(57)【要約】  本明細書で述べる実施形態は、ブラックスタート運転を実施するためのシステム及び技法を提供する。例えば、１つの実施形態は、ブラックスタート運転を実施するための方法を提供する。本方法は、概して、制御システムを使用して、電力を交流（ＡＣ）グリッドに提供する第１のモードで風力発電所内の風力タービンを運転するステップを含む。制御システムは、無効電力制御脚及び有効電力制御脚を備えることができる。本方法はまた、電気グリッドのブラックスタートを実施する指示に基づいて、且つ積分動作を有するコントローラーを作動させ、それにより風力タービンの出力電力を増加させることによって、第１のモードから第２のモードに風力タービンの運転を切り換えるステップであって、コントローラーは、無効電力制御脚と有効電力制御脚との間に結合される、切り換えるステップと、第２のモードで運転している間に電気グリッドに電力を提供するステップとを含む。【選択図】図６
2021511775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラックスタート運転を実施するための方法であって、
無効電力制御脚及び有効電力制御脚を備える制御システムを使用して、電力を交流（ＡＣ）グリッドに提供する第１のモードで風力発電所内の風力タービンを運転するステップと、
メイングリッドのブラックスタートを実施する指示に基づいて前記第１のモードから第２のモードに前記風力タービンの運転を切り換えるステップであって、該第１のモードから第２のモードに切り換えるステップは、積分動作を用いるコントローラーを作動させ、それにより、前記風力タービンの出力電力を増加させるステップを含み、前記コントローラーは、前記無効電力制御脚と前記有効電力制御脚との間に結合される、切り換えるステップと、
前記第２のモードで運転している間に前記メイングリッドに電力を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のモードで運転している間に、前記風力タービンを風力発電所内の１つ以上の他の風力タービンと該風力発電所の変圧器とに接続するケーブルアレイを作動させるステップを更に含み、前記コントローラーは、前記第１のモードで運転している間に停止する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ブラックスタート運転に対して使用されるべきブロック負荷電力を示す１つ以上の値を受け取るステップを更に含み、前記風力タービンは、前記ケーブルアレイ及び前記変圧器が作動する前に前記１つ以上の値に従って作動する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記メイングリッドに電力を提供する前に前記風力発電所を前記メイングリッドに接続するために使用される送電ケーブルを作動させるステップを更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記作動させるステップは、前記風力タービンによって出力される電力信号の電圧を徐々に上昇させることによって実施される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
遮断器の投入によって前記ＡＣグリッドが前記メイングリッドに結合されるという別の指示を受け取るステップを更に含み、前記電力は該別の指示に応じて前記メイングリッドに提供される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記メイングリッドの停電シナリオを検出するステップを更に含み、前記風力タービンは、該停電シナリオの該検出に応じて前記第１のモードで動作される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のモードで動作することは、
前記風力タービンのローターを始動させる、無停電電源装置（ＵＰＳ）等の電源から電力を受け取ることと、
前記風力タービンによって出力される電力信号の電圧を上昇させて前記風力タービンの変圧器を充電することと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電力は、前記メイングリッドを介して、停電状態になっている隣接する洋上風力発電所に提供される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電力は、同期ゾーンの間の連係ノードに提供される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記電力は、前記風力タービンによって生成される電力の量が前記メイングリッドをブラックスタートさせるのに不十分である場合、前記風力タービンとＵＰＳ等の少なくとも１つの電源との双方から前記メイングリッドに提供される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記メイングリッドに電力を提供するステップは、グリッド形成のためにハイブリッド発電所に電力を提供するステップを含み、好ましくは、該ハイブリッド発電所は洋上に位置する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記メイングリッドにおいて電力信号の周波数及び位相を決定するステップを更に含み、前記第２のモードで運転している間に前記電力を提供するステップは、前記決定された周波数及び位相で前記電力を提供するステップを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記風力タービンは、風力発電所内の複数の風力タービンのうちの１つであり、前記方法は、前記風力発電所内で互いから最も遠い前記風力タービンのうちの２つ以上を作動させて、前記メイングリッドの前記ブラックスタートを実施するステップを更に含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
無効電力制御脚と、
有効電力制御脚と、
積分動作を用いるコントローラーであって、前記無効電力制御脚と前記有効電力制御脚との間に選択的に結合されている、コントローラーと、
を含む制御システム
を備え、
前記制御システムは、
電力をローカルＡＣグリッドに提供する第１のモードで該風力タービンを運転し、
メイングリッドのブラックスタートを実施する指示に基づき、且つ前記コントローラーを作動させ、それにより該風力タービンの出力電力を増加させることによって、該風力タービンの運転を前記第１のモードから第２のモードに切り換え、
前記第２のモードで運転している間に前記メイングリッドに電力を提供する、
ように構成されている、風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示において提示される実施形態は、包括的には、電力復旧に関し、より具体的には、電気グリッドのブラックスタートを実施することに関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上と比較して、より強い風速が、洋上で通常利用可能であるため、多くの状況において、陸上風力タービンの代わりに洋上風力タービンが所望される。さらに、洋上風力タービンは、木、丘、建物等によって妨げられない。洋上風力タービンを陸上グリッド（数十キロメートル又は数百キロメートル離れて位置する場合がある）に結合するために、風力タービンオペレーターは、高圧直流（ＨＶＤＣ）リンクを使用することができる。陸上グリッドは、幾つかの要因のうちの１つに起因して停電状態（black out condition）になる可能性がある陸上風力発電所に接続される場合がある。場合によっては、国のグリッドオペレーターは、停電状態になっている風力発電所のブラックスタートを実施するために、予備電源を割り当てる。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の１つの実施形態は、ブラックスタート運転を実施するための方法を提供する。本方法は、概して、制御システムを使用して、電力を交流（ＡＣ）グリッドに提供する第１のモードで風力発電所内の風力タービンを運転するステップを含む。制御システムは、無効電力制御脚及び有効電力制御脚を含むことができる。本方法はまた、電気グリッドのブラックスタートを実施する指示に基づいて、かつ、積分動作を用いるコントローラーを作動させ、それにより風力タービンの出力電力を増加させることによって、第１のモードから第２のモードに風力タービンの運転を切り換えるステップであって、コントローラーは、無効電力制御脚と有効電力制御脚との間に結合される、切り換えるステップと、第２のモードで運転している間に電気グリッドに電力を提供するステップとを含む。
【０００４】
本開示の１つの実施形態は、風力タービンを提供する。風力タービンは、概して、無効電力制御脚と、有効電力制御脚と、積分動作を用いるコントローラーとを有し、コントローラーは、無効電力制御脚と有効電力制御脚との間に選択的に結合されている、制御システムを含む。或る特定の実施形態において、制御システムは、電力をローカルＡＣグリッドに提供する第１のモードで風力タービンを運転し、電気グリッドのブラックスタートを実施する指示に基づき、かつ、コントローラーを作動させ、それにより風力タービンによって出力される電力を増加させることによって、風力タービンの運転を第１のモードから第２のモードに切り換え、且つ第２のモードで運転している間に電気グリッドに電力を提供するように構成されている。
【０００５】
本開示の１つの実施形態は、風力タービンのための制御システムを提供する。制御システムは、概して、プロセッサと、プロセッサによって実行されると運転を実施するプログラムを記憶するように構成されたメモリとを含む。運転は、制御システムを使用して、電力をＡＣグリッドに提供する第１のモードで風力タービンを運転することを含み、制御システムは、無効電力制御脚及び有効電力制御脚を含む。運転はまた、電気グリッドのブラックスタートを実施する指示に基づいて、かつ、積分動作を用いるコントローラーを作動させ、それにより風力タービンによって出力される電力を増加させることによって、第１のモードから第２のモードに風力タービンの運転を切り換えることも含み、コントローラーは、無効電力制御脚と有効電力制御脚との間に結合され、第２のモードにあるときであり、運転は、動作を切り換えた後、第２のモードで運転している間に電気グリッドに電力を提供する。
【０００６】
本開示の上記で挙げた特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡潔に要約された本開示のより詳細な説明を、その一部が添付図面に示される実施形態を参照して行うことができる。しかしながら、添付図面が、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を制限するものと考えられず、開示のために、他の同様に効果的な実施形態を認める場合があることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示で述べる一実施形態による風力タービンの線図を示している。
【図２】本開示で述べる一実施形態による、風力タービンのナセル及びタワーの内部の構成要素の線図を示している。
【図３】本開示で述べる一実施形態による電力システムのブロック図である。
【図４】本開示で述べる一実施形態による風力タービンの制御システムを示している。
【図５】本開示で述べる一実施形態によるベクトル図である。
【図６】本開示で述べる一実施形態による風力タービンを異なるモードで運転するための方法のフローチャートである。
【図７】本開示で述べる一実施形態による例示的なブラックスタート運転のフローチャートである。
【図８】本開示の一実施形態による停電状態を検出した後にグリッド形成モードを開始するための方法を説明するフロー図である。
【図９】本開示の１つの実施形態による、メイングリッドの停電シナリオの検出に起因して１つ以上の風力タービンをシャットダウンするための方法を説明するフロー図である。
【図１０】本開示で述べる一実施形態による、ＨＶＤＣリンクの機能に応じて異なるモードで運転する少なくとも１つの風力タービンを含む風力発電所のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
理解を容易にするために、複数の図に共通である同一の要素を指定するために、可能である場合、同一の参照数字が使用されている。１つの実施形態において開示される要素が、具体的に列挙されていなくても他の実施形態に関して有利に利用することができることが企図される。
【０００９】
本開示の或る特定の実施形態は、概して、電力を喪失した陸上グリッドのためにブラックスタートブロック負荷源として使用されるように、洋上風力タービン発電所アレイ、洋上サブステーション及び電力送電ケーブルを作動させるための技法に関する。１つの実施形態では、洋上風力タービン発電所は、停電した物理的アイランド、より大型のメッシュ型グリッドにおける他の洋上風力発電所ユニット、及び／又は異なる同期ゾーンの間の高圧直流（ＨＶＤＣ）インターコネクターに接続された他の洋上風力発電所を作動させるために使用することができる。
【００１０】
都市インフラのほぼ全ての態様において電気の使用又は依存度の高まりにより、カスケード障害によってもたらされる可能性がある電力の喪失（停電）を可能な限り迅速に復旧することが重要である。したがって、多くの国における国のグリッドオペレーターは、停電したエリアにおいて電力を復旧するために、それらのエリアがグリッドの残りのエリアと再同期する前に、（例えば、石炭火力発電所又はガス火力発電所を使用することにより）２時間以内に電気グリッドのブラックスタートを実施するように、通常３０メガワット（ＭＷ）〜４０ＭＷのブロック負荷を供給することができかつ無効電力供給能力を有する予備電源を割り当てる。
【００１１】
化石燃料発電所をシャットダウンする計画により、予備電源の数は近い将来減少する可能性がある。本開示の或る特定の実施形態は、概して、海岸線にわたって広く分散されている陸上共通結合点（ＰＣＣ：points of common coupling）を有する洋上風力発電所からブラックスタート電力を供給することにより、この隙間を埋めるための技法に関する。多くの洋上風力発電所は、６０ＭＷを超えるブロック負荷ブラックスタート電力を提供することができるが、これは季節に応じて変化する可能性がある。
【００１２】
本開示の或る特定の実施形態は、ブラックスタート運転に使用されるようにＨＶＤＣリンクに電力を提供するように構成された洋上風力タービン用の制御システムを提供する。場合によっては、中央制御システムを使用する代わりに、各風力タービンが個々の制御システムを有することができる。通常運転中、風力タービンの制御システムは、風力タービンが、電圧及び周波数が一定である堅固なメイングリッドに電流を注入する、グリッド追従モードで運転することができる。しかしながら、場合によっては、メイングリッドが停電状態になる可能性があり、その後、制御システムは２つの異なるモードで運転される可能性がある。例えば、制御システムは、グリッド形成モードと呼ばれる場合がある第１のモードで運転する場合があり、ここでは、風力タービンは、風力タービン出力において所与の周波数でそれ自体の電圧を生成するように切り換わる。グリッド形成モードでは、風力タービン（及び、その後、風力発電所全体）は、それ自体のローカルグリッドを形成する。グリッド形成モードを使用することにより、風力タービンはまた、本明細書においてアイランドモードと呼ばれるモードにあるとみなすこともでき、その理由は、風力タービンが標準的な電気グリッド（例えば、メイングリッド）から隔離されているためである。アイランドモードでは、風力発電所における風力タービンは、それ自体に補助電力を提供するか、又は風力発電所プラットフォームハードウェアに補助電力を提供することができる。アイランドモードは、風力タービンがＨＶＤＣリンク又はＨＶＡＣリンク上で電力を伝送していない場合に使用することができる。代わりに、アイランドモードは、発電所内の風力タービンが、タービンをヨー運動させること、ポンプ、換気装置、空調負荷、ＵＰＳ及び電子負荷を冷却すること等、補助制御のために電力を発生させることを可能にする。別の例では、風力タービンは、ローカルＡＣグリッドに結合することができ、ローカルグリッドに電力を出力するためにアイランドモードを使用することができる。制御システムは、大電力モードと呼ぶことができる第２のモードでも運転することができる。大電力モードでは、風力タービンは、ＨＶＤＣリンクに電力を提供することによりブラックスタート運転を実施するためにそれらの出力電力を増加させる。
【００１３】
１つの実施形態において、アイランドモードと大電力モードとの間で切り換えるために、風力タービンは、その制御システムにおける無効電力制御脚と有効電力制御脚との間に結合される比例積分（ＰＩ）コントローラーを作動させる。ＰＩコントローラーは、入力として、所望の有効電力値と風力タービンによって生成される実際の有効電力値との間の差を受信し、対応する電圧調整を出力する。この電圧調整は、その後、電圧値の振幅を変更するために無効電力制御脚で使用される。１つの実施形態において、アイランドモードから大電力モードに切り換えるとき、風力タービンは、ＰＩコントローラーを作動し、ＰＩコントローラーは、風力タービンの出力電力を増加させる。
【００１４】
例示的な実施形態
図１は、水平軸風力タービン発電機１００の線図を示している。風力タービン発電機１００は、通常、タワー１０２と、タワー１０２の上部に位置する風力タービンナセル１０４とを備える。風力タービンローター１０６は、ナセル１０４の外部に延在する低速シャフトを通してナセル１０４に接続することができる。風力タービンローター１０６は、ローター平面で回転する、共通ハブ１１０上に搭載された３つのローターブレード１０８を備えるが、任意の適した数のブレード、例えば、１つ、２つ、４つ、５つ、又はそれより多い数のブレードを備えることができる。ブレード１０８（又は翼型部）は、通常それぞれ、空気力学的形状を有し、空気力学的形状は、風に向く前縁１１２と、ブレード１０８用のコードの対向端における後縁１１４と、先端１１６と、任意の適した方法でハブ１１０に取り付けるための根元部１１８とを有する。
【００１５】
幾つかの実施形態の場合、ブレード１０８は、ピッチ軸受け１２０を使用してハブ１１０に接続することができ、それにより、各ブレード１０８は、ブレードのピッチを調整するためにその長手方向軸の周りに回転することができる。ローター平面に対するブレード１０８のピッチ角は、例えば、ハブ１１０とブレード１０８との間に接続される、リニアアクチュエーター、油圧アクチュエーター、又はステッパーモーターによって制御することができる。
【００１６】
図２は、風力タービン発電機１００のナセル１０４及びタワー１０２の内部にある典型的な構成要素の線図を示している。風２００がブレード１０８を押すと、ローター１０６は、スピンし、低速シャフト２０２を回転させる。ギアボックス２０４内のギアは、低速シャフト２０２の低回転速度を、発電機２０６を使用して電気を発生させるのに適した高速シャフト２０８の相対的に高い回転速度に機械的に変換する。
【００１７】
コントローラー２１０は、シャフト２０２、２０８の一方又は両方の回転速度を検知することができる。シャフトがあまりにも速く回転しているとコントローラーが判断すると、コントローラーは、シャフトの回転を遅くするために制動システム２１２に合図することができ、制動システム２１２は、ローター１０６の回転を遅くする、すなわち、回転／分（ＲＰＭ）を減少させる。制動システム２１２は、風力タービン発電機１００の構成要素に対する損傷を防止することができる。コントローラー２１０は、風速計２１４（風速を提供する）及び／又は風向計２１６（風向を提供する）からの入力を受信することもできる。受信した情報に基づいて、コントローラー２１０は、ブレードのピッチ２１８を調整しようとしてブレード１０８の１つ以上に制御信号を送出することができる。風向に関してブレードのピッチ２１８を調整することによって、ローター（したがって、シャフト２０２、２０８）の回転速度を増加又は減少させることができる。例えば、風向に基づいて、コントローラー２１０は、タワー１０２に関してナセル１０４を回転させる制御信号を、ヨーモーター２２０及びヨードライブ２２２を備える組立体に送出することができ、それにより、ローター１０６は、より大幅に（又は、或る特定の状況において、より小幅に）風上に向くように位置決めすることができる。
【００１８】
図３は、本開示で述べる一実施形態による電力システム３００のブロック図である。電力システム３００は、共通結合点（ＰＣＣ）３３０において交流（ＡＣ）グリッド３３１を介して送電ケーブル３３５に結合された風力タービン１００Ａ〜１００Ｃを含む。送電ケーブル３３５は、次に、グリッド３４５に結合される。１つの実施形態において、風力タービン１００は洋上風力発電所に位置する一方で、グリッド３４５は陸上電気グリッドである。しかしながら、他の実施形態において、風力発電所及びグリッド３４５は共に陸上である場合がある。すなわち、本明細書で述べる実施形態は、洋上風力発電所に限定されず、陸上風力発電所によってブラックスタートを実施するために使用することができる。
【００１９】
風力タービン１００Ａは、ＡＣ電力を発生させるための発電機２０６と、発電機２０６によって提供されるＡＣ信号を所望の周波数に変換するための電力変換器３０５と、変換器３０５の出力からノイズ及び高調波を除去するためのフィルター３２０とを含む。図示するように、電力変換器３０５は、直流（ＤＣ）バス３１２を介して共に結合された、発電機側変換器３１０とグリッド側変換器３１５とを含む。１つの実施形態において、発電機側変換器３１０は、発電機２０６によって提供されるＡＣ信号を、ＤＣバス３１２上で伝送されるＤＣ電力に変換する複数のスイッチ（例えば、パワートランジスタ）を含む。グリッド側変換器３１５は、ＤＣ電力を受信し、スイッチを使用して、ＤＣ電力を、所望の周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を有するＡＣ電力（例えば、３相ＡＣ電力）に戻るように変換する。図示しないが、風力タービン１００Ｂ及び１００Ｃは、風力タービン１００Ａと同様の配置構成を有することができる。風力タービン１００Ａ、１００Ｂ及び１００Ｃは、ケーブルアレイを使用して接続することができる。
【００２０】
風力タービン１００Ａは、交流（ＡＣ）グリッド３３１を介して風力タービン１００ＡをＰＣＣ３３０に結合する、タービン変圧器３２５を含む。１つの実施形態において、タービン変圧器３２５は、風力タービン１００Ａ内に、例えば、タワー内にある。さらに、図示しないが、風力タービン１００Ｂ及び１００Ｃも、それぞれのタービン変圧器を使用して交流（ＡＣ）グリッド３３１にかつＰＣＣ３３０に結合することができる。
【００２１】
タービン変圧器の出力はローカルＡＣグリッドを形成する。以下でより詳細に述べるように、運転の第１のモード（例えば、アイランドモード）において、風力タービン１００の１つ以上は、電力を、ローカルＡＣグリッドに結合された負荷３５０に提供する。例えば、風力タービン１００は、洋上に位置し得るが、近くの住民のいる陸地等のローカル負荷３５０に結合され得る。そのため、風力タービン１００は、グリッド３４５上で電力を伝送していないときでも、ローカル負荷３５０に電力を供給していることができる。さらに、アイランドモードにあるとき、風力タービン１００の１つ以上は、発電所内の残りのタービン１００のために補助電力を供給し得る。例えば、風力タービン１００のうちの少数の風力タービンは、運転のアイランドモードを使用して依然として電力を発生させて、補助電力を提供し、それにより、残りのタービン１００をヨー動作させ得る又はタービン１００内のポンプを働かせ得る。これにより、風力タービンがグリッド３４５に電力を提供していないときに補助電力を提供するために洋上風力発電所内に代替の電力供給部（例えば、ディーゼル発電機）を有していなければならないことが回避される。或る特定の実施形態では、ブラックスタート運転のためにグリッド３４５に電力を提供するために、風力タービン１００は、運転の第２のモード（例えば、大電力モード）に切り換わって、ブラックスタート運転のためにグリッドに電力を提供するために必要な閾値電圧を超えるように、ＰＣＣ３３０においてそれらの結合した電力出力を増加させる。第１のモードから第２のモードに切り換わるときにグリッド障害が発生する場合、障害が検出されたときに第３のモードに切り換わることが有利である場合があり、そこでは、第３のモードは、タービンが、最大電流を提供するのではなく要求される電流のみを提供するように、グリッドを追従するように制限された電流を含む。したがって、タービン自体を保護する。
【００２２】
図４は、本開示で述べる一実施形態による風力タービンの制御システム４００を示している。１つの実施形態において、風力発電所内の各風力タービンは、図４に従って述べるような制御システムを含む。制御システム４００を、風力タービンコントローラーによって制御することができ、また、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、又は、ソフトウェア及びハードウェア要素の混合物を使用して実装することができる。１つの実施形態において、制御システム４００は、１つ以上のプロセッサ及びメモリを含むコンピューティングシステムを使用して実装される。
【００２３】
制御システム４００の１つの利点は、風力発電所の個々の風力タービン内の制御システム４００の間の高速データ通信を使用しなくてもよいことである。すなわち、個々の制御システム４００が中央風力発電所コントローラーから基準設定点を受信することができるものの、個々の風力タービン内の制御システム４００は、運転中に同期する必要はない。異なる制御システム４００の間で通信を必要としないことによって、制御システム４００の信頼性が上がる。さらに、制御システム４００は、風力タービン内の制御システムの間で通信を必要とするシステムとは異なり、運転のために位相ロックループ（ＰＬＬ）を必要としない。
【００２４】
制御システム４００は無効電力制御脚４８５及び有効電力制御脚４８０を有する。無効電力制御脚４８５は、風力発電所コントローラーからの所望の無効電力値ＱＤと、グリッド側変換器３１５の出力で生成される目下の無効電力を示す実際の無効電力値ＱＡとを受信する。実際の無効電力値ＱＡは、任意選択のフィルター４０５を通され、所望の無効電力値ＱＤと共に第１の加算器４１０に提供される。第１の加算器４１０は、所望の無効電力値ＱＤ（すなわち、風力発電所コントローラーが風力タービンに出力して欲しい無効電力）と風力タービンから目下出力されている実際の無効電力値ＱＡとの間の差を決定する。この差は電圧ルックアップモジュール４１５に入力され、電圧ルックアップモジュール４１５は、風力タービンの出力電圧を調整するために使用される電圧調整値ＶＡＤＪを出力する。１つの実施形態において、電圧ルックアップモジュールは、所望の無効電力値と実際の無効電力値との間の差のそれぞれにマッピングされる複数の増分的電圧値を含む。種々の風力タービン内の各制御システム４００についての複数の電圧値は、異なる又は同一の電圧値とすることができる。すなわち、１つの風力タービンの電圧ルックアップモジュール４１５についての電圧値は、第２の風力タービンの電圧値とは異なることができる。
【００２５】
第２の加算器４２０は、電圧調整値ＶＡＤＪを公称電圧ＶＮ（風力発電所コントローラーが提供することができる）に加算して、振幅電圧ＶＭＡＧを出力する。また、第２の加算器４２０は、積分動作を用いるコントローラー、例えば、後で述べることになるＰＩコントローラー４６５に結合される。振幅電圧ＶＭＡＧは、任意選択のフィルター４２５を通され、３相変圧モジュール４３０に至る。概して、３相変圧モジュール４３０は、振幅電圧ＶＭＡＧ及び有効電力制御脚４８０によって出力される電圧係数角度θＷを、グリッド側変換器３１５用の制御信号に変換する。換言すると、変圧モジュール４３０は、無効電力制御脚４８５及び有効電力制御脚４８０の出力を使用して、対応する３相ＡＣ電圧信号を出力するためにグリッド側変換器３１５内のスイッチ（例えば、パワートランジスタ）を働かせる制御信号を生成する。
【００２６】
有効電力制御脚４８０において、制御システム４００は、風力発電所コントローラーからの所望の有効電力値ＰＤと、グリッド側変換器３１５によって出力される目下の有効電力を示す実際の有効電力値ＰＡとを受信する。実際の有効電力値ＰＡは、任意選択のフィルター４３５を通される。第３の加算器４４０は、所望の有効電力値ＰＤを実際の有効電力値ＰＡと比較し、２つの値の差を出力する。この差は、対応する角度調整ωＶを出力する角度ルックアップモジュール４４５に提供される。角度ルックアップモジュール４４５は、実際の有効電力値ＰＡと所望の有効電力値ＰＤとの間の差のそれぞれに対応する複数の増分的角度調整値を含むことができる。角度ルックアップモジュール４４５に記憶される角度調整値は、発電所内の異なる風力タービンについて同一であり得る又は異なり得る。
【００２７】
角度ルックアップモジュール４４５によって出力される角度調整ωＶは第４の加算器４５０に渡され、第４の加算器４５０は、角度調整ωＶを、風力発電所コントローラーから受信される所望の角度ωＤと結合させる。無効電力制御脚４８５によって出力される振幅電圧ＶＭＡＧはグリッド側変換器３１５によって生成されるＡＣ信号の振幅を制御し、角度ωＶ及びωＤはＡＣ信号の周波数を制御する。例えば、所望の角度ωＤはローカルＡＣグリッドの所望の周波数（例えば、５０Ｈｚ）を示すことができる。制御システム４００は、角度調整ωＶを使用して、グリッド側変換器によって生成される有効電力を増加又は減少させ、それにより、所望の有効電力値ＰＤに一致させる。
【００２８】
第４の加算器４５０は、結合した角度ωＶ＊を、電圧係数角度θＷを出力する積分器４５５に出力する。電圧係数角度θＷは、振幅電圧ＶＭＡＧと共に、３相変圧モジュール４３０によって使用されて、グリッド側変換器３１５によって出力される３相ＡＣ信号の振幅及び周波数を設定する制御信号を発生させる。
【００２９】
また、制御システム４００は、第３の加算器４４０の出力をＰＩコントローラー４６５に選択的に結合するスイッチ４６０と、第１の加算器４１０の出力を無効電力調整器４７５に選択的に結合するスイッチ４７０とを含む。アイランドモードで運転するとき、スイッチ４６０及び４７０は開放しており、それにより、ＰＩコントローラー４６５及び無効電力調整器４７５を停止させ、それにより、これらの構成要素は、無効電力制御脚４８５及び有効電力制御脚４８０によって生成される電圧係数角度θＷ及び振幅電圧ＶＭＡＧに影響を及ぼさない。しかしながら、ＰＩコントローラー４６５及び無効電力調整器４７５が停止されるときでも、制御システム４００は、ローカルＡＣグリッドに結合されるローカル負荷に電力供給するためにＡＣ信号を依然として生成し得る。上記で述べたように、アイランドモードにおいて、グリッド側変換器３１５は、ローカルＡＣグリッドに接続される、近くの住民のいる陸地にＡＣ電力を出力することができる。付加的に又は代替的に、発電所内の風力タービンのうちの１つ以上の風力タービンは、発電所内の残りの風力タービンのために補助電力を生成することができる。すなわち、風力タービンの一部は、シャットダウンする（すなわち、電力を発生しない）ことができる一方で、他の風力タービンは、シャットダウンされるタービンのために補助電力を提供するためにアイランドモードで運転する。
【００３０】
１つの実施形態において、アイランドモードで運転するとき、制御システム４００は、風力タービンに出力される実際の電力（すなわち、実際の無効電力値ＱＡ及び実際の有効電力値ＰＡ）を所望の電力値（すなわち、所望の無効電力値ＱＤ及び所望の有効電力値ＰＤ）に設定できない場合がある。代わりに、風力タービンによって出力される実際の電力は、タービン上のローカル負荷によって左右される。
【００３１】
アイランドモードから大電力モードに切り換えるために、制御システム４００は、スイッチ４６０及び４７０を閉鎖し、それにより、ＰＩコントローラー４６５及び無効電力調整器４７５の入力を有効電力制御脚４８０及び無効電力制御脚４８５にそれぞれ接続する。制御システム４００は、積分動作を用いるコントローラー、例えば、ＰＩコントローラー４６５及び無効電力調整器４７５の入力をそれぞれの脚４８０及び４８５に接続するスイッチを示すが、ＰＩコントローラー４６５及び無効電力調整器４７５に送出される電力をターンオンしターンオフすること等、他の作動手段を使用することができる。
【００３２】
スイッチ４６０が閉鎖すると、ＰＩコントローラー４６５は、第３の加算器４４０から、所望の有効電力値ＰＤと実際の有効電力値ＰＡとの間の差を受信する。ＰＩコントローラーが示されているが、ＰＩコントローラー４６５又は比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラー等の積分動作を用いる任意のコントローラーを使用することができ、言い換えれば、図示するコントローラー４６５は、積分動作を用いるコントローラーである。ＰＩコントローラー４６５は、調整電圧を出力し、調整電圧は、実際の有効電力値ＰＡが所望の有効電力値ＰＤに一致するまで振幅電圧ＶＭＡＧに加算される。１つの実施形態において、ＰＩコントローラー４６５は、無効電力制御脚４８５に、グリッド側変換器３１５によって生成されるＡＣ信号の振幅を、この振幅がブラックスタート運転のための電圧設定値に達するまで増加させる。制御システム４００は、ＰＩコントローラー４６５を使用して、風力発電所コントローラーによって設定されるように風力タービンの出力電力を制御し続けることができる。すなわち、アイランドモードにあるときとは異なり、大電力モードでは、制御システム４００は、ブラックスタート運転に対する所望の電力に一致するように出力電力を制御することができる。例えば、風力発電所コントローラーが新しい所望の有効電力値ＰＤを送出すると、ＰＩコントローラー４６５は、所望の有効電力を出力するようにＡＣ信号の振幅を調整し得る。
【００３３】
大電力モードで運転するときにＰＩコントローラー４６５を作動することに加えて、制御システム４００は、スイッチ４７０を閉鎖することによって無効電力調整器４７５も作動する。概して、無効電力調整器４７５は、ＰＣＣに結合された風力タービンの間での循環する無効電力の形成を防止する。各タービンがどれだけ多くの無効電力を生成しているかに応じて無数の解決策が存在するため、これは、循環する無効電力をもたらす可能性がある。スイッチ４７０が閉鎖されると、加算器４１０によって出力された所望の無効電力値ＱＤと実際の無効電力値ＱＡとの間の差（又は誤差）は、無効電力調整器４７５に提供される。次に、無効電力調整器４７５は、加算器４５０に送出される角度値を出力する。すなわち、角度値は、角度調整ωＶ及び所望の角度ωＤに加算されて、結合された角度電圧係数角度ωＶ＊が生成される。所望の無効電力値ＱＤと実際の無効電力値ＱＡとの間の大きい差は、風力タービンがあまりにも多くの無効電力を生成していることを意味する。そのため、無効電力調整器４７５によって生成される角度値は、制御システム４００にグリッド側変換器３１５によって出力される無効電力を低減させる。逆に、所望の無効電力値ＱＤと実際の無効電力値ＱＡとの間の小さい差は、風力タービンがあまりにも少ない無効電力を生成していることを意味する。応答して、無効電力調整器４７５は、タービンによって生成される無効電力を増加させる。風力タービンの各制御システム４００が無効電力調整器４７５を含む場合、これは、複数の風力タービンが風力タービン自身同士の間で無効電流の発生を共有することをもたらし、循環する無効電流の可能性を軽減する。
【００３４】
図５は、本開示で述べる一実施形態によるベクトル図５００である。ベクトルＶＦはＰＣＣにおける共通電圧を示す一方で、ベクトルＶＷ１、ＶＷ２、ＩＷ１及びＩＷ２は、発電所内の２つの風力タービン、すなわち、風力タービン１（Ｗ１）及び風力タービン２（Ｗ２）についてのそれぞれの電圧及び電流を示している。２つの電流ベクトルＩＷ１及びＩＷ２は２つの風力タービンが異なる無効電力を生成させることを示している。特に、風力タービン２は風力タービン１より多くの無効電力を送出し、これは、電圧ベクトルＶＷ２が大き過ぎることを意味する。換言すれば、ベクトルＶＦとＶＷ２との間の角度は最適ではない。図４において上記で述べたように、制御システム４００は無効電力調整器４７５を含み、無効電力調整器４７５は、ＶＦとＶＷ２との間の角度がＶＦとＶＷ１との間の角度に近くなるように風力タービン２の出力を調整し得る。その結果、無効電力出力は、複数の風力タービンによってより均等に共有され、それは、風力タービンの間の循環する無効電流を防止し得る。
【００３５】
図６は、本開示で述べる一実施形態による風力タービンを異なるモードで運転するための方法６００のフローチャートである。ブロック６０５において、風力発電所コントローラーは、第１のモード（例えば、アイランドモード、又はグリッド形成モードとも呼ばれる）で運転して、ローカルＡＣグリッドに電力を提供するように１つ以上の風力タービンの各々内の制御システムに指令する。場合によっては、風力タービンは、メイングリッドが停電状態になったという判断に応じて第１のモードで運転することができ、したがって、１つ以上の風力タービンに対して補助電力を提供するためにローカルＡＣグリッドを形成する。１つの実施形態において、風力発電所コントローラーは、第１のモードで運転するように風力タービンのサブセットに指令する。例えば、発電所内のタービンのうちの少数のタービンのみが、第１のモードで運転されて、いかなる電力も生成しない残りのタービン用の補助電力を生成することができる。代替的に、発電所内のタービンの全てを第１のモードで運転して、ローカルＡＣグリッドに電力を提供することができる。１つの実施形態では、ローカルＡＣグリッドは、島等の、近くの住民のいる陸地にも電力を提供することができる。
【００３６】
ブロック６１０において、風力発電所コントローラーが、送電ケーブルを充電することによりブラックスタート運転の準備をするべきか否かを判定した場合、かつ、準備するべきであると判定された場合、方法６００は、ブロック６１５に進んでブラックスタート運転のためにグリッドに電力を提供する。１つの実施形態では、ブラックスタート運転を作動させる判定は、グリッドの伝送システムオペレーター（ＴＳＯ）からのコマンドに基づくことができる。そうでなければ、方法６００はブロック６０５に戻り、１つ以上の風力タービンが第１のモードで運転し続ける。
【００３７】
ブロック６１５において、風力発電所コントローラーは、風力タービンコントローラー（例えば、図４の制御システム４００）内の有効電力制御脚と無効電力制御脚との間でＰＩコントローラーを作動させることによって第２のモードで運転するように風力タービンのうちの少なくとも１つの風力タービンに指令する。１つの実施形態において、ＰＩコントローラーは、風力タービンコントローラーの無効電力制御脚において決定された実際の無効電力値と所望の無効電力値との間の差（又は、誤差）を使用して、タービンコントローラーの有効電力制御脚において使用される電圧調整を生成する。電圧調整は、ブラックスタート運転のために十分な電力を提供するために、風力タービンによって生成されるＡＣ電圧の振幅を増加させる。ブロック６２０において、図８を参照してより詳細に述べるように、１つ以上の風力タービンは、ブラックスタート運転を実施することができる。１つの実施形態において、図８を参照して述べるようなブラックスタート運転は、利用可能な風とＴＳＯによって指示されるブロック負荷電力設定とによる電圧及び周波数形成により必要な数の風力タービンを作動させた後に実施することができる。
【００３８】
本明細書で使用するとき、風力タービンの運転の第１のモードは、概して、メイングリッドが停電状態になった後に風力タービン（及び、その後、風力発電所全体）がそれ自体のローカルグリッドを形成する、グリッド形成モードを指す。グリッド形成モードを使用することにより、風力タービンはまた、本明細書においてアイランドモードと呼ばれるモードにあるとみなすこともでき、その理由は、風力タービンが標準的な電気グリッド（例えば、メイングリッド）から隔離されているためである。さらに、風力タービンの運転の第２のモードは、概して大電力モードを指し、そこでは、風力タービンは、メイングリッドに電力を提供することによりブラックスタート運転を実施するためにそれらの出力電力を増加させる。
【００３９】
図７は、本開示で述べる一実施形態による、図６のブロック６２０に対応する例示的なブラックスタート運転のフローチャートである。ブロック７１０において、風力発電所コントローラーは、洋上風力発電所をグリッドサブステーションに接続するために使用される送電ケーブルを作動させるように制御システム（例えば、制御システム４００）に指令する。１つの実施形態では、送電ケーブル作動は、図４を参照して述べたような制御システム４００を使用して風力タービン出力電圧を徐々に増加させることによって実施される。送電ケーブルが作動すると、洋上風力発電所は、ブラックスタートモードにあり、陸上ＰＣＣ断路器（例えば、遮断器）を投入することによって陸上グリッドに接続するＴＳＯコマンドを（例えば、発電所コントローラーを介して）待機する。例えば、ブロック７２０において、ＴＳＯから、ＰＣＣ断路器（例えば、遮断器）が投入されたことを示す指示を受信することができる。ブロック７３０において、ＴＳＯから、ブラックスタート運転のために提供されるべき有効電力（Ｐ）及び無効電力（Ｑ）の量を示す指示を受信することができ、ブロック７４０において、受信されたＴＳＯ指示に従って有効電力（Ｐ）及び無効電力（Ｑ）をライン周波数で提供して、徐々にメイングリッドを作動させ復旧することができる。
【００４０】
１つの実施形態において、ブラックスタート運転のために電力を提供するとき、ブラックスタート運転のために電力を目下のところ提供していない風力タービンは、その風力タービンをＰＣＣに結合する前に、ブラックスタート運転のために電力を提供している風力タービンに同期する。例えば、新しい風力タービンをＰＣＣに電気的に結合するとき、新しいタービンの制御システムにおける角度ωが同期しない場合、新しい風力タービンを、電力を既に生成している風力タービンに結合することは短絡を生じ得る。そのため、新しいタービンを追加する前に、その制御システムは、角度ωのその値を、ブラックスタート運転のために電力を既に提供している風力タービンの制御システムにおいて使用される同じ角度値に同期することができる。図４を参照して、１つの実施形態において、新しいタービンの積分器４５５についての初期値は、ローカルＡＣグリッドの低圧側の電圧の位相を測定することによって導出される。積分器４５５を初期値に初期化することによって、新しいタービンは、目下接続されている風力タービンと同じ角度を有し、したがって、新しいタービンがＰＣＣに結合されると、ＰＣＣにおける電力は増加し、短絡が回避される。この同期プロセスは、所望のように更なる風力タービンをＰＣＣに結合するために反復され得る。
【００４１】
図６に戻ると、ブロック６２５において、風力発電所コントローラーは、風力タービンが運転の第２のモードにあるままであるべきか否かを判定する。例えば、ブロック６３０において、風力発電所コントローラーは、メイングリッドが停電シナリオにある限り、個々の制御システムを大電力モードに維持することができる。しかしながら、メイングリッドが回復した（例えば、停電状態でなくなる）場合、ブロック６３５において、風力発電所コントローラーは、ＰＩコントローラーを停止するように個々の制御システムに指令する。
【００４２】
本明細書の実施形態は、風力タービンの個々の制御システムにコマンド（例えば、第１のモードと第２のモードとの間で切り換えるためのコマンド、所望の有効電力値及び所望の無効電力値を含むコマンド、発電抑制コマンド等）を送出する中央風力発電所コントローラーを述べるが、個々の制御システムは、制御システムと風力発電所コントローラーとの間の通信リンクが喪失される場合でも運転することができる。
【００４３】
場合によっては、メイングリッドは、部分停電になっている場合があり、したがって、メイングリッドにおいて、洋上風力発電所から追加の有効／無効電力支援を要求する低電力信号を保持する場合がある。この場合、第２のモード（例えば、大電力モード）で運転している風力発電所は、（例えば、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して）メイングリッド周波数及び位相角を取得し（例えば、決定し）、風力発電所オペレーターによって要求されるようにブロック負荷で電力を提供する前に、洋上風力発電所出力電力信号の周波数及び位相をメイングリッド周波数及び位相と同期させることができる。
【００４４】
１つの実施形態では、風力発電所コントローラーは、ブラックスタート運転を実施するために洋上風力発電所内の全ての風力タービンを作動させない場合がある。例えば、風力発電所コントローラーは、メイングリッドをブラックスタートさせるために十分な電力を提供するための必要に応じて、最小数の風力タービンを作動させることができる。場合によっては、風力発電所コントローラーは、後流影響を低減させ、かつ、ＴＳＯによって指示される要求されたブラックスタートブロック負荷値に対して風速の最小限の変動で風の捕捉を増加させるために、風力発電所内で互いに最も遠くに分散されている風力タービンのうちの２つ以上を作動させることができる。この技法は、風速タイムスロットの正確な予測と組み合わさって、ブラックスタートブロック負荷を提供する洋上風力可用性を向上させることができる。
【００４５】
図８は、本開示の一実施形態によるグリッド形成モードを開始するための方法８００を説明するフロー図である。ブロック８０２において、ＴＳＯから、洋上風力タービンがメイングリッドのブラックスタート運転のために使用されるべきであることを示す信号を受信することができる。ブロック８０４において、洋上風力発電所内の風力タービンの内部電力消費はＵＰＳに切り換わる。例えば、ＵＰＳから受け取られる電力を使用して、電子機器を充電し、風力タービンのＤＣリンクをプリチャージし、洋上風力発電所内の風力タービンローターを始動させることができる。ブロック８０６において、風力タービンの電力は減少し、低電圧（ＬＶ）遮断器及び高電圧スイッチギアの双方が開放される。ＬＶ遮断器は、変圧器（例えば、変圧器３２５）にグリッド側変換器（例えば、グリッド側変換器３１５）を選択的に結合するために使用され、高電圧（ＨＶ）スイッチギアは、交流（ＡＣ）グリッド３３１を介してＰＣＣ（例えば、ＰＣＣ３３０）に変圧器を選択的に結合するために使用される。
【００４６】
ブロック８０８において、発電機側変換器は、ＤＣリンク制御モードに切り換えられる。このモードにおいて、発電機側変換器は、ローター速度をピッチ制御してＤＣリンクを制御するのに十分な電力を発生させる。ブロック８１０において、グリッド側変換器を（例えば、制御システム４００を介して）制御することにより、グリッド形成モードが作動する。グリッド側変換器が作動すると、風力タービンの内部消費のための電力がグリッド側変換器から受け取られる。ブロック８１２において、ＬＶ遮断器が投入され、ブロック８１４において、変圧器が徐々に作動する。ブロック８１６において、風力発電機コントローラーは、変圧器が作動しているか否かを判定し、作動していると判定された場合、方法８００はブロック８１８に続き、そこでＨＶスイッチギアが投入される。
【００４７】
ブロック８２０において、風力発電所内の風力タービンを接続するアレイケーブルが、風力発電所内の風力タービンによって徐々に作動する。ブロック８２２において、風力発電所内の他の風力タービンもまた、時間的に遅延してアレイケーブルを作動させて、風力発電所内の全ての風力タービンがアレイケーブルを同時に作動させる場合に突入電流によって本来もたらされる可能性がある電圧サージを制御する。ブロック８２４において、風力発電所コントローラーは、アレイケーブルが作動しているか否かを判定し、作動していると判定された場合、方法８００はブロック８２６に続き、そこで、風力発電所内の他の風力タービンを結合している可能性がある他のアレイケーブルもまた作動する。例えば、（例えば、ＴＳＯによって指示される可能性があるように）ブラックスタート運転を実施するための電力設定値に応じて、電力需要を満たすように複数の他のアレイケーブルを作動させることができる。
【００４８】
本明細書で述べる実施形態は、ブラックスタート運転を実施するための例示的な技法を提供したが、本明細書で述べる技法はまた、補助バックアップ電力が洋上で維持するために利用可能でないか又は費用のかかる選択肢である可能性がある場合、及び／又は送電ケーブルが損傷している可能性がある場合、洋上メッシュ型グリッドにおける洋上風力発電所の隣接するセクションに電力を提供するためにも使用することができる。さらに、異なる同期ゾーンの間のＨＶＤＣインターコネクター（例えば、２つの異なる国の間のインターリンク）に接続されている洋上風力発電所に、補助バックアップ電力が洋上で維持するために利用可能でないか又は費用のかかる選択肢である可能性がある場合、及び／又はインターリンク電力が利用可能でない場合、電力を提供することができる。１つの実施形態において、グリッド形成電力は、洋上で更に遠くに位置する可能性があるハイブリッド発電所に提供することができる。ハイブリッド発電所は、再生可能電源（例えば、太陽光、波力及び／又は潮力）の混合とともにディーゼル又はガス等の他の電源を使用する発電所であり得る。ハイブリッド発電所は、風力発電所のポイントツーポイント接続が集められ送電ケーブルを介して陸上に伝送される洋上発電ハブに位置することができる。
【００４９】
本明細書で述べる実施形態は、低風速期間中であってもブラックスタート支援を提供するために使用することができる。これらの低風速期間は、個々の風力タービン、又はユニットとして風力発電所のいずれかに蓄電容量を追加することによって、補償することができる。例えば、各風力タービンに更なるＵＰＳバッテリー蓄電容量を追加することができる。１つの実施形態において、洋上風力発電所の陸上接続点に更なるエネルギー蓄積ユニットを追加することができる。これらのエネルギー蓄積ユニットの容量は、風力発電所総エネルギーの最大５％〜１０％とすることができ、グリッドコンプライアンスに対して使用することができる既存の柔軟なＡＣ伝送システムユニットに組み込むことができる。これらのエネルギー蓄積ユニットは、本明細書に述べたようなブラックスタート支援のために送電ケーブル及び／又は洋上変圧器を作動させるためにも使用することができる。
【００５０】
図９は、本開示の１つの実施形態による、メイングリッドの停電シナリオの検出に起因して１つ以上の風力タービンをシャットダウンするための方法９００を説明するフロー図である。ブロック９１０において、風力発電所コントローラーは、メイングリッド（例えば、図１０を参照してより詳細に述べるような高圧直流（ＨＶＤＣ）リンク）が機能するか否かを判定する。例えば、ＨＶＤＣリンクが切断される可能性がある、又は陸上ステーションが切り離され、それにより風力発電所をメイングリッド（例えば、陸上グリッド）から切り離す可能性がある。場合によっては、グリッドオペレーターが、ＨＶＤＣリンクを切り離すことを自主的に判断する場合がある。そのため、ＨＶＤＣリンクは、偶然の理由（例えば、ラインが切断される又はグリッドが故障する）であれ、意図的な理由（例えば、陸上グリッドが、風力発電所に接続する用意ができていない）であれ、リンクが作動されないときはいつでも機能しない。ＨＶＤＣリンクが機能するままでいる場合、方法９００はブロック９０５に戻る。しかしながら、ＨＶＤＣリンクが機能しない場合、方法９００はブロック９１５に進み、風力発電所コントローラーは、風力発電所内の風力タービンの一部分をシャットダウンする。この例では、風力タービンをシャットダウンすることは、風力タービンがローカルＡＣグリッド上で出力電力を生成しないことを意味する。しかしながら、シャットダウンしている風力タービン内の他の補助システム、例えば、ヨー運動用モーター、ポンプ、又は、氷がナセル又はブレード上に蓄積することを防止するための加熱要素は、依然として運転することができる。
【００５１】
ブロック９２０において、風力発電所内の残りの運転中の風力タービンのうちの少なくとも１つの風力タービン（すなわち、シャットダウンされなかった風力タービン）は、補助制御システムを使用して、シャットダウンされている風力タービン内の補助システムに電力供給する。すなわち、発電所内の風力タービンのうちの少なくとも１つの風力タービンは、（電力がＨＶＤＣリンク上で伝送されないが）ローカルＡＣグリッド上で電力を出力し続ける。この電力は、シャットダウンされたタービンによって受けとられ、シャットダウンされたタービンは、それらのタービンの補助システムを運転するためにその電力を使用する。そうすることにより、ＨＶＤＣリンクが機能しないときに風力タービン内の補助システムに電力供給するための、ディーゼル又はガス発電機等の代替のエネルギー源を風力発電所内に有することが回避される。
【００５２】
１つの実施形態において、ブロック９２０中に風力タービンを運転するために使用される補助制御システムは、ＨＶＤＣリンクから切り離されたときに風力タービンがアイランドモード（グリッド形成モード）で運転しているときの、図４に示す制御システム４００と同様である。すなわち、補助制御システムは、タービンコントローラー又は風力発電所コントローラーによって提供される所望の電力ではなく、負荷によって主に左右される電力（例えば、シャットダウンされた風力タービン上で補助システムによって引き出される電力）を生成する。
【００５３】
ブロック９２５において、風力発電所コントローラーは、ＨＶＤＣリンクが機能しているか否かを判定する。機能していない場合、方法９００はブロック９２０に戻る。しかしながら、ＨＶＤＣリンクが機能している場合、方法９００はブロック９０５に戻り、風力発電所内の全ての風力タービンが１次制御システムを使用して運転され、電力が、ＨＶＤＣリンク上で伝送される。換言すれば、ＨＶＤＣリンクが再び機能すると、シャットダウンされたタービンは、再始動し、補助制御システムを使用して運転する風力タービンは、代わりに、１次制御システムを使用して運転される。
【００５４】
図１０は、本開示で述べる一実施形態による本明細書で述べた異なるモードで運転する複数の風力タービンを含む風力発電所１０００のブロック図である。例において、風力発電所１０００は、ＨＶＤＣリンク１０４０を介して陸上グリッド１０４５に結合される洋上風力発電所である。しかしながら、以下の実施形態は、遠方グリッドに電力を伝送するためにＨＶＤＣリンク１０４０（又は高圧交流（ＨＶＡＣ）リンク）を使用する陸上風力発電所にも適用され得る。
【００５５】
風力発電所１０００は、それぞれが、タービンコントローラー１０１０及び補助システム１０２５（例えば、ヨーコントローラー／モーター、ポンプ、除氷システム等）を含む３つの風力タービン１００５Ａ、１００５Ｂ及び１００５Ｃを含む。タービンコントローラー１０１０は、ＨＶＤＣリンク１０４０の機能に応じてそれぞれの風力タービン１００５の運転を制御する２つの別個の制御システムを有する。タービンコントローラー１０１０は、ＨＶＤＣリンク１０４０が機能しているときに１次制御システム１０１５を使用し、それは、電力が発電所１０００から陸上グリッド１０４５に伝送されることをもたらす。しかしながら、ＨＶＤＣリンク１０４０が機能しないとき、風力発電所コントローラー１０５０は、代わりに補助制御システム１０２０を使用して運転するようにタービンコントローラー１０１０の１つ以上に指令することができる。例えば、ここで示す３つの風力タービン１００５は、ＨＶＤＣリンク１０４０がダウンするときに発電所１０００内の全ての風力タービンの補助システム１０２０に電力を提供する発電所１０００内のバックアップ風力タービンとして指定することができる。換言すれば、風力発電所１０００内の図１０に示す３つのタービン１００５以外の全てのタービンを、ＨＶＤＣリンクが使用不能になるとシャットダウンすることができる。シャットダウンされる代わりに、風力タービン１００５Ａ、１００５Ｂ及び１００５Ｃは、１次制御システム１０１５を使用して運転することから補助制御システム１０２０を使用して運転することに切り換わり、補助制御システム１０２０は、ローカルＡＣグリッド１０３０上で十分な量の電力を出力して、シャットダウンされたタービン内の補助システム並びにタービン１００５Ａ、１００５Ｂ及び１００５Ｃ上の補助システム１０２５Ａ、１０２５Ｂ及び１０２５Ｃを運転する。
【００５６】
図示するように、風力タービン１００５は、ＡＣ−ＤＣ変換器１０３５を含む洋上グリッドサブステーション１０３３を介してＨＶＤＣリンク１０４０に結合される。１つの実施形態において、洋上グリッドサブステーション１０３３は、洋上風力発電所１０００内のプラットフォーム上に配設され、ＡＣ−ＤＣ変換器１０３５を封入する構造を含む。しかしながら、別の実施形態において、洋上グリッドサブステーション１０３３及びＡＣ−ＤＣ変換器１０３５を、同じプラットフォーム上に配設するが、異なる筐体に収容することができる。いずれの場合も、ＡＣ−ＤＣ変換器１０３５は、ローカルＡＣグリッド１０３０上の電力を、ＨＶＤＣリンク１０４０上での伝送のためのＤＣ電力に変換するために使用される。
【００５７】
ＡＣ−ＤＣ変換器１０３５は、非制御式変換器又は制御式変換器（例えば、自励式又は更に他励式変換器）であり得る。例えば、多くの現行の洋上風力発電所は、制御式変換器を使用して、陸上グリッドにタービンを接続する。本明細書で述べた制御技法は、ローカルＡＣグリッド１０３０をＨＶＤＣリンク１０４０に結合するために使用されるＡＣ−ＤＣ変換器１０３５のタイプによらず使用され得る。例えば、１次制御システム１０１５は、ＡＣ−ＤＣ変換器１０３５が風力発電所コントローラー１０５０によって能動的に制御される制御技法であり得る。１つの実施形態において、１次制御システム１０１５を使用するときに風力タービン１００５によって出力される電力はＡＣ−ＤＣ変換器１０３５によって決定される。すなわち、個々の風力タービン１００５によって出力される電力は、例えば、風力発電所コントローラー１０５０によって送信される所望の設定点からではなく、変換器１０３５によって左右される場合がある。
【００５８】
発電所１０００内のシャットダウンされた風力タービンに補助電力を提供することに加えて、風力タービン１００５Ａ〜１００５Ｃは、ＨＶＤＣリンクが機能しないときに、洋上グリッドサブステーション１０３３及びＡＣ−ＤＣ変換器１０３５にも電力を提供することができる。例えば、サブステーション１０３３及び変換器１０３５は、陸上グリッド１０４５に対する能動的接続が存在しないときに運転するために、タービン１００５Ａ〜１００５Ｃによって提供される補助電力を使用し得る制御システム及び回路要素を含むことができる。そのため、風力発電所１０００は、ＨＶＤＣリンク１０４０が機能しないときに、グリッドサブステーション１０３３及び変換器１０３５に電力を提供する発電機又は電池システムを必要としない場合がある。１つの実施形態において、発電機、例えばサブステーション内のディーゼル発電機によって、更なる電力を提供することができる。
【００５９】
１つの実施形態において、補助制御システム１０２０及び１次制御システム１０１５は、ＨＶＤＣリンクの状態に応じて実行されるそれぞれのソフトウェアアプリケーション又はモジュールである。そのため、風力発電所コントローラーは、ＨＶＤＣリンクの状態に応じて補助制御システム１０２０又は１次制御システム１０１５を実行するように個々のタービンコントローラーに指令し得る。例えば、タービンコントローラー１０１０は、少なくとも１つのプロセッサ及びソフトウェアアプリケーションを記憶するのに十分なメモリを含むことができる。しかしながら、他の実施形態において、補助制御システム１０２０及び１次制御システム１０１５はハードウェア又はファームウェア構成要素を含む。
【００６０】
さらに、図１０は、風力発電所１０００をＨＶＤＣリンクに結合することを示すが、別の実施形態において、風力発電所１０００は、ローカルＡＣグリッド１０３０上のＡＣ電力信号をＨＶＡＣリンクに適する高電圧ＡＣ電力信号に変換するＡＣ−ＡＣ変換器を介してＨＶＡＣリンクに結合される。
【００６１】
上記において、本開示で提示される実施形態に対して参照が行われている。しかしながら、本開示の範囲は、特定の述べられている実施形態に限定されない。代わりに、上記で提供された特徴及び要素の任意の組合せが、異なる実施形態に関連してもしなくても、企図される実施形態を実装し実施するために企図される。さらに、本明細書で開示される実施形態は、他の考えられる解決策に勝る又は従来技術に勝る利点を達成することができるが、特定の利点が所与の実施形態によって達成されるか否かは、本開示の範囲を制限しない。そのため、本明細書で述べる態様、特徴、実施形態及び利点は、単に例証であり、特許請求項において明示的に挙げられる場合を除いて、添付されている特許請求項の要素又は制限と考えられない。
【００６２】
当業者によって認識されるように、本明細書で開示される実施形態は、システム、方法又はコンピュータープログラム製品として具現化することができる。したがって、態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、又は全てを全体的に、本明細書で「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ぶことができるソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせる実施形態の形態をとることができる。さらに、態様は、コンピューター可読プログラムコードを具現化する１つ以上のコンピューター可読媒体において具現化されたコンピュータープログラム製品の形態をとることができる。
【００６３】
本発明は、システム、方法及び／又はコンピュータープログラム製品とすることができる。コンピュータープログラム製品は、本発明の態様をプロセッサに実施させるためのコンピューター可読プログラム命令をその上に有する、１つ（又は複数）のコンピューター可読記憶媒体（例えば、ポータブルコンピューターディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバー、ポータブルコンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、又は上記の任意の適した組合せ）を含むことができる。
【００６４】
本開示の態様は、本開示において提示される実施形態による、方法、装置（システム）及びコンピュータープログラム製品のフローチャート例証及び／又はブロック図を参照して以下で述べられる。フローチャート例証及び／又はブロック図の各ブロック並びにフローチャート例証及び／又はブロック図のブロックの組合せがコンピュータープログラム命令によって実装され得ることが理解されるであろう。これらのコンピュータープログラム命令は、汎用コンピューター、専用コンピューター又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されて、コンピューター又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の単一又は複数のブロックで指定される機能／行為を実装するための手段を作成するようなマシンを生成することができる。
【００６５】
図のフローチャート及びブロック図は、種々の実施形態による、システム、方法及びコンピュータープログラム製品の考えられる実装態様のアーキテクチャ、機能及び動作を示す。この点に関して、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、特定された論理機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含む、モジュール、コードのセグメント又はコードの部分を示すことができる。幾つかの代替の実装態様において、ブロックに記す機能が、図で記す順序から外れて行うことができることにも留意されるべきである。例えば、連続して示す２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実施することができる、又はブロックは、時として、関係する機能に応じて逆順で実行することができる。ブロック図及び／又はフローチャート例証の各ブロック並びにブロック図及び／又はフローチャート例証のブロックの組合せが、特定された機能若しくは行為を実施する専用ハードウェアベースシステム又は専用ハードウェア及びコンピューター命令の組合せによって実装され得ることにも留意されたい。
【００６６】
上記を考慮して、本開示の範囲は、以下の特許請求項によって決定される。
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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