(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン（１２０）の運転を制御する方法であって、
前記風力タービン（１２０）は、
ｉ）機械的な駆動トレイン（２２２，２２８）と、
ｉｉ）該駆動トレイン（２２２，２２８）と機械的に接続された発電機（２３０）と、
ｉｉｉ）該発電機（２３０）と電気的に接続された電力変換器（２４０）と
を含む、
風力タービン（１２０）の運転を制御する方法において、
該方法は以下のステップを含む、すなわち、
前記電力変換器（２４０）により供給される交流出力電圧信号の周波数を求めるステップと、
求められた前記周波数が、以前に求められた周波数に対し、所定の閾値よりも大きく変化したか否かを識別するステップと、
求められた前記周波数の変化が前記所定の閾値よりも大きければ、前記風力タービン（１２０）のための電力基準信号を変更するステップと、
変更された前記電力基準信号を、前記風力タービン（１２０）のコントローラ（２５０）へ供給するステップと、
変更された前記電力基準信号に基づき、前記風力タービン（１２０）の運転を制御するステップと
を含む、
ただし、前記電力変換器（２４０）とオンショアの電力系統（１９５）とは、高電圧直流（ＨＶＤＣ）送電線（１７５）から成る送電系統（１７０）を介して接続されている、
風力タービン（１２０）の運転を制御する方法。
【請求項２】
前記高電圧直流送電系統（１７０）は整流器（１８０）を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記高電圧直流送電系統（１７０）は補助送電線（１６４）を含み、
該補助送電線（１６４）は、前記高電圧直流送電線（１７５）に対し電気的に並列に配置されており、前記電力系統（１９５）を前記送電系統（１７０）の前記ノードと接続する、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
変更された前記電力基準信号に基づき前記風力タービン（１２０）の運転を制御するステップは、
前記電力変換器（２４０）の動作を制御するステップ、特に該電力変換器（２４０）の直流／交流系統側ブリッジ（２４６）の動作を制御するステップ、および／または、
前記風力タービン（１２０）の風車ロータ（２２２）におけるブレード（２２４）のピッチ角を制御するステップ
を含む、
請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
求められた前記周波数の変更は、求められた前記周波数の値の増加であり、
前記所定の閾値は、前記求められた周波数に対し予め定められた上限値である、
請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
求められた前記周波数の変更は、求められた前記周波数の値の変化の絶対値であり、
前記所定の閾値は、前記変化の絶対値に対し予め定められた閾値である、
請求項４記載の方法。
【請求項７】
所定の許容周波数範囲内で、前記電力基準信号を一定に保持する、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
求められた前記周波数の変更は、求められた前記周波数の時間に関する微分であり、
前記所定の閾値の条件は、前記求められた周波数の時間に関する前記微分の値に対する上限値を含む、
請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記風力タービン（１２０）のための前記電力基準信号を、予め定められた範囲内に制限する、
請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記電力基準信号のために前記予め定められた範囲内で、前記電力基準信号の変化は、求められた周波数と所望の周波数との差に比例し、該所望の周波数は、前記風力タービン（１２０）により発電された電力と、送電系統（１７０）を介して電力系統（１９５）へ供給される電力との間で電力バランスを有する運転状態に対応する、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
１つのウィンドパーク（１１０）における複数の風力タービン（１２０）の発電全体を制御する方法であって、
各風力タービン（１２０）は、
ｉ）機械的な駆動トレイン（２２２，２２８）と、
ｉｉ）該駆動トレイン（２２２，２２８）と機械的に接続された発電機（２３０）と、
ｉｉｉ）該発電機（２３０）と電気的に接続された電力変換器（２４０）とを含み、
複数の前記電力変換器（２４０）が、前記ウィンドパーク（１１０）を電力系統（１９５）と接続する送電系統（１７０）の１つの共通のノードと、電気的に接続されている、
１つのウィンドパーク（１１０）における複数の風力タービン（１２０）の発電全体を制御する方法において、該方法は、
前記風力タービン（１２０）の少なくとも一部の動作を、好ましくはすべての風力タービン（１２０）の動作を、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法をそれぞれ実施することにより制御するステップを含み、
交流出力電圧信号の周波数を、前記共通のノードにおいて求める、
１つのウィンドパーク（１１０）における複数の風力タービン（１２０）の発電全体を制御する方法。
【請求項１２】
風力タービンにおいて、該風力タービンは、
少なくとも２つのロータブレード（２２４）を備えた風車ロータ（２２２）を含む機械的な駆動トレイン（２２２，２２８）と、
該駆動トレイン（２２２，２２８）と機械的に接続された発電機（２３０）と、
該発電機（２３０）と電気的に接続された電力変換器（２４０）と、
前記ロータブレード（２２４）のピッチ角を調節するロータブレード調節システム（２２６）と、
前記電力変換器（２４０）および前記ロータブレード調節システム（２２６）の少なくとも一方の動作を制御する風力タービンコントローラ（２５０）と
を含み、
前記電力変換器（２４０）は、
ｉ）前記発電機（２３０）により供給される交流電力を整流する交流／直流発電機側ブリッジ（２４２）と、
ｉｉ）整流された交流電力を受け取る直流リンク（２４４）と、
ｉｉｉ）該直流リンク（２４４）の直流電力を交流出力電力に変換する直流／交流系統側ブリッジ（２４６）と
を含み、
前記風力タービンコントローラ（２５０）は、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法を実施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】
本発明は全般的には、複数の風力タービンを含むウィンドパークによって発電された電力を、ウィンドパークから電力系統へ送電する技術分野に関する。特に本発明は、風力タービンを含むウィンドパークから電力系統へ効率的に送電できるようにした、風力タービンの運転方法に関する。さらに本発明は、このような風力タービン制御方法を実施可能な風力タービン、および１つのウィンドパークにおける複数の風力タービンの発電全体を制御する方法にも関し、この場合、各風力タービンは、上述の風力タービン制御方法を実施可能である。
【０００２】
本明細書において用語「ウィンドパーク」とは、電力系統に共通に供給される電力を発電する少なくとも２つの風力タービンを含む任意の配置構成のことである。「ウィンドパーク」は、「ウィンドファーム」と呼ばれることもあるし、もっとわかりやすく表現すれば「風力発電所」と呼ばれることもある。ウィンドパークをオフショアに配置してもよいし、オンショアに配置してもよい。
【０００３】
背景技術
風力タービンは、クリーンかつ効率的な手法で、機械的な風力エネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられる。風力タービンの場合、複数のロータブレードを備えたロータを有する機械的な駆動トレインによって、発電機が直接、またはギアボックスを介して、駆動される。発電機のステータ端子に結果として発生する交流（ＡＣ）周波数は、ロータの回転速度に正比例する。ステータ端子における電圧も、発電機の回転速度に依存して変化する。最適なエネルギー取得のために、この回転速度は、ロータブレードを駆動する利用可能な風の速度に応じて変化する。速い風速のときにはエネルギー取得を制限し、ロータが場合によっては破損してしまうのを避けるために、ロータブレードのピッチ角を変化させることで、発電機の回転速度を制御することができる。
【０００４】
発電機の可変の電圧および周波数を、公称的には一定である電力系統の電圧および周波数に整合させることは、一般に電力変換器によって達成される。電力変換器には一般に発電機側ブリッジが含まれており、これは通常動作中は、直流（ＤＣ）リンクに電力を供給する能動的な整流器として動作する。発電機側ブリッジは、パルス幅変調（ＰＷＭ）ストラテジを利用して完全に制御および調整される一連の半導体電力スイッチングデバイスを備えた、任意の適切なトポロジーを有することができる。さらに電力変換器は一般的に系統側ブリッジを有しており、この系統側ブリッジは、直流リンクの直流電力を、電圧と周波数と位相角に関して電力系統の個々の電気量に整合された交流電力に変換する。系統側ブリッジから、または（たとえばそれぞれ１つのトランスを介して）複数の系統側ブリッジに接続されたバスバーから、電力を伝達または送電する場合、電圧の振幅のほか、系統側ブリッジの出力における、またはバスバーにおける電圧信号の、電力系統の位相に対する相対的な位相も、どれだけの電力量が送電可能であるかに関して重要な値である。
【０００５】
この点に関して述べておくと、このような位相角は、所定の逆起電力（back EMF）と関連づけられており、電力伝達について説明するための別のアプローチによれば、このような逆起電力は、電力を電力系統に送電するために必要とされるものである。このアプローチによれば、逆起電力は電力系統によって形成される。
【０００６】
ただし、交流電力接続とは対照的に、特に、１つのウィンドパークに属する複数の風力タービンにより発電された電力を、いわゆる高電圧直流（ＨＶＤＣ）電力接続を介して、電力系統に伝達することも可能である。このような解決策は、ａ）１つの風力タービンと、ｂ）個々のオンショア電力系統との間の距離が長い（たとえば数１００ｋｍ）、オフショアウィンドパークに特に適している。距離が長い場合、高電圧直流送電系統における電力損失は、交流送電系統における相応の損失よりも著しく小さい。交流送電系統の場合には、特に個々のケーブルの寄生インダクタンスに起因する誘導電力損失が著しく大きくなるからである。
【０００７】
以下では、高電圧直流送電系統を介したオフショアウィンドパークからオンショア電力系統への送電について説明する：
１）複数のオフショア風力タービン各々は（それぞれ発電機側（交流／直流）ブリッジと直流リンクと系統側（直流／交流）ブリッジとを備えた電力変換器を含む）、中電圧交流電力を発生する。各中電圧交流電力は、第１のバスバーのところで収集される。
２）第１のバスバーのところで収集された中電圧交流電力は、変電所においてオフショアに構築されたトランスを介して、高電圧（ＨＶ）交流電力に変換される。
３）高電圧交流電力と、他の変電所からの他の高電圧直流電力は、第２のバスバーにおいて集電され、共通の高電圧交流電力として、高電圧直流施設へ供給され、そこにおいて、この共通の高電圧交流電力が直流電力に変換される。
４）直流電力は、１００ｋｍをいくらか超える長さとすることができる（低損失の）高電圧直流ケーブルを介して、オンショアで送電される。
５）オンショアで、直流電力は（直流／交流）変換器ステーションへ供給され、この変換器ステーションは、変調された交流電力出力を発生する。
この交流電力出力信号は、適切な電圧と適切な周波数もしくは位相角で、オンショア交流電力系統へ供給される。
【０００８】
この点について述べておくと、インダクタンスに関して交流電力系統と対比すると、高電圧直流ケーブルは著しく弱い電力受容体を成すにすぎず、これによっても電力を受け取るのに必要とされる有効な逆起電力を供給することができない。したがって、効率的な送電を可能にする目的で、風力タービンの系統側（直流／交流）ブリッジを、必要とされる逆起電力が発生するように動作させなければならない。
【０００９】
高電圧直流施設において、共通の高電圧交流電力を直流電力に変換するために（上述の項目３を参照）、大電力交流／直流変換器を用いることができ、この変換器には全部で６つの電力用半導体スイッチが含まれており、この場合、それぞれ２つの電力用半導体スイッチは、大電力交流／直流変換器の２つの直流出力端子間にそれぞれ延在する（３つのうち）１つのハーフブリッジ経路内で、直列に接続されている。電力用半導体スイッチは、公知のようにパルス幅変調（ＰＷＭ）によって駆動することができる。このような交流／直流変換の利点は、適切なスイッチングパターンを設定することによって、双方向の電力潮流が可能なことである。ただしこのような交流／直流変換の欠点として、大電力交流／直流変換器が複雑で大きく、しかも極端に重量がある物体であることが挙げられる。また、信頼性のある動作のためには、空気絶縁を行わなければならない。
【００１０】
高電圧直流施設における交流／直流電力変換のための別のアプローチとして最近、提案されているのは、６つの受動的な大電力用ダイオードを備えた整流器のコンセプトに基づくアプローチである。この場合も、対応する電力用整流器の２つの直流出力端子間にそれぞれ延在する（３つのうち）１つのハーフブリッジ経路内で、それぞれ２つの大電力用ダイオードが直列に接続されている。このアプローチの利点は、整流器をカプセル化されたデバイスとしてシンプルかつロバストな手法で実現できることである。整流器内の電力損失は小さく、整流器の動作のために比較的僅かなメンテナンスコストしか必要とされない。
【００１１】
しかしながら、このような「整流器によるアプローチ」の欠点は、一方向の電力潮流しか可能でないことである。電力をオンショア電力系統からウィンドパークに送電しなければならない場合、オンショア電力系統とウィンドパークとの間に、高電圧直流電力ケーブルに並列に延在するいわゆるアンビリカル交流ケーブルを、対応する高電圧直流送電系統に装備しなければならない。アンビリカル交流ケーブルを介した送電は、たとえばウィンドパークの少なくともいくつかの風力タービンのスタートアップフェーズ中、信頼性のあるスタートアップを可能にするには他の風力タービンの発電が不十分であるときに、必要とされる場合がある。（受動的な）整流器を使用した場合のさらに別の試みとして挙げられるのは、整流されることになる共通の高電圧交流電力の振幅と周波数と位相とを、もっぱら個々の風力タービン各々の直流／交流系統側ブリッジによって制御するものとする、ということである。
【００１２】
ここで述べておくと、アンビリカル交流ケーブルのほか、局所的な電力源からも、必要なときにウィンドパークに給電することができる。この種の局所的な電力源を、蓄電装置、発電機、燃料電池、圧縮空気、蓄熱装置、または揚水貯蔵、あるいは種々の電力源の可能な組み合わせ、とすることができる。
【００１３】
発明の概要
この場合、高電圧直流送電系統において高電圧直流電力に変換すべき高電圧交流電力の特性量を制御する必要があると考えられる。
【００１４】
この課題は、独立請求項に記載の発明によって解決することができる。従属請求項には、本発明の有利な実施形態が記載されている。
【００１５】
本発明の第１の観点によれば、風力タービンの運転を制御する方法が提供され、この風力タービンには、ｉ）機械的な駆動トレインと、ｉｉ）この駆動トレインと機械的に接続された発電機と、ｉｉｉ）この発電機と電気的に接続された電力変換器とが含まれている。ここで提供される方法には、以下のステップが含まれている。すなわち、
ａ）電力変換器により供給される交流出力電圧信号の周波数を求めるステップと、
ｂ）求められた周波数が、以前に求められた周波数に対し、所定の閾値よりも大きく変化したか否かを識別するステップと、
ｃ）求められた周波数の変化が所定の閾値よりも大きければ、風力タービンのための電力基準信号を変更するステップと、
ｄ）変更された電力基準信号を、風力タービンのコントローラへ供給するステップと、
ｅ）変更された電力基準信号に基づき、風力タービンの運転を制御するステップと
が含まれている。
【００１６】
本発明のこの観点が基礎とする着想は、風力タービン特に１つのウィンドパークの複数の風力タービンを電力系統（これは送電網と呼ばれることも多い）と接続する送電系統内の所定のポイントまたはノードのところで発生する可能性のある電力アンバランスによって、周波数の変動が引き起こされる、というものである。このような周波数を検出または監視しているとき、この周波数が所定の範囲まで、または所定の範囲で変化したことが識別されたならば、電力基準信号を適切な手法で変更または調節することによって、このような電力アンバランスを少なくとも部分的に低減することができる。特に、周波数が少なくとも予め定められた範囲で、または予め定められた範囲までドループもしくは低下したことが識別された場合には、風力タービンの発電を増大させるようにする。十分な風を利用できるかぎり、このことは電力基準信号を増加させることにより、周知の手法で実現される。これとは逆に、周波数が少なくとも予め定められた範囲だけ、または予め定められた範囲まで上昇したことが識別された場合には、風力タービンの発電を低減させるようにする。このことは、電力基準信号を低減することによって実現される。
【００１７】
既述の方法によれば、ハイパフォーマンス・パーク・パイロット（High Performance Park Pilot, HPPP）・コントローラと呼ばれることが多く、比較的緩慢な制御でしか可能でない上位のウィンドパークコントローラを用いて、コーディネートを要求したりコーディネート状態に戻したりすることなく、自動的にコーディネートされる手法で、ウィンドパーク全体の発電をコーディネート可能にすることができる。特に、ウィンドパーク全体のコーディネートされた制御を、個々の風力タービン間で何らかの制御情報交換を必要とすることなく、効果的に実現することができる。このコンセプトによれば各風力タービンは、個々の独立体として動作するが、標準化周波数により表される電力バランス調整を少なくとも部分的に達成する目的に関して役割を担うかたちで動作する。
【００１８】
つまりこれについて説明しておくと、風力タービンは、通常の条件においては、慣用の風力タービン制御手順のように、自身の有効電力出力を自律的に制御することができるのである。そして本発明の１つの実施形態によれば、風力タービンは、局所的な測定および／または導出に基づき、自律的な判断を下すことができ、同様に自律的な判断を下すウィンドパークの残りの風力タービンとコーディネートされた所定の手法で、リアクションを行う。
【００１９】
交流出力電圧信号の周波数を、ａ）風力タービンの端子における電圧測定により求めることができ、および／または、ｂ）電力変換器のための内部的な制御変量からダイレクトに導出することができる。後者の場合、周波数をたとえば、回転基準フレームの角速度から求めることができる。この回転基準フレームは、交流出力電圧を発生させる目的で、電力変換器における直流／交流系統側ブリッジの半導体スイッチの動作を制御するためのストラテジの一部として、適用される。
【００２０】
電力変換器の内部的な制御変量から求める場合、風力タービンの運転において所望の性能／目標を達成する目的で、交流出力電圧信号の角周波数に対する種々の寄与量のすべてまたは選択された寄与量を用いることができる。
【００２１】
目下のところ好ましい本発明の実施形態によれば、交流出力電圧信号の周波数は、風力タービンの電力コントローラの出力から導出され、もしくは間接的に求められる。これによれば、電力誤差信号が周波数に変換され、これは電力（制御）誤差信号に対する同期整合の通常のリアクションであると理解することができる。交流出力電圧を（そのまま）測定して交流出力電圧信号を求めるのとは対照的に、電力誤差信号を使用することによって、個々の動作制御に遅延が含まれるようになる、という利点をもたらすことができる。このような遅延の結果、典型的には、パフォーマンス全体が低下し、場合によっては安定の問題が発生する場合もある。
【００２２】
本明細書の文脈において、機械的な駆動トレインという用語は、発電機のロータを機械的に駆動するために設けられた、風力タービンのすべての機械的なコンポーネントに対して用いられる。特に駆動トレインには、ハブに取り付けられた好ましくは３つのロータブレードを有する風車ロータと、ハブを直接的またはたとえばギアボックスを介して間接的な手法で発電機のロータに接続する回転可能な駆動軸と、を含めることができる。
【００２３】
本発明の１つの実施形態によれば、電力変換器を電力系統と接続する送電系統の１つのノードにおいて周波数が求められ、この場合、送電系統は、高電圧直流（ＨＶＤＣ, High Voltage Direct Current）送電線から成る。
【００２４】
高電圧直流送電が用いられている場合、（監視している）周波数に応じた既述の電力バランス制御が特に有利である。なぜならば、本明細書の導入部ですでに述べたように、送電系統の高電圧直流部分は、著しく弱い電力受容体を成すにすぎないからであり、これは電力系統に電力を送るために必要な逆起電力をごく僅かしか供給しない（ダイオード整流器の場合、供給される逆起電力は実質的にゼロである）。したがって既述のように、風力タービンの系統側（直流／交流）ブリッジによって、必要な逆起電力を発生させなければならない。既述の方法によれば、必要な逆起電力が供給されるように、風力タービン特に電力変換器の（直流／交流系統側ブリッジの）動作を、簡単にかつ信頼性を伴って制御できるようになる。
【００２５】
これに関連して述べておくと、一般的に電力系統は交流電力系統である。当然ながらこのことが意味するのは、交流電力系統に割り当てられた高電圧直流送電線の終端に、直流／交流電力変換器を設置する必要がある、ということであり、この変換器は周知のように、高電圧直流送電線を介して搬送された大電力直流信号を、周波数と位相が交流電力系統の交流信号に整合された大電力交流信号に変換する。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、高電圧直流送電系統は整流器を含む。交流／直流変換器も基本的には使用することができ、これには一般に６つの電力用半導体スイッチが含まれているが、このような交流／直流変換器に比べて、整流器はかなりシンプルな電力デバイスであり、これには受動素子すなわち大電力用ダイオードしか含まれていない。すでに述べたように、整流器を使用することによって、カプセル化されたデバイス内においてシンプルかつロバストな手法で、交流／直流変換を達成できる、という利点が得られる。この場合、電力損失は比較的小さく、整流器の動作のために比較的僅かなメンテナンスコストしか必要とされない。
【００２７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、高電圧直流送電系統は補助送電線を含み、この補助送電線は、高電圧直流送電線に対し電気的に並列に配置されており、電力系統を送電系統のノードと接続する。
【００２８】
補助送電線と既述のノードとの間の接続を、ダイレクトな接続としてもよいし、あるいは別の選択肢として、送電系統の１つまたは複数の他のデバイスを介した、間接的な接続としてもよい。補助送電線を、特に補助交流送電線とすることができる。
【００２９】
大電流もしくは大電力を搬送する能力に関して、補助送電線は直流送電線よりもかなり弱いものでかまわない。特に、補助送電線をいわゆるアンビリカル交流ケーブルとして使用することができ、これは以下の２つの目的のためにのみ使用するだけでよい。すなわち、
１）たとえば無風の期間またはほとんど風がない期間の後など、風力タービンの少なくとも一部を信頼性を伴ってスタートアップできるようにするには、ウィンドパークの発電が不十分である場合には、交流電力系統から少なくとも一部の風力タービンへ、交流電力を搬送しなければならない。
２）交流電力系統と送電系統の既述のノードとの間の小電力の交流接続を、
ａ）一般に周波数および位相に対する基準として、他の送電系統または他のウィンドパークのためにも用いられる電力系統の交流信号と、
ｂ）送電系統のウィンドパーク側に生じている交流信号と
の間の位相角を測定するために、用いることができる。
【００３０】
本発明のさらに別の実施形態によれば、変更された電力基準信号に基づき風力タービンの運転を制御するステップには、ａ）電力変換器の動作を制御するステップ、特にこの電力変換器の直流／交流系統側ブリッジの動作を制御するステップ、および／または、ｂ）風力タービンの風車ロータにおけるブレードのピッチ角を制御するステップが含まれる。これにより、電力基準信号が変更された結果として、簡単にかつ信頼性のある手法で、発電も相応に変化する、という利点をもたらすことができる。
【００３１】
電力変換器の動作を制御するために、電力基準信号を変換器コントローラに供給することができ、この変換器コントローラは周知のように、個々の電力用半導体スイッチに対し適切なパルス幅変調（ＰＷＭ）を行うことによって、特に直流／交流ブリッジの動作を制御する。
【００３２】
少なくとも１つのブレードのピッチ角を制御または調節するために、電力基準信号を風力タービンコントローラへ供給することができ、この風力タービンコントローラは周知のように、目下の発電が電力基準信号により指示される要求された発電に、少なくとも部分的に相応するように、ピッチ角を調節することができる。換言すれば、ピッチ角を制御することにより、電力に変換される機械的な風力全体またはその一部を、簡単かつ効果的な手法で調節することができる。
【００３３】
本発明のさらに別の実施形態によれば、求められた周波数の変更は、求められた周波数の値の増加である。さらに所定の閾値は、求められた周波数に対して予め定められた上限値である。
【００３４】
これについて説明しておくと、電力基準信号の変化、特に電力基準信号の低減が行われることになるのは、求められた周波数が予め定められた上限値に達したか、この上限値と交差したときである。
【００３５】
この点に関して述べておくと、電力変換器の直流／交流系統側ブリッジにより供給される交流出力電圧信号の周波数を高めることによって、交流電力系統に向かう送電が阻止されること、または少なくとも著しく低減または削減されること、を指示することができる。このような状況において極めて重要であるのは、特に風力タービンにおける損傷を回避する目的で、発電を著しく迅速に低減することである。既述の方法についてここで挙げた利点から考えれば、つまり複数の風力タービンを含む１つのウィンドパーク内において、各風力タービンを独立して制御することができる、という点からすれば、発電全体の著しく迅速な低減を達成することができる。上位のＨＰＰＰコントローラを用いたウィンドパークのコーディネートされた制御に比べて、既述の方法により実行される発電の低減にかかる応答時間は著しく短い。したがって既述の方法によれば、ウィンドパークと送電系統全体を含む大きな発電所の運転の信頼性を高めることができる。
【００３６】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ａ）求められた周波数の変更は、求められた周波数の値の変化の絶対値であり、ｂ）所定の閾値は、変化の絶対値に対し予め定められた閾値である。
【００３７】
これについて説明しておくと、変化の絶対値によって、ウィンドパークにより発電される電力と交流電力系統へ送電される電力との電力バランスを表す中心周波数から出発して、この周波数に対する２つの閾値が規定される。このことが意味するのは、求められた周波数が上方の閾値に達したかまたはこの閾値を超えたとき、および求められた周波数が下方の閾値に達したかまたはこの閾値を下回ったとき、電力基準信号を変化させる、ということである。特に、既述のように、求められた周波数が上方の閾値に達するかまたはこの閾値を超えたならば、電力基準信号を低下させ、同様に、求められた周波数が下方の閾値に達したかまたはこの閾値を下回ったならば、電力基準信号を上昇させる。これら両方の措置はともに、発電される電力と送電系統を介して電力系統へ送電される電力との（電力）バランスを達成することに寄与する。
【００３８】
換言すれば、上方の閾値または下方の閾値を超えた周波数の変化によって、（交流出力電圧信号の）求められた周波数の変更を生じさせることができる。この場合、上方の閾値によって正の最大周波数変化が規定され、下方の閾値によって負の最大周波数変化が規定される。
【００３９】
求められた周波数に対して閾値を規定することによって、風力タービンの運転制御を著しくシンプルな手法で実現できる、という利点をもたらすことができる。その結果、電力バランスも維持することができる。
【００４０】
本発明のさらに別の実施形態によれば、電力基準信号は所定の許容周波数範囲内で一定に保持される。
【００４１】
換言すれば、求められた周波数の所定の許容周波数範囲に対応する所定の電力アンバランスは、電力基準信号を変化させることなく受け入れられることになる。これによって、風力タービンの運転制御が著しくシンプルになり、その結果、極めて信頼性の高いものにもなる、という利点をもたらすことができる。
【００４２】
許容周波数範囲を、一例として上方の周波数閾値と下方の周波数閾値とにより規定することができる。
【００４３】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ａ）求められた周波数の変更は、求められた周波数の時間に関する微分であり、ｂ）所定の閾値の条件は、求められた周波数の時間に関する微分の値に対する上限値を含む。これによれば、求められた周波数変化速度に応じて、電力基準信号の適切な変化を適切な時点に達成できる、という利点をもたらすことができる。特に、著しく強いおよび／または急速な周波数変化が生じたならば、風力タービンの既述の運転制御によって短期間のうちにリアクションを行うことができる。このことは、既述の電力バランスの極めて高度な安定性に寄与し得るものである。
【００４４】
この点に関して述べておくと、当業者には自明のとおり、電力変換器により供給される交流出力電圧信号の周波数の時間に対する微分を計算するためには、少なくとも２つの異なる時点で周波数を求める必要がある。つまりこのことが意味するのは、電力変換器により供給される交流出力電圧信号のさらに別の周波数を求めるさらに別のステップを実施する必要がある、ということであり、その際、最初に挙げた周波数とさらに別の周波数とは、それぞれ異なる時点で求められる。
【００４５】
これについて説明しておくと、絶対値の求められた周波数の導関数に基づき、または、ｉ）求められた周波数の導関数と、ｉｉ）求められた周波数そのものの両方に基づき、予め定められた制御手順シーケンスを開始することができる。このようなシーケンスをたとえば、
ａ）有効電力制限を所定の設定期間にわたりプリセット値まで低減することにより、および、
ｂ）風力タービンが通常の発電レベルに達するまで、有効電力を所定の設定傾斜率で上昇させて戻すことにより、
動作させることができる。
【００４６】
本発明のさらに別の実施形態によれば、風力タービンのための電力基準信号は、予め定められた範囲内に制限される。
【００４７】
換言すれば、周波数変更の大きさには関係なく、電力基準信号（の大きさ）に対する許容範囲が制限される。
【００４８】
これについて説明しておくと、この実施形態によれば、電力基準信号（の大きさ）は、規定の範囲の上限にクランプされるか（強い周波数低下が発生した場合）、または規定の範囲の下限にクランプされる（強い周波数増加が発生した場合）。このようなクランピングによって、風力タービンの運転制御がさらにシンプルになり、かつ信頼性の高いものになる、という利点をもたらすことができる。特に、電力基準信号の制限またはクランピングにより、測定エラーによっても制御不可能な運転状況が引き起こされないようにすることができる。
【００４９】
ここで述べておくと、電力基準信号の制限またはクランピングによって本質的に、重大な有効電力アンバランスがシステム内に発生していないときには、通常の手法で（すなわち風力タービンにおける風車ロータの目下の回転速度と、風車ロータのブレードの目下のピッチ角とにより規定される調達可能な有効電力発電に基づき）、風力タービンの電力基準を制御できるようになり、したがって制御が簡素化されるようになる。
【００５０】
本発明のさらに別の実施形態によれば、電力基準信号のために予め定められた範囲内で、電力基準信号の変化は、ｉ）求められた周波数と、ｉｉ）所望の周波数との差に比例し、この所望の周波数は、風力タービンにより発電された電力と、送電系統を介して電力系統へ供給される電力との間で電力バランスを有する運転状態に対応する。このことによって、風力タービンの既述の運転制御が、著しく感度の高いものになる一方、極めてシンプルになる、という利点をもたらすことができる。
【００５１】
本発明のさらに別の観点によれば、ウィンドパークにおける複数の風力タービンの発電全体を制御する方法が提供される。これによれば、各風力タービンには、ｉ）機械的な駆動トレインと、ｉｉ）この駆動トレインと機械的に接続された発電機と、ｉｉｉ）この発電機と電気的に接続された電力変換器とが含まれている。さらにこの場合、ウィンドパークを電力系統と接続する送電系統の１つの共通のノードに、複数の電力変換器が電気的に接続されている。ここで提供される方法にはさらに、風力タービンの少なくとも一部の運転を、好ましくはすべての風力タービンの運転を、上述の方法をそれぞれ実施することにより制御するステップが含まれている。この場合、交流出力電圧信号の周波数は、共通のノードにおいて求められる。
【００５２】
本発明のこの観点が基礎とする着想は、各風力タービンを独立したまたは個別の発電装置として扱ったとしても、ウィンドパーク全体のコーディネートされた制御を効率的かつ自動的に実現できる、というものである。特に、風力タービンの運転を制御する上述の方法を実施する際に、各風力タービン（コントローラ）は、すべての風力タービンに共通する課題に関してそれぞれが役割を担うかたちで動作し、すなわち電力系統への送電を最適化するように動作する。この点に関して本発明の発明者が見出したのは、ウィンドパーク全体により発電される電力総量と、電力系統が受け取る電力総量との電力バランスもしくは電力アンバランスを表す周波数を、共通のノードで監視すれば、上述の課題が簡単かつ効果的な手法でシンプルに解決される、ということである。本発明によれば、電力基準信号（のレベル）は、求められたもしくは監視された目下の周波数に基づき調節される。
【００５３】
送電系統が高電圧直流送電系統である場合には、複数の風力タービンによる発電全体を制御する既述の方法も、特に強みとすることができる。複数の風力タービンにより供給される交流電力を、高電圧直流送電系統の高電圧直流送電線へ供給される直流電力に変換するための整流器を、高電圧直流送電系統が含むならば、このような強みはいっそう重要なものにさえなる。
【００５４】
上述の共通のノードを、一例としてウィンドパークおよび／または送電系統のバスバーによって規定することができる。この場合、複数の風力タービンの電力変換器を、バスバーワイヤの適切な交流送電ケーブルにダイレクトに接続してもよい。別の選択肢として、複数の風力タービンの電力変換器を間接的に、たとえば１つまたは複数の電力トランスを介して、バスバーと接続してもよい。少なくとも１つの電力トランスを特に、個々の交流電力の電圧を上昇させ（さらに電流を発生する）いわゆる昇圧トランスとすることができる。
【００５５】
本発明のさらに別の観点によれば、以下のような風力タービンが提供される。すなわちこの風力タービンは、
ａ）少なくとも２つのロータブレードを備えた風車ロータを含む機械的な駆動トレインと、
ｂ）この駆動トレインと機械的に接続された発電機と、
ｃ）この発電機と電気的に接続された電力変換器と、
ｄ）ロータブレードのピッチ角を調節するロータブレード調節システムと、
ｅ）電力変換器とロータブレード調節システムのうち少なくとも一方の動作を制御する風力タービンコントローラと
を含む。この場合、電力変換器は、ｃ１）発電機により供給される交流電力を整流する交流／直流発電機側ブリッジと、ｃ２）整流された交流電力を受け取る直流リンクと、ｃ３）この直流リンクの直流電力を交流出力電力に変換する直流／交流系統側ブリッジとを含む。風力タービンコントローラは、風力タービンの運転を制御する上述の方法を実施するように構成されている。
【００５６】
同様に本発明のこの観点が基礎とする着想は、風力タービンを電力系統と接続する送電系統内の所定のポイントにおける電力アンバランスによって、周波数の変動が引き起こされる、というものである。既述の周波数が所定の範囲まで、または所定の範囲で変化したことが識別されたならば、風力タービンコントローラのための電力基準信号を変更することによって、電力アンバランスを少なくとも部分的に低減することができる。
【００５７】
本明細書で用いられる用語において、風力タービンコントローラは、ロータブレード調節システムと電力変換器（特に電力変換器の直流／交流系統側ブリッジ）の双方を制御する役割を担うことができる。この点に関して述べておくと、風力タービンコントローラを、単一の計算装置としてもよいし、あるいは別の選択肢として、異なる２つの計算装置によって実現してもよく、その場合、一方の計算装置は、ロータブレード調節システムの動作を制御する役割を担い、他方の計算装置は、電力変換器もしくは直流／交流系統側ブリッジの動作を制御する役割を担う。
【００５８】
ここで述べておくと、これまで本発明の実施形態を、それぞれ異なる主題を参照しながら説明してきた。特に、いくつかの実施形態については、方法の形式の請求項を参照しながら説明したのに対し、他の実施形態については、装置の形式の請求項を参照しながら説明した。ただし、当業者であれば上述の説明および以下の説明から読み取れるように、特段の記載がないかぎり、１つの形式の主題に属する複数の特徴の任意の組み合わせに加え、それぞれ異なる主題に関連する複数の特徴の任意の組み合わせ、特に方法の形式の請求項の特徴と装置の形式の請求項の特徴との任意の組み合わせも、本明細書に開示されているものとみなされる。
【００５９】
本発明の上述の観点およびさらに別の観点は、以下で説明する実施例から明らかにされ、それらについて実施例を参照しながら説明する。次に、実施例を参照しながら本発明についていっそう詳しく説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の１つの実施形態による複数の風力タービンを備えたウィンドパークを含む発電および送電システムを示す図
【図２】図１に示したウィンドパークの風力タービンを示す図
【図３】図１に示した高電圧直流送電系統の整流器を示す図
【図４】周波数偏移に依存する電力基準信号を、本発明の１つの実施形態に従い制限する様子について示すグラフ
【図５】周波数偏移に依存して変更された電力基準信号を、本発明のさらに別の実施形態に従い制限する様子について示すグラフ
【００６１】
詳細な説明
図面に描かれた例示は概略的なものである。なお、ここで述べておくと、種々の図中、同様のまたは同一の要素または特徴には、同じ参照符号が付されているか、または最初の数字だけが対応する参照符号とは異なる参照符号が付されている。以前に説明した実施形態に関して説明済みの要素または特徴については、不必要な繰り返しを避けるため、以降の記載個所では再び説明しない。
【００６２】
図１には、複数の風力タービン１２０を備えたウィンドパーク１１０を含む発電および送電システム１００が示されている。ここで述べる実施形態ではオフショアに配置されているウィンドパーク１１０により発生された電気エネルギーは、交流系統１６０と高電圧直流送電系統１７０とを介して、オンショアに配置された電力系統１９５へ送電される。
【００６３】
風力タービン１２０はグループで配置されており、各グループには１つのバスバー１１２が割り当てられている。ウィンドパーク１１０を例示した図の左側に矢印で示されているように、１つのバスバー１１２に接続される風力タービン１２０の個数は制限されていない。各バスバー１１２は、回路遮断器１１４を介して交流系統１６０と接続されており、これについてはあとで詳しく説明する。
【００６４】
ウィンドパーク１１０は、中央集中型のウィンドパークコントローラ（ＷＰＣ）１１８を有しており、これは制御ラインを介して、風力タービン１２０の各々１つと通信可能に接続されている。図１の場合、それらの制御ラインは、ウィンドパーク１１０内において破線で表されている。図１を不明確にしないようにする目的で、ウィンドパークコントローラ１１８と、最上段の分岐に属していない風力タービン１２０とを結ぶ破線は、途切れたかたちで示されている。途切れた部分の個々の終端点は、黒丸で表されている。なお、制御ラインもしくはそれらの制御ラインを介した相応のデータ転送は、有線のデータコネクションによって、またはワイヤレスのデータコネクションによって、実現することができる。
【００６５】
ウィンドパークコントローラ１１８は、ハイパフォーマンス・パーク・パイロット（High Performance Park Pilot, HPPP）・コントローラと呼ばれることもあり、このコントローラは、（図１には示されていない）個々の風力タービンコントローラすべての上位に位置するコントローラとして動作する。ウィンドパークコントローラ１１８は、個々の風力タービンコントローラを管理することによって、個々の風力タービン１２０の運転をコーディネートされたかたちで制御することができる。さらに、個々の風力タービン１２０への制御ラインを介して、ウィンドパークコントローラ１１８は、個々の風力タービン１２０に関する運転情報を収集することができ、適切な制御信号をそれぞれ固有の風力タービンコントローラへ伝送することができる。
【００６６】
次に、図２を参照しながら、１つの風力タービン１２０の実現可能な構造設計について説明する。
【００６７】
風力タービン１２０は、駆動軸２２８に取り付けられた風車ロータ２２２を有している。風車ロータ２２２は図示されていないハブを有しており、このハブのところに所定数のロータブレード、好ましくは３つのロータブレード２２４が取り付けられている。各ロータブレード２２４は、個々のロータブレード２２４のピッチ角を調節する目的で、その長手軸を中心にロータブレード調節システム２２６によって回転させることができる。風力タービンの基本原理によれば、ピッチ角は、全体として得られる風力から抽出される機械的なパワーに対する重要なパラメータである。
【００６８】
風力タービン１２０はさらに発電機２３０を含み、この発電機２３０は、駆動軸２２８によって駆動される発電機ロータ２３２を備えている。これに関連して述べておくと、ここに図示されている風力タービン１２０は、いわゆるダイレクトドライブ風力タービン１２０であり、風車ロータ２２２と発電機２３０との間に、発電機ロータ２３２と機械的に接続された別の駆動軸の回転速度を高めるために利用可能なギアボックスは、接続されていない。もちろん、ギアボックスを備えたコンフィギュレーションを有する風力タービンを使用してもよい。
【００６９】
発電機２３０は、巻線システムを備えたステータ２３４を有しており、このステータ２３４によって電力一般には三相電力が発生する。ステータ２３４の後段には、電力変換器２４０が接続されている。電力変換器２４０は、発電機側（交流／直流）ブリッジ２４２を有しており、これは通常運転中は、直流（ＤＣ）リンク２４４に電力を供給する能動的な整流器として動作する。電力変換器２４０はさらに、系統側ブリッジ２４６を有しており、これは直流リンク２４４の直流電力を交流電力に変換する。ここに示す実施形態によれば、この交流電力は三相電流から成り、昇圧トランス２４８へ供給される。昇圧トランス２４８の出力は、図１に示した個々のバスバー１１２にセットされる。
【００７０】
風力タービン１２０は、風力タービンコントローラ２５０を有しており、このコントローラによって制御される。ここで説明する実施形態によれば、風力タービンコントローラ２５０は、２つのコントローラ部分すなわち変換器コントローラ２５２とピッチコントローラ２５４とを有している。図２に破線で示されているように、変換器コントローラ２５２は、電力変換器２４０の（半導体スイッチの）動作を制御する。ピッチコントローラ２５４は、ピッチ調節システム２２６の動作を制御し、このピッチ調節システム２２６は、風力タービン１２０の実際の運転状態に応じて、各ロータブレード２２４のブレードピッチ角を設定する役割を担っている。
【００７１】
図１に戻ると、交流系統１６０は、バスバー１６１と電力スイッチ１６２とスイッチ１６３とを有している。バスバー１６１のところで、バスバー１１２により収集された電力がまとめられる。電力スイッチ１６２が閉じられていると、交流系統１６０は、以下で詳しく説明する高電圧直流送電系統１７０に接続される。
【００７２】
ここで説明する実施形態によれば、発電および送電システム１００は、補助送電系統１６４を有している。この系統１６４は、補助送電線またはアンビリカル交流ケーブル１６５を有しており、これによって、電力系統１９５とウィンドパーク１１０との交流電力接続を、必要に応じて確立することができる。すでに述べたように、アンビリカル交流ケーブル１６５を介した送電は、ウィンドパーク１１０の少なくともいくつかの風力タービン１２０のスタートアップフェーズのために、信頼性のあるスタートアップ手順を可能にするには他の風力タービン１２０の発電が不十分である場合に、必要とされる可能性がある。
【００７３】
図１に示されているように、補助送電系統１６４は、トランス１６７と電力スイッチ１６８とを備えており、このスイッチ１６８をスイッチ１６３と共に、補助送電系統１６４をアクティブもしくは非アクティブにするために用いることができる。
【００７４】
さらに図１からわかるように、交流補助送電系統１６４は、特に電力系統１９５からウィンドパーク１１０へ送られる電力を測定する電力測定装置１６６を備えている。図１に示されているように、電力測定装置１６６をアンビリカル交流ケーブル１６５と接続する２つのラインを用いて、電圧測定と電流測定を行うことにより、それ相応の電力測定が公知の手法で実施される。電力測定値はウィンドパークコントローラ１１８へ転送され、ウィンドパークコントローラ１１８は、複数の風力タービン１２０の運転をコーディネートする際に、アンビリカル交流ケーブル１６５を介して送られる電力の実際のレベルを考慮する。
【００７５】
高電圧直流送電系統１７０は、複数の（本発明による図示の実施形態では３つの）ダイオード整流器電力用モジュール１７２を有しており、これらのモジュール１７２には各々、三相整流器１８０と個々の三相トランス１７４とが含まれている。ダイオード整流器電力用モジュール１７２は、供給された交流電力を直流電力に変換するために用いられる。これらのダイオード整流器電力用モジュール１７２は、上方のダイオード整流器電力用モジュール１７２における三相整流器１８０の１つの出力端子と、下方のダイオード整流器電力用モジュール１７２における三相整流器１８０の１つの出力端子との間で、電圧Ｕｄｃを有する直流電力が生じるように、接続されている。
【００７６】
すでに述べたように、ここで述べる実施形態によれば、ウィンドパーク１１０はオフショアに配置されている。同じことは、ダイオード整流器電力用モジュール１７２および電力スイッチ１６２，１６３についてもあてはまる。発電された電力をオフショアからオンショアに送電するために、高電圧直流送電ケーブル１７５が用いられる。オンショアにおいて高電圧直流送電系統１７０は、オンショア直流／交流変換器１７６およびトランス１７８を有しており、このトランス１７８は（電力スイッチ１７９が閉じられているときに）、結果として生じた交流電力を適切な位相および適切な振幅で、電力系統１９５へ供給する。
【００７７】
図３には、整流器１８０の詳細が示されている。一般に６つの制御可能な大電力用半導体スイッチを備えている交流／直流電力変換器とは対照的に、整流器１８０は、受動的な電力コンポーネントである電力用ダイオード３８２を備えているだけである。図３からわかるように、整流器１８０は３つのブリッジを有しており、これらのブリッジ各々は２つの出力端子間に延在している。これら２つの出力端子の間に、出力電圧ＵＤＣが生じる。各ブリッジはそれぞれ、２つの電力用ダイオード３８２の直列接続を含んでいる。各ブリッジの２つの電力用ダイオード３８２間の図示されていない中間ノードのところに、整流器１８０に供給される三相交流電力の１つの相が加わる。
【００７８】
以下では、本明細書で説明する運転制御方法を理解するために、いくつかの情報を挙げることにする。この場合、たとえば図１に示したバスバー１１２またはバスバー１６１のところに発生するウィンドパークの交流電力出力の、求められたまたは測定された周波数に応じて、受け取る電力と送電する電力との電力バランスが少なくともほぼ達成されるように、風力タービン１２０に対する電力基準信号が調節される。
【００７９】
慣用の高電圧交流送電系統においては、基本交流周波数は、同期発電機およびそれらのガバナの電気機械的特性ゆえに、発電と負荷とを内在的にバランス調整するものである。
【００８０】
ここで説明する運転制御方法の場合、発電される有効電力がオフショア交流系統から取り去られる有効電力よりも大きければ、オフショア交流系統内の基本周波数が上昇し、また、この逆も成り立つように、各風力タービンの電力変換器は同様の特性を有している。
【００８１】
発電および送電システム全体の通常の定常状態運転中、風力タービンの運転制御は、オフショア交流系統における有効電力の発生と、オンショア系統により取り去られる有効電力消費とを効率的にバランス調整する目的で、陸地に向かう有効電力潮流を変化させるように動作するよう、設計されている。このことは、低速の周波数コントローラであることと合わせて、陸地に向かう電力潮流が制限されていないとしたならば、周波数が設定された基準周波数になる、または少なくともこの基準周波数に近づく、ということを意味する。
【００８２】
有効電力送電が、たとえば高電圧直流送電系統の故障により制限されている場合またはそれどころか阻止されている場合、風力タービンは、オフショア交流系統において利用可能な有効電力をもはやバランス調整することができず、求められたまたは測定された周波数が変化することになる。特に、たとえばオンショアの「低電圧運転継続」（ＬＶＲＴ）
のイベント発生に起因する最大電力制限によって、周波数が上昇することになる。同様に、たとえばウィンドパークの洋上孤立運転のための最小電力制限によって、周波数が低下することになる。
【００８３】
本明細書によれば、この問題に対する解決手段が提案され、これによれば各風力タービン内の有効電力基準に対し、有効電力制限が課される。すなわちこの場合、１）求められたまたは測定された周波数が上昇した場合には、最大値制限が適用され、２）この周波数が低下した場合には、最小値制限が適用される。自明であるが、最大電力制限によって有効電力の発生が、利用可能な風力により可能であるものよりも小さく制限されることになり、最小電力制限によって、個々の風力タービンの風車ロータの速度が低下することになる。最後には、個々の風力タービンが個々のバスバーから切り離されることすらある。
【００８４】
図４には、このような制限について１つの例が示されている。この図によれば、
・Ｐは、（実際の風力条件に応じて）利用可能な有効電力に対し相対的な個々の風力タービンの電力基準信号の値である。
・Δｆは、個々の風力タービン内の周波数基準に対し相対的な周波数の変化である。
・Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、ルックアップテーブルに収められた電力基準設定値である。
・ｆ−３，ｆ−２，ｆ−１は、最小有効電力基準を規定するルックアップテーブル内のデルタ周波数設定値であり、ｆ＋１，ｆ＋２，ｆ＋３は、最大有効電力基準を規定するルックアップテーブル内のデルタ周波数設定値である。
【００８５】
図５には、既述の制限についてさらに別の例が示されている。この図によれば、
・ΔＰは、（実際の風力条件に応じて）利用可能な有効電力に対し相対的な個々の風力タービンに関する電力基準信号の変化の値である。
・Δｆは、個々の風力タービン内の周波数基準に対し相対的な周波数の変化である。
・ΔＰ１およびΔＰ２は、ルックアップテーブルに収められたデルタ電力基準設定値である。
・ｆ−２およびｆ−１は、最小有効電力基準を規定するルックアップテーブル内のデルタ周波数設定値であり、ｆ＋１およびｆ＋２は、最大有効電力基準を規定するルックアップテーブル内のデルタ周波数設定値である。
【００８６】
ここで述べておくと、図４および図５の場合、デルタ制限として制限が定められており、つまり利用可能な有効電力に対し相対的な電力偏移、および設定周波数基準に対し相対的な周波数偏移として定められている。ただし、絶対値または相対値と絶対値の組み合わせを使用してもよい。
【００８７】
次に、風力タービンの運転を制御するためのさらに別のアプローチを呈示する。このアプローチは、求められたまたは測定された周波数の時間微分に拠るものである。このアプローチによれば、電力潮流の崩壊を引き起こす高電圧直流送電系統および／または電力系統の故障を、高速でありかつ信頼性のある手法で検出することができる。
【００８８】
風力タービンの運転条件の通常範囲内では、電力潮流の変化率は、内部の風力タービンコントローラへ供給される電力基準（信号）に対する傾斜率によって、一般にたとえば毎秒２０％までに制限されている。電力変化率に対する上限は、故障後電力回復傾斜率として規定することができ、たとえば毎秒２００％とすることができる。オンショア電力系統故障が発生した場合、高電圧直流送電系統を介した電力潮流が妨害されて、高電圧直流送電系統の直流リンク電圧が上昇する。これによって、オフショア系統から高電圧直流送電系統へ向かう電力潮流を過渡的に低減させる作用が及ぼされることになる。その結果、各風力タービンは、その局所的電力基準を満たそうとして、自身の周波数を上昇させることで応答する。この場合、ウィンドパークのすべての風力タービンがこのことを同時に行うことになるため、オフショア周波数が著しく急速に上昇し、通常の運転範囲内で予期されるオフショア周波数の変化率よりも著しく速く上昇する。
【００８９】
同様の状況は、オフショアの故障が発生したときにも引き起こされる。つまりこの場合、高電圧直流送電系統に向かう電力潮流が低減され、すべての風力タービンがこのことを補償しようとして、自身の周波数を上昇させようと試み、その結果、時間の経過につれて重大な周波数変化（ｄｆ／ｄｔ）が引き起こされる。
【００９０】
本明細書で説明している運転制御方法によれば、この問題も少なくとも軽減することができ、これは各風力タービンごとに、電力バランスの重大な妨害が発生したことを自律的に検出可能なメカニズムとして、予め定められた閾値を超えたｄｆ／ｄｔ値を用いることによって可能となる。個々の風力タービンそれぞれにおいて結果として生じる制御アクションによれば、内部的な電力基準信号のレベルが低減され、風力タービンの運転がそれに応じて制御されることになる。このような状況において、ｄｆ／ｄｔの値が（電力系統）故障検出メカニズムとして用いられる。
【００９１】
同様に、通常運転範囲外で電力潮流の重大な妨害が発生している間、１つの風力タービン内の電力誤差は、ｄｆ／ｄｔ検出メカニズムと同様の特性を示すものとなる。したがって電力誤差を、オフショア系統内における電力アンバランスの同様の指標とすることができ、（電力系統）故障を同様に自律的に検出できるようにする目的で、風力タービンのために利用することができる。この電力誤差にも、閾値と持続時間特性とをもたせることができ、これらが電力誤差に適用され、耐ノイズ性を高めて（電力系統）故障を検出する目的で、たとえばトランスのスイッチング、フィルタの通電などに付随するオフショア妨害が阻止される。
【００９２】
なお、ここで言及しておくと、「〜を有する」という表記は、それ以外の要素またはステップを除外するものではなく、また「１つの」という冠詞を使用しても、複数設けられることを除外するものではない。それぞれ異なる実施形態に関して説明した要素を組み合わせてもよい。さらに、特許請求の範囲に記載した参照符号は、各請求項の権利範囲の限定を意図したものではない。
【図１】
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【図２】
0006316345.tif 000003
【図３】
0006316345.tif 000004
【図４】
0006316345.tif 000005
【図５】
0006316345.tif 000006