(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの風力タービンによってネットワーク接続点において電力を電気供給ネットワークに供給する方法であって、少なくとも１つの風力タービンが、ロータブレードを有する空力ロータを備えており、ロータが、慣性モーメントを有し、可変ロータ速度で動作することができ、少なくとも１つの風力タービンが、発電機電力を生成する発電機を備えており、複数のエネルギ発生機が電力を電気供給ネットワークに供給し、複数の電力消費装置が電気供給ネットワークから電力を取り込み、その結果、電気供給ネットワーク内において供給される電力と取り込まれる電力との間に電力バランスが生成され、電力が取り込まれるよりも多く供給される場合には電力バランスが正であり、この方法が、利用可能な風力に応じて基礎電力を供給するステップと、追加的に供給すべき補助電力を指定するステップと、電気供給ネットワークを補助するために追加的に供給すべき指定された補助電力を追加的に供給するステップと、を備えており、供給すべき補助電力用に利用可能な補助エネルギ量が特定され、追加的に供給すべき補助電力の指定が、特定された利用可能な補助エネルギ量に応じて行われる、方法に関する。【選択図】  図２
2020513717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの風力発電設備によってグリッド接続点において電力を電気供給グリッドに供給する方法であって、
前記少なくとも１つの風力発電設備が、ロータブレードを有する空力ロータを備えており、前記ロータは、慣性モーメントを有し、可変ロータ速度で動作することができ、
前記少なくとも１つの風力発電設備が、発電機電力を生成する発電機を備えており、
前記電気供給グリッドに対して、複数のエネルギ発生機が電力を供給し、
前記電気供給グリッドから、複数の電力消費装置が電力を取り込み、その結果、前記電気供給グリッド内において前記供給される電力と前記取り込まれる電力との間に電力バランスが生成され、電力が取り込まれるよりも多く供給される場合に前記電力バランスが正であり、
前記方法が、
利用可能な風力に応じて基礎電力を供給するステップと、
追加的に供給すべき補助電力を指定するステップと、
前記電気供給グリッドを補助するために追加的に供給すべき前記指定された補助電力を追加的に供給するステップと、
を備えており、
前記供給すべき補助電力用に利用可能な補助エネルギ量が特定され、
前記追加的に供給すべき補助電力の前記指定が、前記特定された利用可能な補助エネルギ量に応じて行われる、方法。
【請求項２】
前記利用可能な補助エネルギ量が、少なくとも、
前記ロータの慣性モーメント、
前記風力発電設備の現時点における動作点の少なくとも１つの動作パラメータ、及び
許容可能なより低いロータ速度
から特定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
現時点における前記動作点の前記少なくとも１つの動作パラメータが、
現時点におけるロータ速度、
現時点における発電機電力、及び
優勢的な風速、
から成るリストから選択される少なくとも１つのパラメータを含み、
それに加えて、あるいは、その代わりに、
前記許容可能なより低いロータ速度が、現時点における前記動作点に応じて、特に現時点における回転速度に応じて、特定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのインバータが電力の供給用に使用され、前記追加的に供給すべき補助電力が、前記少なくとも１つのインバータの容量利用率に応じて、及び／又は供給される無効電力に応じて、特定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記利用可能な補助エネルギ量を特定するために、前記ロータ速度の低減に起因する電力損失が考慮されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記補助電力を供給するために、前記少なくとも１つの風力発電設備が少なくとも１つの電気貯蔵部に接続されており、
前記利用可能な補助エネルギ量を特定するために、前記ロータの回転エネルギと、各々の場合における前記少なくとも１つの電気貯蔵部の貯蔵量とが考慮され、前記少なくとも１つの電気貯蔵部がバッテリ及び／又は大容量キャパシタを備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
補助電力を供給する際に前記利用可能な補助エネルギ量が更新され、前記更新は、
供給する補助電力に応じて、及び／又は
補助電力の供給に対する反動としての前記風力発電設備の変化の挙動を考慮して、特に前記ロータの回転エネルギの提供に対する反動としての前記ロータ速度の減少を考慮して
行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの風力発電設備が、電力消費量を制御可能に低減できる少なくとも１つの電力消費装置に接続されており、前記利用可能な補助エネルギ量の特定においては、前記少なくとも１つの制御可能に低減できる電力消費装置の電力消費の低減によって利用可能であるエネルギ量が考慮されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記補助電力を指定するために、前記補助エネルギ量に応じた前記補助電力の推移が指定される、特に前記補助エネルギ量に応じた前記補助電力の指定が、時間に応じた推移に合わせて実施されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの風力発電設備が、回転エネルギを提供する際に、最初に改善される動作点で動作すること、特に前記ロータ速度が遠心力エネルギを提供することによって、電力に関して最適なロータ速度にまで一時的に低減されるような高いロータ速度で動作することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記補助電力が、前記電気供給グリッドのグリッド状態に応じて、特に前記電気供給グリッドの電力バランスに応じて、指定されること、
更に、上側電力限度が、前記利用可能な補助エネルギ量に応じて特定されて維持されること、及び
前記利用可能な補助エネルギ量が指定制限値に、特に最小補助エネルギ量に、到達すると直ぐに、前記指定された補助電力が、経時的に低下する推移に合わせて、特に経時的に低下するフランク（ｆｌａｎｋ）に合わせて、低減されること、
を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
グリッド接続点において電力を電気供給グリッドに供給する風力発電設備であって、
ロータブレードを有する空力ロータであり、慣性モーメントを有し、可変ロータ速度で動作することができる前記ロータと、
発電機電力を生成する発電機と、
利用可能な風力に応じた基礎電力の供給を制御する制御部と、
追加的に供給すべき補助電力を指定する指定手段と、
前記電気供給グリッドを補助するための前記指定された補助電力を供給する給電装置と、
前記供給すべき補助電力用の利用可能な補助エネルギ量を特定する算定部と、
を備えており、
前記補助電力が前記特定された補助エネルギ量に応じて指定される、風力発電設備。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている、請求項１２に記載の風力発電設備。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の風力発電設備が使用されている、及び／又は
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法が使用されている、
複数の風力発電設備を備えたウインドファーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気供給グリッドに電力を供給する（ｆｅｅｄ）ための方法に関する。また、本発明は、電気供給グリッドに電力を供給する風力発電設備にも関する。また、本発明は、複数の風力発電設備を備えており、電気供給グリッドに電力を供給するウインドファーム（ｗｉｎｄ  ｆａｒｍ）にも関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備又はウインドファームによる電気供給グリッドへの電力の供給が知られている。一方、風力発電設備又はウインドファームによって、電気供給グリッドを補助する及び／又は改善するのに役立つ、いわゆるシステムサービスを提供することも知られている。
【０００３】
電気供給グリッドを補助するために、供給すべき電力を増大することは、特に問題であり、その理由は、風力発電設備は、通常、現時点で可能な限り大きな電力を風から取得して供給しているからである。この点に関して、回転しているロータのフライホイールの質量から得られる電力を使用することによって、単に短期的な電力の増大を実現するという改良を行うことが提案されている。しかしながら、増大された電力が供給され、回転しているロータから得られる電力がそのために使用される場合、ロータが減速して、従って、対応して増大される供給電力は、ほんの短い期間だけしか供給できない。
【０００４】
従って、これらの提案されている解決手段は電力の短期間の増大をもたらすが、それぞれの風力発電設備についてのそのような短期間の電力の増大の効果は、無視されるか、考慮されないか、あるいは、ごく僅かである。
【０００５】
フライホイールの質量から電力を取り出すことによって、風力発電設備の回転速度が低下する。これは、関係する風力発電設備に影響を及ぼすだけでなく、関係する電気供給グリッドを劣化状態にすることもある。例えば、過度のフライホイールエネルギが取り出されると、風力発電設備は、その動作点を失うことがあり、そして恐らく、最初は、卓越風に基づいて実現可能であろう電力よりも少ない電力しか供給できない動作点で動作し続けなければならない。
【０００６】
更に、そのような補助エネルギの抽出は、関係する風力発電設備又は関連する複数の風力発電設備がその補助エネルギ用の潜在的資源を完全に提供してしまうと、最初は、更なる補助エネルギを取り出すことができないという結果にもなる。その場合、関係する風力発電設備の回転速度は、初めに再び増大されて、恐らく非常に長い時間がかかる過程を経て、再び利用可能なフライホイールエネルギを得る必要がある。
【０００７】
独国特許商標庁は、本出願に関する優先権出願において、次の先行技術文献を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国公開特許（一次公報）１０２０１１ ００６ ６７０ Ａ１
【特許文献２】独国公開特許  （一次公報）１０２０１５ ２０８ ５５４ Ａ１
【特許文献３】国際公開第２０１２／１７１５３２ Ａ２
【特許文献４】欧州登録特許１ ６６５ ４９４ Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、前述の問題のうちの少なくとも１つに対処するという目的に基づいている。特に、短期間の電力増大のために、１つ又は複数の風力発電設備が、同時に安定した動作点を失うことなく、対応する補助電力を提供できるような解決手段を提案することを意図している。特に、１つ又は複数の風力発電設備が不安定になる又は停止さえもする原因となるような補助電力の提供を回避することを意図している。少なくとも、今日までに既知のものと比べて遜色のない代替案を提案することを意図している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従って、請求項１に記載の方法を提案する。この方法は、少なくとも１つの風力発電設備によってグリッド接続点において電力を電気供給グリッドに供給することに関する。従って、風力発電設備は、グリッド接続点において電気供給グリッドに給電する。この方法は、また、複数の風力発電設備、具体的には、特に、ウインドファームの形態に構成されており、共にグリッド接続点において電気供給グリッドに給電する複数の風力発電設備、に関するともいえる。
【００１１】
この少なくとも１つの風力発電設備は、ロータブレードを有する空力ロータを備えており、このロータは、慣性モーメントを有し、可変ロータ速度で動作することができる。そのため、いわゆる可変速風力発電設備を基本としている。この少なくとも１つの風力発電設備は、発電機電力を生成する発電機も備えている。
【００１２】
また、電気供給グリッドに対して、複数のエネルギ発生機が電力を供給することも基本としている。従って、少なくとも１つの風力発電設備だけではなく、少なくとも１つの別のエネルギ発生機、特に複数又は多数のエネルギ発生機が、電気供給グリッドに電力を供給する。また、電気供給グリッドから、複数の電力消費装置が電力を取り込むことも基本としている。これによって、電気供給グリッド内において供給される電力と取り込まれる電力との間に電力バランスが生成される。このバランスは、電力が取り込まれるよりも多く供給される場合には、正と見なされる。理想的には、即ち、取り込まれる電力と正確に同じ量の電力が供給される場合、そのような電力バランスは０である。
【００１３】
従って、この方法について、この少なくとも１つの風力発電設備によって、利用可能な風力に応じて、基礎電力を電気供給グリッドに供給することを提案する。従って、この基礎電力は、風力発電設備が風から直接取り出して電気供給グリッドに供給する電力にの主成分である。この所見は、例えば、風力発電設備の送電要素又は変換要素における線路損失及び／又は熱損失によって引き起こされる電力損失を無視している。従って、説明の目的上、風から得られた電力がこの基礎電力として電気供給グリッドにも供給されると仮定する。
【００１４】
更に、追加的に供給すべき補助電力を指定する。この供給すべき補助電力を、基礎電力に上乗せし、従って、関係する風力発電設備によって現時点で風から得られる電力に上乗せする。
【００１５】
次に、電気供給グリッドを補助するために、この指定した補助電力を、基礎電力に確実に加えられるようにして、追加的に供給する。
【００１６】
従って、この点に関して、供給される補助エネルギについて、利用可能な補助エネルギ量を特定することを提案する。指定されて追加的に供給される補助電力は、風に加えて、エネルギ供給源を必要とする。これは、例えば、空力ロータの回転エネルギであってもよい。例えばバッテリ貯蔵部のようなその他の又は追加のエネルギ供給源も存在し、それを使用してもよい。従って、供給すべき補助エネルギについて、そのような利用可能な補助エネルギ量を特定することを提案する。換言すれば、補助電力に利用可能なエネルギ供給源内に存在するエネルギの量を特定する。ここでは、一時的に利用可能な補助電力ではなく、利用可能な補助エネルギ量を意図的に特定することによって、一時点を超えた考慮を可能にする。
【００１７】
最終的に、特定した利用可能な補助エネルギ量に応じて補助電力を指定する。従って、補助電力は、単に、現時点での電気供給グリッドの補助電力に対する需要だけではなく、また、この追加の補助電力を供給するための技術的な周辺条件（例えば電流制限）だけではなく、むしろ、利用可能な補助エネルギ量も慎重に考慮に入れる。
【００１８】
従って、特に、基礎電力に加えて、どの程度の大きさの補助電力をどの程度の期間に亘って供給できるかも計画することができる。換言すれば、追加のエネルギ供給源内におけるエネルギの準備量を十分に考察することを提案する。また、この提案によって、利用可能な補助エネルギ量が突然使い果たされ、従って、それに対応するエネルギ供給源が枯渇して、その時、補助電力を突然止める必要があるという状況を回避することも可能になる。また、これによって、一時的な補助需要と短期間必要とされる補助需要との間で評価を行うことも可能になる。また、供給すべき補助電力についての経時的な推移を計画することも可能になる。この場合、そのような計画は、秒単位の範囲内、特に５〜３０秒の範囲内の期間に関係している。
【００１９】
少なくとも１つのインバータが電力の供給用に使用されることが望ましい。広く一般的な任意の実施形態についても同様に提案する。追加的に供給すべき補助電力を、この少なくとも１つのインバータの容量利用率に応じて特定することが望ましい。原則として、供給すべき補助電力は、電力バランスに応じて特定され、特に、電気供給グリッドの周波数に応じて特定されて、電力バランスの良好な指標となり得る。この目的のために、この少なくとも１つのインバータの容量利用率を考慮することを更に提案する。これは、特に、補助電力の追加的な供給の実現可能性がここで考慮されることを意味している。それに加えて又はその代わりに、供給される無効電力を考慮してもよく、それに従って、追加的に供給すべき補助電力を対応するように特定してもよい。供給する無効電力もこの少なくとも１つのインバータの容量利用率に寄与しており、従って、追加的な補助電力を特定する際に、この供給する無効電力を考慮することが有益となり得ることが確認されている。
【００２０】
より大きな補助電力を供給することができるように、この供給する無効電力の低減を提案することが望ましい。その場合、そのような無効電力の低減は、追加的に供給すべき補助電力の特定において考慮されていてもよい。換言すれば、供給する無効電力が新たな値にまで低減される場合には、追加的に供給すべき補助電力は、恐らく、現時点において供給される無効電力に基づくよりも大きな値として特定できるであろう。この場合、供給する無効電力のこの新たな値は、供給すべき補助電力の特定のために考慮される。
【００２１】
利用可能な補助エネルギ量は、ロータの慣性モーメント、風力発電設備の現時点における動作点の少なくとも１つの動作パラメータ、及び許容可能なより低いロータ速度から特定されることが望ましい。これについては、特に、風力発電設備のロータに蓄えられた回転エネルギが、利用可能な補助エネルギ量についてのエネルギ供給源である場合を想定している。もし追加のエネルギ供給源が存在するならば、それらを追加的に考慮に入れてもよい。
【００２２】
ここで提案する、ロータの回転エネルギから利用可能な補助エネルギ量の特定の際には、最初にロータの慣性モーメントが考慮される。ここでは、発電機のロータの慣性モーメントも加えてもよいが、多くの場合、空力ロータの慣性モーメントよりも著しく小さい値を有している。
【００２３】
風力発電設備の現時点における動作点の少なくとも１つの動作パラメータ、特に、現時点におけるロータ速度も考慮する。しかしながら、ここでは、例えば、ロータのロータブレードの現時点における迎え角や、現時点において提供されている発電機電力といったその他のパラメータを考慮したり、あるいは加えてもよい。ロータの慣性モーメントとロータ速度は、ロータの現時点における回転運動に蓄えられた運動エネルギを算定するのに使用できる。
【００２４】
しかしながら、回転しているロータのこの運動エネルギ、即ち、回転エネルギは、必ずしも、供給すべき補助電力についての利用可能な補助エネルギ量であるとは限らない。その理由は、この回転エネルギは、多くの場合、完全には取り出せないか、あるいは、それを完全に取り出すことは、多くの場合、賢明ではないからである。それを完全に取り出すことは、ロータを０に減速することを意味する。しかしながら、これは多くの観点から不都合であり、その理由は、具体的には、その後、風力発電設備が最初は全く電力を供給できず、これは全体的な状況に悪影響を及ぼすからである。更に、ロータ速度を非常に小さい値に又は０にまでも低減すると、風から得られる電力もまた低減され、その結果、全体として供給される電力が低下することもあり、従って、実際には、より少ない追加の補助電力が供給されることになる。
【００２５】
従って、許容可能なより低いロータ速度を追加的に考慮に入れることを提案する。このような許容可能なより低いロータ速度は、この補助のためにロータを減速させてもよい速度である。従って、この許容可能なより低いロータ速度は、特に、風力発電設備の別の動作がこの速度で依然として可能であることを考慮に入れている。更に、これは、風から得られる電力の低下を考慮に入れてもよく、従って、風から得ることができる電力が所定値のみ低下するような値に設定されてもよく、その際、その所定値は、出来るだけ小さくなるように選ばれることが望ましい。
【００２６】
一実施形態においては、現時点における動作点の少なくとも１つの動作パラメータは、次のパラメータ、即ち、現時点におけるロータ速度、現時点における発電機電力、及び優勢的な風速のうちの少なくとも１つを含むことを提案する。
【００２７】
現時点におけるロータ速度は、特に、回転しているロータに存在する運動エネルギ、即ち、回転エネルギを特定するために使用される。
【００２８】
現時点における発電機電力は、特にロータ速度と共に、風力発電設備の現時点における動作点の重要な動作パラメータである。これを用いて、この特定の時点における風力発電設備が大量の電力を変換しているのか、それとも少量の電力を変換しているのかを確かめることができる。更に、ここから、風力発電設備がその動作点をシフトするのにどれだけの予備量を有しているのかを推定することもできる。回転エネルギの取り出しは、風力発電設備の動作点がシフトするという効果を有しており、この動作点がどこに位置するかに応じて、それに対応する動作点の大きい又は小さいシフトが可能である。特に、風力発電設備が大量の電力を変換する場合、優勢的な風速も、通常、高い。その場合、動作点をその最適位置からあまり最適ではない位置にシフトしても、特に強い風がある時には、即ち、優勢的な風速が高い時には、それを再び以前の動作点により容易に戻すことができる。
【００２９】
その一方で、現時点における回転速度に対して比較的高い電力は、設備が最適な動作点で動作していないことを示していることがある。これは、速度／電力特性曲線上の動作点が１つのフランク上にあり、従って、回転速度の変化が比較的大きな電力低下を招く可能性があることを意味することもある。この場合、回転エネルギを取り出すことは、電力の比較的激しい低下を招くことになる。また、これは、回転速度を少しだけしか下げれないことを意味することもある。発電機電力の考慮の結果として、これを、利用可能な補助エネルギの特定の際に、考慮に入れることができる。
【００３０】
それに加えて、あるいは、その代わりに、優勢的な風速を考慮に入れてもよい。この目的のために、それを測定してもよく、風力発電設備上に設けられた対応する測定機器による測定、あるいは、近傍の測定支柱による測定が考えられる。風速の測定は、しばしば、不正確であるので、風速をロータ速度と発電機電力とから導き出すことも考えられる。
【００３１】
いずれにせよ、それから、動作点をどの程度まで変化させることができるか、特に、どれだけロータ速度を低下させることができ、従って実際にどれだけの回転エネルギを取り出すことができるか、をより良く確かめることができる。実際、利用可能な補助エネルギ量になるのは、この取り出せる回転エネルギである。別のエネルギ供給源が存在せず、且つ、損失を無視すれば、この取り出せる回転エネルギが、利用可能な補助エネルギ量である。
【００３２】
別の一実施形態においては、利用可能な補助エネルギ量を特定するために、ロータ速度の低減に起因する電力損失を考慮することを提案する。電力を取り出すために、ロータ速度を低減すると、風から電力を得ることも、ロータがこのように低速になることによって、悪影響を受けることがある。これは、実際に利用可能である補助エネルギ量を制限し、従って、利用可能な補助エネルギ量の特定において考慮に入れることができる。
【００３３】
その代わりに、あるいは、それに加えて、追加的に供給すべき補助電力の指定を、ロータ速度の低減に起因する電力損失に応じて、行うことを提案する。その結果として、電力損失は、補助電力の対応する適合化によって補償できる。
【００３４】
一構成に従って、補助電力を供給するために、少なくとも１つの風力発電設備が少なくとも１つの電気貯蔵部に接続されており、利用可能な補助エネルギ量を特定するために、ロータの回転エネルギと、各々の場合における少なくとも１つの電気貯蔵部の貯蔵量とを考慮することを規定する。補助電力は、この場合、複数のエネルギ供給源に、具体的には、回転しているロータの回転エネルギの一部とこの少なくとも１つの電気貯蔵部とに依存してもよい。特に、そのような電気貯蔵部は、使用可能な補助エネルギ量を増大するために、具体的には、回転しているロータから使用できる量を超えるようにそれを増大するために、設けてもよい。
【００３５】
この電気貯蔵部は、バッテリ、その代わりに、あるいは、それに加えて、大容量キャパシタであってもよく、これは、当業者によってスーパーキャップ又はウルトラキャップとも呼ばれている。特に、そのような大容量キャパシタの使用を提案するが、その理由は、それらが、メンテナンスの負担が小さく、且つ、非常に迅速にエネルギ、即ち、電力を供給できるからである。しかしながら、ここでは、それらが、どのような貯蔵量を有しているか、即ち、どの程度まで充電されているか、も重要である。そのような電気貯蔵部、バッテリ及び大電力キャパシタにも当てはまることであるが、それらもまた完全には放電させることができないということが考えられる。これは、特に、電圧が降下するためにキャパシタを使用する場合、及び放電中に内部抵抗が増すためにバッテリを使用する場合に当てはまる。従って、ここでは、存在するエネルギを実際にどれだけ取り出せるかも考慮に入れることを提案する。これは、また、電気貯蔵部からそれぞれエネルギを取り出す電子スイッチ部にも依存し得る。例えば、実際、８００ボルトの電圧にまで充電されたキャパシタは、例えば３００ボルトになるまでしか放電できないことがあり、その理由は、３００ボルト以下のこのような低い電圧を風力発電設備において使用するには、この電圧に応じて昇圧する電子装置を必要とするからである。これは、単に一例として述べただけであり、上述の電圧値も一例として示したに過ぎない。バッテリについても同様の問題が生じ得る。バッテリについては、過放電により破壊される可能性があるという問題もある。
【００３６】
利用可能な補助エネルギ量の特定において、これらの結果の全てを考慮することが望ましい。
【００３７】
一実施形態においては、補助電力を供給する際に、利用可能な補助エネルギ量を更新すること、特に継続的に更新することを提案する。従って、この更新は、補助電力の供給中に実施することを意図しており、それに対応して迅速に且つ給電と同時に更新する必要がある。この場合、この更新を、供給する補助エネルギに応じて行うことを提案する。従って、供給される補助エネルギをモニタして、この情報を、利用可能な補助エネルギ量を絶えず更新するために使用する。これに加えて、特に、供給された補助エネルギを経時的に継続的に積分して、新たに供給される補助エネルギを求めることが考えられる。ここで特に留意すべき点として、利用可能な補助エネルギ量が許せば、補助電力は、電気供給グリッド内における周波数に応じて供給する。従って、周波数の変動が補助電力の変動を招くこともある。また、意図した補助電力、即ち、補助電力設定値と、実際に供給される補助電力、即ち、実際の補助電力値と、の間に差があり得ることも考慮することを提案する。それでもやはり、供給される補助電力の測定と共に、供給される補助電力がその設定値に基づいて考慮され、そして、特に、恐らく既知であろう意図された電力と実際の電力との間の動的な偏差が考慮されることも考えられる。
【００３８】
それに加えて、あるいは、その代わりに、補助電力の供給に対する反動としての風力発電設備の変化の挙動を考慮しながら、利用可能な補助エネルギ量を更新することを提案する。ここでは、特に、ロータの回転エネルギの提供に対する反動としてのロータ速度の減少を考慮することが考えられる。
【００３９】
特に、ロータ速度は、多くの場合、非常に正確に且つ迅速に検出できる。ロータの慣性モーメントは、評価できるほどには変化しないので、従って、現時点においてロータに存在する回転エネルギを検出することもできる。特に、現時点における補助のケースについての許容可能なより低いロータ速度が変化しないと仮定すると、利用可能な補助エネルギ量の変化は、ロータ速度の減少を観察することによって、迅速に且つ正確に検出できる。
【００４０】
存在する１つ又は複数の電気貯蔵部に存在するエネルギの取り出しは、多くの場合、これらの電気貯蔵部の出力電圧をモニタすることによって検出できる。しかしながら、特にバッテリ貯蔵部については、原則として、当業者によく知られているその他の方法が考えられる。
【００４１】
利用可能な補助エネルギ量を更新することによって、現時点において指定される追加的に供給すべき補助電力を特に簡単に特定できる。
【００４２】
一実施形態に従って、少なくとも１つの風力発電設備が、電力消費量を制御可能に低減できる少なくとも１つの電力消費装置に接続されており、利用可能な補助エネルギ量の特定においては、この少なくとも１つの制御可能に低減できる電力消費装置の電力消費の低減によって利用可能であるエネルギ量を考慮することを提案する。これは、特に、風力発電設備に接続されている電力消費装置が風力発電設備の電力を消費するという考えに基づいている。従って、風力発電設備は、この電力分だけより少なく電気供給グリッドに給電している。この電力消費装置が、少なくとも短期間、その電力消費を低減されるか、あるいは、オフに切り替えられると、この電力消費装置によって消費されており、供給期間中、通常、失われているこの電力は、直ちに、補助のために使用できることになる。これも、利用可能な補助エネルギ量の特定の際に、考慮することが望ましい。
【００４３】
指摘すべき点として、補助を行っている期間中に電力消費装置が消費しないこのような電力は、直接、補助電力に加えることができる。一実施形態においては、このことも提案するが、補助電力の一部分、特に大部分、がロータの回転エネルギから得られるという事実を考慮すると、全体的な状況を念頭に置く必要がある。このために、この電力消費装置の電力消費が低減されることによって利用可能になるこの電力もまた、利用可能なエネルギに変換して利用可能な補助エネルギ量に加算すること、あるいは、この電力消費装置によって利用可能になるこのエネルギを考慮しながら、利用可能な補助エネルギ量を特定することを提案する。この目的のために、例えば、この電力消費装置によって利用可能になる電力を、同様な補助を行っている期間に亘って積分してエネルギを求めてもよい。この期間が変わると、利用可能な補助エネルギ量の算定を更新することができる。あるいは、その代わりに、この電力消費装置によって利用可能になるこの電力を、補助電力に直接加算する。
【００４４】
指摘すべき点として、風力発電設備に固定的に接続されており、電力消費を制御可能に低減できる電力消費装置の場合には、基本的な電気エネルギは、風から生成される電力よりも、この電力消費量に等しい量だけ、低い。
【００４５】
一実施形態においては、補助電力を指定するために、補助エネルギ量に応じた補助電力の推移を指定することを提案する。特に、補助エネルギ量に応じた補助電力の指定を、時間に応じた推移に合わせて実施することを規定する。補助エネルギ量に応じた補助電力のこのような推移は、特に、最初に十分な量の補助エネルギが存在しており、補助電力として、一定の補助電力が、例えばインバータの容量利用率のような周辺条件に基づいて、指定されるという形態を取ってもよい。その場合、利用可能な補助エネルギ量が、指定可能な最小補助エネルギ量よりも低く低減されると、補助電力は、その利用可能な補助エネルギ量が更に低下するにつれて減少する。ここでは、利用可能な補助エネルギ量と、供給される又はそれに対応して指定される補助電力との間に、比例関係が規定できることが望ましい。この場合、補助電力は、益々ゆっくりと低下して、理想的には値０に漸近的に近づくことになる。別の一変形実施形態に従って、上述の残りの最小補助エネルギ量について、残りの時間間隔、即ち、この電力が時間に比例して０に降下する時間間隔、が算定されて、この場合、別の一例として、正確にこの残りの最小補助エネルギ量が供給されることを提案する。
【００４６】
時間に応じた推移が用いられる場合、利用可能な補助エネルギ量の消費を正確にもたらす経時的な補助電力の推移が、利用可能な補助エネルギ量全体に対して、事前に設定されることを規定してもよい。もちろん、電気供給グリッドの補助がもはや必要ではなくなったときには、補助電力の供給はいつでも中断される。
【００４７】
一実施形態においては、少なくとも１つの風力発電設備が、回転エネルギを提供する際に、最初に改善される動作点で動作することを提案する。特に、ロータ速度が遠心力エネルギ（即ち、回転エネルギ）を提供することによって、電力に関して最適なロータ速度にまで一時的に低減されるような高いロータ速度でこの風力発電設備が動作することを提案する。これは、特に、風速が定格風速を依然としてかなり下回る、例えば定格風速の最大５０％である、より低い部分的負荷動作について、提案する。
【００４８】
これは、風力発電設備には理論的にただ１つの最適動作点（具体的には電力に関しての最適動作点）しかないが、この最適動作点の近くには、電力に関して理論的に最適である動作点と比べて好適さがほんの僅かしか劣らない動作範囲があるという知見に基づいている。特に、多くの場合、電力に関して最適なロータ速度があり、これは、特に、風から電力を得ることに関しても最適である。これよりも高いロータ速度、及び、これよりも低いロータ速度は、軽微な程度を除き、共に、あまり好適ではない。従って、特に、電力に関して最適なロータ速度よりも高いロータ速度は、動作点の最小の悪化をもたらすだけであるが、同時にかなり大きな回転エネルギ、特にかなり大きな利用可能な回転エネルギを生み出すことが認識されている。多くの場合、この結果として生じる動作点の悪化は測定機器では殆ど検出できないことさえもある。特にこの場合には、風力発電設備を、それに対応してシフトされた動作点で、具体的には、それに対応してより高い回転速度で、動作させることを提案する。
【００４９】
利用可能な補助エネルギ量、ここでは利用可能な回転エネルギ量、即ち、依然として合理的に取り出せる回転エネルギを、ロータ速度が電力に関して最適であると算定されたロータ速度を超えてどれだけ上昇するかについての尺度として捉えることが望ましい。ここでは、一方において増大する利用可能な補助エネルギ量と、他方においてロータ速度の増大によって悪化する動作点の効率との間で評価を下すことができる。特に、電気供給グリッド内において補助を行うことが予想されるか否か、あるいは、電気供給グリッド内におけるその他の発電機が十分な補助を行うことができるか否か、あるいは、電気供給グリッド内における何台のその他の発電機が十分な補助を行うことができるかに応じて、対応するロータ速度を、この評価によって設定又は変更できる。
【００５０】
一実施形態においては、電気供給グリッドのグリッド状態に応じて、特に電気供給グリッドの電力バランスに応じて、補助電力を指定することと、更に、上側電力限度が、利用可能な補助エネルギ量に応じて特定されて維持することと、利用可能な補助エネルギ量が指定制限値に到達すると直ぐに、指定した補助電力が、経時的に低下する推移に合わせて、特に経時的に低下するフランクに合わせて、低減されることと、を提案する。
【００５１】
従って、補助電力を、最初に、電気供給グリッドのグリッド状態に応じて指定する。これは、特に、グリッド周波数、即ち、電気供給グリッドの電圧の周波数であってもよく、これは、電力バランスの指標になり得る。恐らく、電気供給グリッドの電力バランスを、その他の態様で、考慮に入れることが考えられるであろう。これは、例えば外部から通知される情報項目によって、例えばグリッドオペレータが送信し得る情報項目によって、実施してもよい。
【００５２】
この点に関して、補助電力は電気供給グリッドを補助することを意図しているので、電気供給グリッドによって補助電力が決まる。しかしながら、風力発電設備は、限られた範囲内で利用可能な補助電力しか生成できないので、補助電力について倹約することを提案する。この目的のために、利用可能な補助エネルギ量に応じて上側電力限度を特定して、そして、勿論、更にそれを維持することを提案する。この目的のために、経験に従って予想される補助期間を基準として採用できる。１０秒の期間を基準として採用することも考えられる。この期間は、５〜３０秒の範囲内にあることが望ましい。特定した利用可能な補助エネルギ量に応じて、これによって、補助電力の電力値が得られる。最も単純な場合、これは、次のことを意味している。補助電力のこの電力値、即ち、電力上限値の選択は、この電力上限値の補助電力の一定供給によって、利用可能な補助エネルギ量が想定された補助期間の終了時に使い果たされるか、あるいは、残りの最小量の補助エネルギは別として、使い果たされるように行うことを意味している。その際にこの補助電力の突然の終了を回避するために、指定した補助電力を、経時的に低下する推移に合わせて、終了に向けて低減することを提案する。
【００５３】
本発明に従って、風力発電設備も提案するが、これは、グリッド接続点において電力を電気供給グリッドに供給するように構成されている。これは、ロータブレードを有する空力ロータを備えており、このロータは、慣性モーメントを有し、可変ロータ速度で動作することができる。更に、これは、発電機電力を生成する発電機と、利用可能な風力に応じた基礎電力の供給を制御する制御部と、を備えている。そのような制御部は、例えば風力発電設備の制御の一部又は全部を担うプロセスコンピュータであってもよい。この制御部は、例えばインバータと、場合によっては、風力発電設備の別の要素と、を制御してもよい。
【００５４】
更に、この風力発電設備は、追加的に供給すべき補助電力を指定する指定手段を備えている。このような指定手段は、風力発電設備の制御プロセッサのような制御装置の一部であってもよい。しかしながら、このような指定手段は、独立した制御手段、あるいは、少なくとも、独立した制御プログラムとして設けてもよい。これは、追加的に供給すべき補助電力を、例えば、電気供給グリッド内において検出された周波数に応じて、あるいは、外部からの要求信号に基づいて、指定する。指定される補助電力は、絶対値又は相対値として指定してもよい。例えば、相対値としての指定は、風力発電設備の定格電力に対して考えられ、あるいは、相対値としての指定は、現時点において供給される電力に対して考えられる。
【００５５】
更に、この風力発電設備は、電気供給グリッドを補助するための指定した補助電力を供給する給電装置を備えている。このような給電装置は例えばインバータであってもよく、これは、例えば、発電機から電力を直流電圧又は直流電流として取得して、それから、供給すべき交流電流を生成する。この給電装置は、この場合、供給すべき電力を同時に全部一緒に供給するように設けられていることが望ましい。換言すれば、インバータのような通常の給電装置が使用されてもよく、同時に、電気供給グリッドを補助するために指定した補助電力を追加的に供給する仕事も担うことができる。
【００５６】
この風力発電設備は、供給すべき補助電力用の利用可能な補助エネルギ量を特定する算定部を備えていることも規定する。従って、この算定部は、供給すべき補助電力の供給源として使用できる、利用可能な補助エネルギ量を特定する。補助電力は、この特定した補助エネルギ量に応じて指定する。従って、追加的に供給すべき補助電力を指定するこの指定手段は、算定部によって特定された利用可能な補助エネルギ量を考慮し、それに応じて、補助電力を特定する。追加的に供給すべき補助電力を指定するこの指定手段と、補助エネルギ量を特定するこの算定部とは、例えば一般的なマイクロプロセッサのような１つの装置内に統合されてもよい。
【００５７】
この風力発電設備は、本明細書に記載された実施形態のうちの少なくとも１つに従う方法を実行するように構成されていることが望ましい。
【００５８】
複数の風力発電設備を備えたウインドファームも提案するが、このウインドファームの風力発電設備は、本明細書に記載された、風力発電設備の少なくとも１つの実施形態に従って設計されている。それに加えて又はその代わりに、このウインドファームは、本明細書に記載された一実施形態に従う方法を実施するように構成されている。従って、この実施は、ウインドファームの各々の風力発電設備自体が、対応する方法を実行するように行うことができる。
【００５９】
それに加えて又はその代わりに、一単位としてのウインドファームが、本明細書に記載された実施形態に従う少なくとも１つの方法を実行することを規定してもよい。特に、このファームについてのこのタスク全体を完全に担う中央ファームコンピュータ又はその他の中央装置が、補助電力を指定するために及び／又は利用可能な補助エネルギ量を特定するために設けられてもよい。実際の実施については、得られた結果を、例えば、個々の風力発電設備に分配してもよい。この場合、指定した補助電力及び／又は利用可能な補助エネルギ量を個々の風力発電設備の間で分配できる。特に、ウインドファーム内において中央エネルギ貯蔵装置を使用する場合には、その中に蓄えられている補助エネルギ量を風力発電設備間で分けて、風力発電設備のロータの回転エネルギの利用可能な補助エネルギ量に加えることができる。
【００６０】
別の一実施形態においては、そのような中央エネルギ貯蔵装置をファーム内に設けている場合に、その中央エネルギ貯蔵装置から直接電気供給グリッドに供給する給電装置を設けてもよい。この場合、風力発電設備を使用せずにウインドファームによって直接供給される補助電力を、ファーム制御装置によって、あるいは、その他の方法で、調整することも提案する。この場合、この供給される補助電力と、風力発電設備によって供給される又は給電用に供給される電力との調整も行われる。利用可能な補助エネルギ量の算定には、両タイプのエネルギ供給源、即ち、回転エネルギとバッテリ貯蔵エネルギとを考慮に入れる。
【００６１】
次に、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、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】風力発電設備を斜視図で示す図である。
【図２】ウインドファームを概略図で示す図である。
【図３】風力発電設備の制御構造を概略的に示す図である。
【図４】電力とエネルギの時間グラフを示す図である。
【図５】回転速度に応じた回転エネルギの推移をグラフで概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを備えた風力発電設備１００を示している。３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを備えたロータ１０６が、ナセル１０４に配置されている。ロータ１０６は、動作時に、風によって回転運動し、それによって、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００６４】
図２は、一例として、互いに同じでも異なっていてもよい３つの風力発電設備１００を備えたウインドファーム１１２を示している。従って、これら３つの風力発電設備１００は、ウインドファーム１１２の基本的に任意の数の風力発電設備を表している。風力発電設備１００は、電気ファームグリッド１１４を介して、自己の電力を、具体的には、特に生成した電気を供給する。この場合、個々の風力発電設備１００によってそれぞれ生成された電気又は電力を合算し、そして、通常設けられているトランスフォーマ１１６が、ファーム内の電圧を昇圧し、供給グリッド１２０内の、一般にＰＣＣとも呼ばれる給電ポイント１１８に給電する。図２は、ウインドファーム１１２を単に簡略化して表したものであり、例えば、制御装置は当然のことながら存在するが、そのような制御装置はここでは示されていない。また、その他の代表的な実施形態を１つだけ挙げるとすれば、例えば、各々の風力発電設備１００の出力にもトランスフォーマが在るようにして、ファームグリッド１１４を異なる設計にすることも可能である。
【００６５】
図３は、給電装置を形成するインバータ６を含む制御構造４を備えた風力発電設備のナセル２を、概略的且つ例示的な構造で示している。別のエネルギ供給源としてバッテリ貯蔵部８も設けられている。具体的にはインバータである給電装置６を用いて、概略的に示された電気グリッド１２への給電がトランスフォーマ１０を介して実施される。別のエネルギ発生機もこの電気グリッド１２に給電しており、それに電力消費装置が接続されているが、ここでは、それらの両者とも示されていない。
【００６６】
以下、先ず、ナセル２とタワー１４の端部とが示された風力発電設備の動作原理を大まかに説明する。ナセル２には、具体的にはスピナ２０のハブ１８の領域には、同様に概略的に表したロータブレード１６が配置されている。望ましくは３つであるが、図３では２つのみが示されているこれらのロータブレード１６は、風によって駆動されて、実質的にロータブレード１６、ハブ１８及びスピナ２０から成るロータ２２を回転運動させる。これから、発電機２４の利用によって、電力、具体的には、発電機電力が生成される。発電機２４は、この目的のために発電機ロータ２６及びステータ２８を備えている。発電機ロータという用語は、ここでは、空力ロータ２２との混同を避けるために、発電機２４の種類に関係なく使用されている。発電機ロータ２６は、この場合、ハブ１８に、従ってロータ２２に、固定的に接続されている。しかしながら、原理的には、ギアメカニズムも介在させてもよい。
【００６７】
望ましい発電機２４は、同期発電機である。特に、他励同期発電機を提案する。他励同期発電機に励磁機電力を供給するために、発電機ロータ２６に励磁機電流を供給する電流調整器３０が設けられている。このために使用されるスリップリングをここには示していない。
【００６８】
発電機２４によって生成された発電機電力は、ステータ２８によって整流器３２に送られ、整流器３２はそれを整流して、対応する直流電圧を有する、対応する整流された直流電流をバスバー３４に供給する。動作が進行中のとき、電流調整器３０は、そのエネルギをバスバー３４から引き出すこともできる。給電及びグリッド補助に関する以下の観察では、電流調整器３０が必要とする電力成分は無視する。
【００６９】
バスバー３４は、必ずしもバーとして構成される必要はなく、電線によって又は電線の束によって実現されてもよく、インバータ６の入力に結合されている。
【００７０】
従って、インバータ６は、バスバー３４の直流電流又は直流電圧を交流電流又は交流電圧に変換し、それらは、トランスフォーマ１０を介して変成されて、電気グリッド１２に供給される。
【００７１】
例えば、電気供給グリッド１２内の電力バランスが負になったために、多かれ少なかれ突然の電力需要がある場合、インバータ６を介して追加の補助電力を供給することが想定されてもよい。図３に示した実施形態では、この点に関して、バッテリ貯蔵部８から得られる電力又はロータ２２の回転エネルギから得られる電力を使用することが特に考えられる。この目的のために、制御部３６が、インバータ６に対して、対応する事前設定電力ＰＳを指定してもよい。さもなければ、制御部３６がインバータ６に対して無効電力ＱＳを指定可能であることを提案する。更に、インバータ６は、制御部３６に皮相電力Ｓを情報として与えてもよい。
【００７２】
この供給すべき電力ＰＳは、この点に関して、事前に設定される電力を表しており、供給すべき基礎電力と補助電力とで構成される。通常の場合、補助電力の需要がなければ、事前設定電力ＰＳは、実質的に基礎電力に該当する。従って、これは、通常動作において風力発電設備の電力提供を制御するためにも使用される。次に、補助電力を追加的に供給することによって、この事前設定電力ＰＳの値を追加的に増すべきである場合、まず、制御部３６にはその理由が必要である。その理由は、グリッド周波数ｆの検出から生じることが多い。特に、グリッド周波数ｆが低下した場合、グリッド補助用の追加電力の供給の需要が生じることがある。電圧測定装置３８が、このために設けられており、インバータ６の出力電圧Ｕとは別に、グリッド周波数ｆも検出して制御部３６に通知する。あるいは、電圧及び周波数の測定は、その他の場所でも、例えば、トランスフォーマ１０と電気供給グリッド１２との間において、即ち、そこにあるグリッド接続点４０において、実施してもよい。
【００７３】
それに加えて又はその代わりに、グリッド補助の需要は、図３において「ｅｘｔ」として示された外部信号によって、検出又は通知されてもよい。この信号「ｅｘｔ」は、グリッドオペレータによって提供されてもよい。
【００７４】
従って、制御部３６は、上述のこれらのパラメータのうちの少なくとも１つに基づいて、グリッド補助用の追加的な補助電力の供給の需要を検出できる。
【００７５】
従って、供給すべき補助電力の算定に加えて、そのような需要を示すこれらのパラメータに応じて、全体的に存在する補助エネルギの量を最初に検出して、次にそれを考慮することを提案する。
【００７６】
利用可能な補助エネルギＥＶを特定するために、算定部４２が設けられている。算定部４２は、１つの装置内で又は処理コントローラ内で制御部３６と組み合わせることもでき、図３の実施形態では、ロータ２２の回転エネルギから得られる利用可能なエネルギとバッテリ貯蔵部８の蓄積エネルギの両方を考慮に入れる。それによって総合的に特定された利用可能な補助エネルギ量ＥＶは、次に、補助電力を指定するために考慮され、そのために、図３の構造に従えば、制御部３６に通知される。
【００７７】
利用可能な補助エネルギ量ＥＶは、この場合、ロータ２２とバッテリ貯蔵部８との個々の利用可能な補助エネルギ量から加算的に構成される。従って、これは、ロータ２２の利用可能な回転エネルギとバッテリ貯蔵部８の利用可能な蓄積エネルギとから構成される。
【００７８】
バッテリ貯蔵部８の利用可能な蓄積エネルギは、例えば、バッテリ電圧ＵＢに応じて特定されてもよい。このために、バッテリ貯蔵部は、このバッテリ電圧ＵＢの値を算定部４２に通知してもよい。その代わり、特にバッテリ貯蔵部８が多数のユニットを備えた複雑な蓄電装置群である場合は、バッテリ貯蔵部８は、常にそれ自身で利用可能な蓄積エネルギを特定して、それを算定部４２に通知することも可能であり、あるいは、例えば、充電の状態を算定部４２に通知することも可能である。算定部４２は、それから利用可能な蓄積エネルギ量を特定する。
【００７９】
ロータ２２の利用可能な回転エネルギを特定又は算定するために、算定部４２は、とりわけ、速度センサ４４によって検出できる回転速度ｎを取得する。ロータ２２の質量慣性モーメントは算定部４２によって利用可能であり、従って、回転エネルギは、回転速度ｎに応じて計算できる。
【００８０】
しかしながら、その時の回転速度ｎに基づいて、ロータ２２によって蓄積された回転エネルギは、実際には完全には利用可能ではない。その理由は、特にグリッドを補助すべき時には、ロータの回転速度を０に、あるいは、別の過度に低い回転速度にまで下げるべきではない、あるいは、下げてはいけないからである。
【００８１】
それに対応して、算定部４２は、風力発電設備の動作点（これはワーキングポイントとも呼ばれる）も全体的な考慮に加える。この点に関して、特に、現時点の電力Ｐ、具体的には、現時点の設備電力、即ち、その特定の時点で風力発電設備が提供している電力、を考慮に入れることも考えられる。算定部４２は、この現在適用可能な電力Ｐを制御部３６から取得する。制御部３６は、通常、この現在適用可能な電力Ｐを把握しており、その理由は、制御部３６がこの電力Ｐを風力発電設備自体の制御に使用しているからである。特に、制御部３６は、風力発電設備のワーキングポイントを設定する。
【００８２】
念のために述べると、風力発電設備のそのような制御は、別の制御部においても実施してもよく、あるいは、制御部３６と算定部４２の仕事の遂行を組み合わせた共通の中央制御部を設けてもよい。
【００８３】
従って、算定部４２が少なくとも回転速度ｎと電力Ｐとに関して把握したこの動作点に基づいて、ロータ２２を如何なる回転速度にまで減速できるかを推定できる。これを用いて、存在する回転エネルギのみならず、全体的に存在する回転エネルギの一部である利用可能な回転エネルギも特定できる。
【００８４】
更に、算定部４２は、より大きな回転エネルギを生成するために、従って、最終的により大きな利用可能な回転エネルギを得るために、速度を高めることができる高速化用の提案値又は設定値を制御部３６に通知してもよい。しかしながら、これは、図３においては示されていない。
【００８５】
更に、ロータブレードのブレード角も動作点の評価について考慮してもよい。このブレード角αは、例えば、図３に示されたロータブレード１６において測定してもよい。その代わりに、制御部３６は、そのようなブレード角を指定して、同時にそれを算定部４２に通知してもよい。例えば、部分的負荷動作において、従って、設備が定格電力で稼働していない時に、ブレード角が、この動作モードについて一般的な部分的負荷角度よりも大きければ、これは、単に回転速度と電力とに基づいて想定されるよりも強い風が吹いていることを示している。これは、例えば、現時点での動作点が回転速度／電力特性曲線のフランク（ｆｌａｎｋ）にあり、従って回転速度を大幅に低減できないことを意味することがあり、何故なら、それによって大きな電力損失が生じることがあるからである。これは、利用可能な補助エネルギを特定する際に考慮される。この利用可能な補助エネルギ量ＥＶが特定された場合、制御部３６は、従って、追加的に供給すべき補助電力を特定でき、それに応じて事前設定電力ＰＳを増大して、対応する設定値をインバータ６に通知できる。
【００８６】
更に、制御部３６は、この目的のために励磁機電流ＩＥを増大して、この目的のために、対応する信号を電流調整器３０に送信できる。
【００８７】
受動整流器３２の代わりに制御型整流器を使用し、更にステータ電流を変更して、それによって発電機電力を変更することも原理的に考えられる。発電機電力を変更することによって、特に、励磁機電流ＩＥを増大することによって、ロータ２２を制動して、それによって回転エネルギを取り出す。
【００８８】
従って、利用可能な補助エネルギ量に照らしてグリッド補助用の補助電力の供給を予め計画することによって電気供給グリッドの補助を実現し、これと同時に風力発電設備が、常時、安定した動作点を有することを保証することが可能である。このようにして、特に、風力発電設備が追加的な補助電力を電気供給グリッドに供給している間に、その電力提供が突然崩壊することが防止される。
【００８９】
利用可能な補助エネルギＥＶに応じて補助電力ＰＡを計画する１つの実施可能な方法を図４に例示した。そこでは、利用可能な補助エネルギ量、即ち、利用可能な補助エネルギＥＶが時間ｔに応じてグラフ化されており、また同図において、補助電力ＰＡが同様にグラフ化されている。そこに例示された実施形態は、補助電力ＰＡが、最初に、電気供給グリッド内における被検出不足周波数に応じて指定され、補助エネルギ量ＥＶについて、これが、指定制限値よりも上に在るか、あるいは、下に在るかが検査され、具体的には、最小補助エネルギ量Ｅｍｉｎよりも下に在るか否かが検査されることを規定している。このために、単純化として、原則として補助電力ＰＡを開始する基準、例えば、過度に低い周波数が、一定の補助電力ＰＡを招くと仮定する。これに対応して、最初、供給されるべき補助電力ＰＡについては一定値を仮定する。しかしながら、これは、例えば、グリッド周波数設定値からのグリッド周波数の偏差に応じて変化するか、あるいは、グリッド周波数の周波数変化度に応じて決定されることもある。
【００９０】
従って、この補助電力ＰＡは、最初、値ＰＡ０を有し、時点ｔ０から時点ｔ１までこの値を維持する。利用可能な補助エネルギ量ＥＶは、補助エネルギ量Ｅｍａｘについての最大値を有する時点ｔ０から始まり、時点ｔ１まで、絶えず供給される補助電力ＰＡの結果として、直線的に降下する。
【００９１】
これは、時点ｔ１において、最小補助エネルギ量Ｅｍｉｎの値に到達して、この値を下回り、従って、補助電力ＰＡが減少することになる。
【００９２】
そこに示された実施形態は、この場合、補助電力ＰＡが時点ｔ１から線形に減少して０に至ること、正確には、時点ｔ１でまだ利用可能な補助エネルギの量がまさに使い果たされること、を提案している。電力が、初期値から、ここでは具体的には一定の補助電力の値ＰＡ０から、０まで直線的に減少する特別な場合については、それに必要なエネルギＥは、公式Ｅ＝１／２Ｐ＊ｔによって算定できる。消費されるエネルギが、ここでは、時点ｔ１でまだ存在しているエネルギに対応しており、具体的には、最小補助エネルギ量Ｅｍｉｎに対応しており、且つ、最初の電力が電力ＰＡ０に対応しているので、電力が線形に減少して０になるまでの時間は、公式ｔ＝２＊Ｅｍｉｎ／ＰＡ０によって算定される。このようにして算定される時間は、図４のグラフに従う、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間である。この推移は図４に例示されており、この変形形態では、最初は、大きな補助電力ＰＡを供給でき、そのすぐ後に減少するが、たとえ減少した値であっても初めの内はまだ補助に貢献できる。同時に、利用可能な補助エネルギ量ＥＶが最適に利用される。
【００９３】
図５は、回転速度ｎと利用可能な回転エネルギとの関係を例示している。この図は、ｘ軸上に、値０から拡張回転速度ｎｅを超える回転速度ｎを示している。更に、回転エネルギＥＲが、回転速度ｎに応じてグラフ化されている。回転エネルギＥＲは、回転速度の値が０の時は同じく０であり、そこから速度ｎの増加と共に二次関数的に増加することは明らかである。
【００９４】
図５のグラフの場合では、風力発電設備が回転速度ｎ０で動作することが仮定されている。これは、特に優勢的な風速の場合に通常使用されるであろう通常の回転速度を表している。この回転速度ｎ０は、回転エネルギＥＲ０に対応付けられている。しかしながら、この回転エネルギＥＲ０は利用可能な回転エネルギ量ではなく、その理由は、この回転速度が最小速度ｎｍｉｎまでしか減速しないことがあるからである。それに対応して、ここでは、利用可能な回転エネルギ量は、ＥＶ０によって示された通常利用可能な回転エネルギ量のみである。正確には、この通常利用可能な回転エネルギ量ＥＶ０は、ここでは、別のエネルギ供給源が存在しないと仮定すれば、利用可能な補助エネルギ量として算定される。
【００９５】
図５は、風力発電設備がより高い回転速度で動作する場合に、利用可能な回転エネルギ量の増大が可能であることも例示している。例示の目的で、このために増大された、即ち、拡張された回転速度ｎｅを提案する。これによって、ロータの拡張回転エネルギとしてエネルギ値ＥＲｅがもたらされる。従って、このように回転速度をこの拡張速度ｎｅまで増大する結果として、利用可能な回転エネルギ量を、拡張された利用可能な回転エネルギ量ＥＶｅの値にまで、増大できる。回転エネルギＥＲと回転速度ｎとの二次関数的な関係のために、この提案する速度の増大は、非常に大きな効果を有する。念のために述べると、図５は例示的なものであり、動作点に応じて、より小さな速度増大も考えられ、その限りにおいても、図５は例示的なものにすぎない。
【図１】
2020513717.tif 000003
【図２】
2020513717.tif 000004
【図３】
2020513717.tif 000005
【図４】
2020513717.tif 000006
【図５】
2020513717.tif 000007
【国際調査報告】
2020513717.tif 000008
2020513717.tif 000009
2020513717.tif 000010
2020513717.tif 000011
2020513717.tif 000012
2020513717.tif 000013