続端末においてファーム内部網への電圧及び電流に対する値を検出し、それから実際の位相角を判断し、それに基づいて、有効及び無効成分への分解を行うことがある。調整はこの実際の座標系において行われる（接続端末において測定される）。調整は、次いで、有効及び無効電流を印加する。本発明はこの長年続く決まりきった原則から離れ、ここで風力エネルギー設備の有効及び無効電力の調整のための基礎として取り入れられる専用のウインドファーム自律型の根本的に人工の座標系を提供する。従って、有効及び無効電力に関して、風力エネルギー設備の局所的な調整はそれ自体の局所的な電圧位相システムを採用しないが、むしろ外部から風力エネルギー設備に適用される人工的な電圧基準システムを採用し、従って、その位相に関して外部で制御される。
【００１５】
これは大きな利点を必然的に伴う。驚くことに、各風力エネルギー設備外部の位相角のこの仕様は追加の自由度を必然的に伴う。これは、ここで風力エネルギー設備がその接続端末における普及等のまさに位相角によりその電力の供給を行わないが、むしろ外部で予め定義されたものを供給するからである。従って、外部で制御され、外部から印加される位相角と各風力エネルギー設備の接続端末に実際に存在する実位相角との間に差が生じる可能性がある、また、差が生じる。ある特定のインピーダンスがこの点において生じる。それは、位相角のために本質的に不適切な無効電流が外部から印加されるように風力エネルギー設備が供給を行った場合、実際に出力される有効／無効電力の分配が、特に、それがファーム網によって指定される物理的境界条件と一致するまでの範囲に変化する結果として、局所的な電圧フェーザの回転に通じる不一致が生じるような効果を有する。
【００１６】
外部で位相角を指定する本発明のおかげで、変換器における設定を実際に広がる位相角から切り離す。この分離のために、風力エネルギー設備はウインドファーム内に実際に広がる条件にそれ自体を良好に調整できる。特に、これは、そうでなければ、集電ステーションが無効電力を送電することができなかった場合、強制的な仕様の結果としてウインドファーム内に生じるような危険を伴う過度な決定を抑制する。例えば、受動式ダイオード整流器が高圧直流送電の整流器として用いられた場合、かかる無効電力を受容しない集電ステーションが存在する。
【００１７】
従って、逆説的に言えば、位相角の外部印加は結果として、風力エネルギー設備のためのより大きな自由度を生じる。遠隔地のウインドファーム、特に洋上ウインドファームのファーム内部網における過度な決定は、従って、効果的に回避することができる。ＳＴＡＴＣＯＭ又は移相器等の高価な追加機器は必要としない。これは従来技術において例が無い。
【００１８】
驚くことに、本発明によれば、位相が外部から印加されても、変換器は過度に高い電流から保護されることがわかった。本発明は、見掛けの電流が外部位相仕様にもかかわらず一定に維持され得ることを認識した。これは、本質的に、有効及び無効電流の異なる組み合わせが同じ見掛け電流に通じる可能性があるような状況があるからである。従って、この点において、実際の条件に対応しない値が外部仕様によって指定されても問題にはならない。従って、危険を伴う電流限界値超過は、本発明により回避される。
【００１９】
合成座標系は、基準角発生器によって生成される位相角により有利に生成される。前記座標系は、ファーム内部網自体の実際の座標系に対してそのゼロ角度に関して浮動している。これは、絶対位相角が変化できることを意味している。これは、座標系の絶対位置が変化できるという事実を考慮に入れている。これは、一方での合成座標系と他方での各風力エネルギー設備における実位相角との間の適切な相対的回転を用いて、適合を行うことができるという可能性をもたらす。これは基本的に、最適な自動調整を可能にする。
【００２０】
便宜上、ファーム網における実位相角を検出し、ファーム網における局所的な実位相角と基準位相角との間の差を形成してそれを限界値と比較し、限界値を超えた場合に基準角発生器を調整するよう構成される位相モニタが設けられる。これは、位相角に関する実際の条件が全て基準位相角によって与えられる合成座標系の位相角から離れて逸脱しないことを保証することができる。これは、各風力エネルギー設備及びシステム全体の有効及び無効電力に対する調整の安定性を維持する。位相角のための監視モジュールが有利に設けられる。それは、便宜上、逸脱が生じた場合に基準角発生器を調整するよう構成される。従って達成されるものは、過度に大きい逸脱が生じた場合には、基準角発生器の調整によって合成座標系がそれに応じて追跡されることである。システムの安全性及び安定性は、従って維持される。
【００２１】
各風力エネルギー設備の有効／無効電力調整器はフィードフォワード制御装置を備えるのが好ましい。後者は、一方での基準位相角と他方での局所的実位相角との間の角度差に基づくように具現化される。このように、有効及び／又は無効電力の仕様は、言うなれば、基準位相角を有する外部で与えられる合成座標系における対応する変数に変換することができる。従って、フィードフォワード制御は良好に適合させることができる。従って、一方での適用された基準位相角と他方での実位相角との間の可能性のある偏差に対してより堅固になる。
【００２２】
フィードフォワード制御装置は実際に出力される有効電流を検出し、合成座標系への座標変換を行うよう構成されるのが好ましく、電力仕様の適合は、特に、基準位相角の余弦値による増幅を用いて提供されるのが好ましい。これは、ある種の増幅が一方での基準位相角を考慮に入れる間にもたらされる仮想有効電流と他方での実位相角を考慮に入れる間にもたらされる実有効電流との間に生じるという見識に基づいている。この増幅は、基準位相角と実位相角との間の角度差の余弦に対応する因子によって振幅を修正する対応するフィードフォワード制御装置によって振幅の観点から補償され得る。従って、高速で正確な調整をフィードフォワード制御装置によって達成することができる。これは管理行動及びシステム安定性を向上させる。
【００２３】
従って、フィードフォワード制御装置は実際に出力される無効電流を検出し、合成座標系への座標変換を行うよう構成され、電力仕様の適合は、特に、位相角の正弦値による増幅を用いて提供されるのが好ましい。有効電流に関して上で与えた説明は同様に適用できる。
【００２４】
ウインドファームの全ての風力エネルギー設備に適用される本発明による基準位相角にとって、それは不可欠とは限らない。風力エネルギー設備の一部のみがそれに参加していたとしても十分である可能性があり、少なくとも１つは参加しなければならない。参加風力エネルギー設備は、必ずしも全て同じ基準位相角を得る必要はない。更に、参加風力エネルギー設備が、好ましくは基準位相角のための局所オフセットを考慮に入れることによる異なる基準位相角を有していたとしても十分である可能性がある。従って、個々の風力エネルギー設備のそれぞれ個々の条件への適合が行われてもよい。これは、ある特定の風力エネルギー設備が遠隔に配置されるか、又はそうでなければ、ファーム内部網におけるそれらの電気パラメータに関して異なっていたとしても、特に有利である。更に、局所オフセットは各風力エネルギー設備の動作点によって決まることが提供されてもよい。これは、ウインドファームの風力エネルギー設備間の特に無効電力生産の適合及び負荷の分配に対して更なる可能性を与える。
【００２５】
基準位相角の異なる仕様が個々の風力エネルギー設備に対して設備に特化して行われてもよい。しかし、また、参加風力エネルギー設備がグループに細分され、グループが異なる基準位相角を有することが提供されてもよい。グループへの分割は、概して、僅かな支出で良好な調整を可能にする。
【００２６】
特に、ウインドファームの風力エネルギー設備のうちの少なくとも１つが基準位相角として実位相角を用いて動作し、集電ステーションにおける実位相角はこの風力エネルギー設備に適用されるのが好ましい場合に、都合が良い。これは、少なくとも１つの風力エネルギー設備がウインドファームの位相角に関する実際のパラメータにより動作することを可能にする。この風力エネルギー設備は、また、位相に関するスラックノードとして機能する。それはシステム安定性にとって都合が良い。それは、特にこの風力エネルギー設備が集電ステーションに又はその近傍に配置され、従って、後者と同じ位相角を有している場合に事実である。未だ位相角偏差が存在する場合、それらはこの風力エネルギー設備によって識別され、補償することができる。故に、位相角ゼロ、従って無効電力からの自由が結果として集電ステーションに広がるように、細かい調整も行われる。ウインドファームの少なくとも１つの更なる風力エネルギー設備が本発明による人工電圧基準システムにより動作することは言うまでもない。
【００２７】
更に、局所的実位相角のための入力及び前記基準角のための入力を有し、一方の入力から他方の入力へ徐々に切り替わるよう構成される切替モジュールを備えることが有利である。従って、一方での合成座標系の人工の仮想基準位相角と他方での局所実位相角との間で調整を連続的に変化して実行することが可能である。これは、特に風力エネルギー設備の接続に関して重要な利点を与える。従って、それらは少なくとも初期に実際に存在する位相角により動作させ、次いで、後に安定動作中に本発明による位相角の外部仕様に連続的に切り替えることができる。
【００２８】
本発明の更なる有利な形態に従って、個々の風力エネルギー設備に対する無効電力の特定の仕様が、それに応じて実行される。最も単純な実施形態において、全ての風力エネルギー設備は同じ特定値により動作する。しかし、これは不可欠とは限らない。また、風力エネルギー設備が負荷に依存する方法で無効電流に関する規定値を適合させることも提供されてもよい。このように、高負荷で動作する風力エネルギー設備は低い無効電力を与えることができる一方で、低出力のかかる風力エネルギー設備はそれらの未だ十分な蓄えを利用してより高い無効電力を与えることができる。また、適合はファーム網内の電圧に依存して行うことができることも提供され得る。適切な場合、独立した保護に値する１つの特に都合が良い種類の適合は、相互に隣接する風力エネルギー設備が反対方向に変化する規定値を取得することである。この点において、例として、隣接する設備のうちの１つはある特定の大きさで増加する供給無効電力のための設定点の値を取得することができる一方で、隣接設備は、それに応じて大きさが減少する供給無効電力のための設定点の値を取得する。無効電力は従って、これら２つの風力エネルギー設備の間を循環し、その結果として、反対に向かう規定値の適切な選択の場合、それらの風力エネルギー設備間のインピーダンスの補償を達成することができる。原点位置における直接的なインピーダンスの局所補償に対する機能は、本発明の特定の成果である。
【００２９】
本発明は更にウインドファームを運用するための対応方法にも適用される。
【００３０】
本発明を好ましい実施形態に基づいて一例として以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の例示の一実施形態に従うウインドファームの略図を示す。
【図２】図２は、ファーム内部網のための同等の回路図を示す。
【図３】図３は、風力エネルギー設備のベクトルをベースとした調整のためのブロック図を示す。
【図４】図４は、図１に従うウインドファームにおける複数の風力エネルギー設備に関する機能図を示す。
【図５】図５は、フィードフォワード制御装置に関するブロック図を示す。
【図６】図６は、座標系内の電流に関する図を示す。
【図７】図７は、切替モジュールに関するブロック図を示す。
【図８】図８は、切替モジュールに従う基準角に関する機能図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の例示的な一実施形態によるウインドファームを図１に示す。ウインドファームは、発電用の複数の風力エネルギー設備１と、風力エネルギー設備１が発電した電力を出力するファーム内部網３と、ファーム内部網３が接続されるファーム変圧器１８と、ウインドファームの風力エネルギー設備１によって発電され、ファーム内部網３を介して集電される電力を送電ライン９へ出力する集電ステーション８とを備えている。ファーム内部網は三相ネットワークとして具現化され、送電ラインは、好ましくは、高圧直流送電（ＨＶＤＣ送電）及び受動式ダイオード整流器として具現化される。ファームマスタ５は風力エネルギー設備１を監視し、その上位制御を行うために設けられる。前記ファームマスタは通信ネットワーク４を介して個々の風力エネルギー設備１に接続されている。図１に示されている３つの風力エネルギー設備１は単なる例として考えるべきであり、ウインドファームは極めてより多くの風力エネルギー設備を有することができる。しかし、最低でも２つ、好ましくは少なくとも３つの風力エネルギー設備１を有している。
【００３３】
風力エネルギー設備１は略従来通りに具現化される。それは、タワーの上端部において方位に整えられ得るように配置されたナセル１１を有するタワー１０を備えている。ウインドロータ１２はナセル１１の端部側に回動自在に固定され、前記ウインドロータはロータ軸（図示せず）を介して発電するための発電機１３を駆動している。発電機１３は変換器１４と組み合わされ、それらは発電した電力を接続ライン１６及び任意選択の設備変圧器１７を介してファーム内部網３へ出力する。変換器１４は完全な変換器又は（発電機としての二重給電非同期機を有する）部分的な変換器として具現化できる。風力エネルギー設備１の動作制御装置２がナセル１１に更に配置されている。それは風力エネルギー設備及びその構成部品、特に変換器１４の動作を監視し、制御するよう構成される。各風力エネルギー設備１の制御装置２はファームマスタ５との通信用の通信ネットワーク４に接続されている。
【００３４】
更に、専用の自律的に作動する基準角発生器６がウインドファーム内に設けられている。前記基準角発生器は、基準電圧系統及び特に、ファーム網３内の風力エネルギー設備１の有効及び無効軸を定義する座標系のための基準角を生成する周波数発生器６０を備えている。周波数発生器６０は従って、専用の準合成座標系を作成し、それを風力エネルギー設備１に与え、風力エネルギー設備は変換器１４を用いてそれらによって発電された電力の出力のための基準として（場合によっては変更と共に）それを用いる。かかる自己定義された合成座標系は、遠隔地において及び／又は位相不感接続ライン（直流送電、例えば、受動式ダイオード整流器を有するＨＶＤＣ送電等）を介して、相互接続された電力網に接続されるかかるウインドファームに特に適している。それは特に洋上ウインドファームにおける用途に適用される。
【００３５】
ここで、ファーム内部網３のための代替であり同等の回路図を、それに接続される構成部品と共に示す図２Ａ、Ｂを参照する。図２Ａは、ファーム変圧器１８のインピーダンスと集電ステーション８のインピーダンスが送電ライン１６のインピーダンスとファーム内部網３のライン自体のインピーダンスを単純化するために組み合わされる従来と同等の回路図を示している。集電ステーション８は、パワーダイオードにより構築される整流器として示されており、ここでパワーダイオードは順電圧を表すものとして同等の抵抗８１、理想ダイオード８２、及び直流電圧源８３によって略図的に示されている。
【００３６】
符号Ｒ及びＸ並びに後続の指標は抵抗誘導性インピーダンスを意味し、ここで添字ＬＬはライン自体を表し、添字ＬＣはその容量結合を表し、添字Ｐはファーム変圧器１８の一次側を表し、添字Ｓはその二次側を表し、添字Ｈはその主磁場インダクタンスを表し、添字ＴＸは集電ステーション８におけるそれぞれの値を表している。風力エネルギー設備１の出力に広がる電圧はＶｗｅａと表され、流れる電流はＩｗｅａと表される。最終的に集電ステーションの入力に存在する三相ネットワーク内の電圧はＶＡＣと表され、そこを流れる電流はＩＡＣと表される。（理想）ダイオード８２に存在する交流電圧はＶＡＣＸと表され、理想整流後にそれから結果として生じる直流電圧はＶＤＣＸと表され、それからＶＤＣの直流電圧値及びＩＤＣの直流が素子８３を用いて順電圧を考慮しながら結果として生じる。
【００３７】
図示を単純にするため、便宜上、同じタイプの素子を一まとめにし、次いで、図２Ｂの同等の回路図をもたらした。新しい値として、電圧ＶＡＣＹがここで追加され、誘導性、容量性、及び抵抗性インピーダンス間の結合点における電圧を説明している。残りは、図２Ａに示す素子に対応している。
【００３８】
電流ＩＡＣを駆動する差分電圧ＶＡＣＹ−ＶＡＣＸがあり、それが有効電力流を定義するものであることが略図から見て取ることができる。以下が有効電流に対して適用される：抵抗グループ内の抵抗が比較的低いことを考慮した場合、これは、ＶＡＣＹの比較的小さな上昇でさえも高い有効電流を生じさせる可能性があることを意味している。電圧ＶＡＣＸはＨＶＤＣ送電接続９の直流電圧ＶＤＣＸ及びＶＤＣに依存する。同様に、以下が無効電流に対して適用される：それらは、グラウンドに接続されるインピーダンスのインピーダンスによって分割される電圧ＶＡＣＹに直接起因する。この電流は比較的低く、大まかに言えば、風力エネルギー設備の有効電力動作点及び電圧ＶＡＣＹに略受動的に起因する。更に、電圧ＶＡＣＹ及びＶｗｅａは、風力エネルギー設備電流Ｉｗｅａのために誘導性直列インピーダンスＸＬＬ、ＸＰ、及びＸＳ間の電圧降下の結果として位相シフトされる。
【００３９】
本発明は、電圧ＶＡＣＹ又は、より正確にするために、ＶＡＣＹとＶＡＣＸとの間の電圧差を制御することにより有効電流を印加することによってこれを利用しており、ここで電圧ＶＡＣＹは実際に測定できる電圧ではない。無効電流は印加されない。
【００４０】
ここでの必須要素は、本発明により、風力エネルギー設備がそれによって発電した電力を専用の接続ライン１６において測定された位相角でファーム内部網３に供給しないが、代わりに、外部で特定された位相角を基準として取るという点にある。この外部で特定された位相角は風力エネルギー設備１のベクトルをベースとした調整に用いられ、図３において視覚化する。
【００４１】
ここで、図３を参照する。発電機１３は基本的に従来のものであり、前記発電機は変換器１４に接続され、後者は次に、変換後ライン１６を介して電力を出力する。三相システムの３つのライン上に適切なセンサを用いて、電圧及び電流が検出され、座標変換用のブロック２０に印加される。前記ブロック２０は、三相ネットワークの三相システムにおいて検出された電圧及び電流のための値を回転ベクトルへ向けられる二軸座標系（いわゆるＤＱ座標）に変換し、従って、（調整器２１を用いて）有効電力及び（調整器２２を用いて）無効電力を調節するようそれらを用いるために、それらを処理において角度の点で逆方向（−）に回動するよう構成される。有効／無効電力の調整は、従って、ＤＱ座標系において行われる。最終的に、再度、座標系の逆変換を提供する必要がある。ブロック２３はこの目的のために設けられ、二軸座標系を再度、三相システムに変換し、それに応じて、それを処理において角度の点で順方向（＋）に回動させ、これに基づき、制御信号を変換器１４の制御装置１５に印加する。座標変換の静止／回転又は回転／静止のために、ブロック２０及びブロック２３の両方は位相角についての情報を必要とする。後者は従来から、接続ライン１６に実際に存在する位相から判断され、φｌｃｌとして測定される。この値は図３において破線で説明的に表されている。しかし、この値は本発明による座標変換２０、２３のために用いられない。外部で特定される（基準角発生器６）位相角φｅｘｔが代わりに用いられる。それは、有効及び無効成分による電流の位相分割が、従って、風力エネルギー設備１の接続ライン１６上の実際の位相角φｌｃｌに基づいては行われないが、むしろ、基本的には仮想の、外部で特定される位相角φｅｘｔに基づいて行われることを意味する。
【００４２】
この座標変換及び基準として取られる座標系を図６に示す。接続ライン１６に実際に広がる条件を表す座標系が実線で表されている。無効成分（「ｒｅａｃｔ」）は横座標に表され、有効成分（「ａｃｔ」）が縦座標に表されている。基準角発生器６によって合成されて生成される外部座標系は破線で表されている。それは、実際の座標系に対して基本的に本質的に任意の位相角を有するという点で実際の座標系とは異なる（ここで、偏差は、便宜上、過度に大きいべきではない）。接続ライン１６を介して変換器１４によって実際に出力される見掛けの電流をＩとする。電流は実際のものであり、有効及び無効成分にそれぞれ分解するために座標系を用いることとは無関係に存在する。実際の座標系（実線軸で示す）において、この総電流Ｉは実有効電流成分Ｉａｃｔ＿ｌｃｌ及び実無効成分ＩＲ＿ＬＣｌ（実線矢印で表す）に分解することができる。合成されて生成された仮想座標系において、同じ見掛けの電流Ｉは仮想有効電流成分Ｉａｃｔ＿ｅｘｔ及び仮想無効電流成分ＩＲ＿ｅｘｔ（太い破線矢印で表す）から構成されている。
【００４３】
明らかなように、有効成分及び無効成分の大きさは、実座標系及び仮想座標系における表現の間で大きく異なっている。仮想座標系において、有効及び無効電流に対する大きさは、結果として以下の関係に従って生じる。
Ｉａｃｔ＿ｅｘｔ＝｜Ｉ｜×ｃｏｓφｌｃｌ＝｜Ｉ｜×ｃｏｓ（φｅｘｔ−Δφ）  （１）
ＩＲ＿ｅｘｔ＝｜Ｉ｜×ｓｉｎφｌｃｌ＝｜Ｉ｜×ｓｉｎ（φｅｘｔ−Δφ）  （２）
【００４４】
この場合、Δφはφｅｘｔ−φｌｃｌの差である。従って、有効電流及び無効電流は２つの座標系に対して別々に割り当てられると言うことができ、ここで見掛けの電流は両方の場合において同じである。
【００４５】
しかし、それはまた、Δφの仮定した位相差を与えた場合、仮想座標系における有効電流は常に、上記の関係に従って大きさの観点から実有効電流とは異なることを意味しており、同じことが同様に無効電流にも適用される。本発明により、外部で合成されて生成された仮想位相角が風力エネルギー設備１の制御装置２に適用されるという事実のおかげで、有効電力調整器２１及び無効電力調整器２２も仮想座標系において動作する。従って、それらは、実際の条件とは異なる大きさの有効電力（及び無効電力のそれぞれ）に調整する。それらに起因する偏差は、管理行動及びシステム安定性における問題に通じる可能性がある。これを回避するために、本発明はフィードフォワード制御装置（図５も参照）を設けるのが好ましい。これに関して、最初に、有効電力フィードフォワード制御装置６１が有効電力調整器２１のために設けられる。前記有効電力フィードフォワード制御装置は、上で示した関係性（１）に従って、仮想座標系における有効電流が実際の条件とは異なることに従う関係を実装する。これはフィードフォワード制御装置６１によって考慮される。これは有効電流に関する実際の及び仮想条件が大きく逸脱することを防いでいる。同じことが無効電流に対して同様に適用される。この場合、無効電流のための対応するフィードフォワード制御装置６２が無効電力調整器２２のために設けられる。
【００４６】
ここで、更に図４を参照する。フィードフォワード制御装置６１、６２によって橋渡しされる不一致があまり大きくならないように、実際の及び仮想の座標系の間の角度差Δφはあまり大きくなってはならない。このために、位相モニタ６４が設けられるのが好ましい。それは２つの入力を有し、ここで実位相角φｌｃｌは一方の入力に適用され、基準角発生器６によって生成された外部位相角φｅｘｔは他方の入力に適用される。位相モニタ６４は前記位相角同士の間の差を形成し、設定され得る限界値とそれを比較する。差が設定され得る限界値未満にあるような範囲に低減されるように、その位相角が変化するために、位相モニタ６４が作動信号を基準角発生器６に出力する場合に限り、前記限界値を超える。このように、２つの座標系は、そうでなければ大きく傾斜し、従って安定性の問題に通じる可能性のある超過して逸脱することが防止される。
【００４７】
図７に示すように、ある特定の状況において、風力エネルギー設備１は外部で特定される基準角φｅｘｔで動作しないが、むしろ局所的な基準角で動作することが任意選択により提供されてもよい。これは、特に風力エネルギー設備が始動（起動）する場合に有利である可能性がある。この場合、風力エネルギー設備１がその時の実際の状態に従う位相角φｌｃｌで動作すれば好都合である。起動プロセス後、風力エネルギー設備１を穏やかに外部基準角φｅｘｔに切り替えるために、切替モジュール７が設けられるのが好ましい。後者は実位相角φｌｃｌ用の入力７１及び外部位相角φｅｘｔ用の入力７２を有している。それらは増倍素子７３及び７４のそれぞれに印加される。０〜１００％の混合比に対して０から１へ傾斜状に進む制御信号ＣＴＬが更に印加される。この値は倍率としてそれぞれ反対方向に２つの増倍素子７３、７４へ適用される。その出力は最終的に混合出力信号７７を生成する加算素子７５へ接続される。局所位相角φｌｃｌと仮想基準角φｅｘｔとの間の連続可変遷移はこのように達成することができる。制御信号ＣＴＬは始動モジュール７６によって生成される。
【００４８】
始動モジュール７６による切替モジュール７の動作形態を図８に示す。図８Ａにおいて、仮想基準角φｅｘｔは破線で表されており、実位相角φｌｃｌは実線で表されている。制御信号ＣＴＬを図８Ｃに示す。それは初期状態で１であり、実局所位相角φｌｃｌが１００％用いられることを目的とすることを意味している。制御信号ＣＴＬの値は、次いで、直線的に傾斜状に値０まで降下し、それは外部基準角φｅｘｔへの切替が徐々に行われることを意味している。結果として生じる出力信号を図８Ｂに示す。跳躍の無い調和遷移が位相角に関して行われることが明らかである。
【００４９】
ウインドファームの風力エネルギー設備１は全て同じ外部基準角で作動してもよい。しかし、これは不可欠とは限らない。風力エネルギー設備１を異なる外部基準角で作動するグループＩ、ＩＩ（図４参照）に組み合わせることにも対応していてもよい。このために、オフセットモジュール６６が便宜上かかるグループ内に設けられる。これは、オフセット角φＯｆｆによって外部で特定される基準角φｅｘｔを変更するよう構成される。更に、オフセット角は、グループＩＩが異なるオフセット角φＯｆｆ’で動作するように、グループＩ、ＩＩ間で異なっていてもよい。
【００５０】
オフセット角φＯｆｆは静的である必要はないが、むしろ、例えば、各風力エネルギー設備の電圧又は動作点に応じて、オフセットモジュール６６によって変更されてもよい。適合は、また、無効電流が好ましくは隣接する風力エネルギー設備１間を循環するような方法で提供されてもよい。結果として、介在するラインインピーダンスの結果としてのファーム網における電圧降下を低減又は補償することが可能である。このために、各風力エネルギー設備１における有効電流及び、特に無効電流に対する仕様を追加の値を用いて反対方向に変更することに、便宜上、対応している。このように、図４において中央に配置された風力エネルギー設備で反対方向に向いた２つの矢印によって示すように、局所的に循環する追加の無効電流が生成される。
【符号の説明】
【００５１】
１  風力エネルギー設備
２  制御装置
３  ファーム内部網
４  信号ライン
５  ファームマスタ
６  自律型基準角発生器
７  切替モジュール
８  集電ステーション
９  中央送電ライン
１０  タワー
１１  ナセル
１２  ロータ
１３  発電機
１４  変換器
１５  制御装置
１６  接続ライン
１７  設備変圧器
１８  ファーム変圧器
２０、２３  ブロック
２１、２２  有効／無効電力制御装置
６０  周波数発生器
６１、６２  フィードフォワード制御装置
６４  位相モニタ
６６  オフセットモジュール
７１、７２  入力
７３、７４  増倍素子
７５  加算素子
７６  始動モジュール
８１  抵抗
８２  理想ダイオード
８３  直流電圧源
φ  位相角
φｅｘｔ  基準角
φｌｃｌ  実位相角
Δφ  角度差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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