JP2016515375A - Ａｃ電気グリッドに接続可能な複数のインバータを備える発電所の自動始動方法 - Google Patents

Abstract

ローカルＡＣ電気グリッド（５）に接続可能な複数のインバータ（２）を備える発電所（１）の自動始動方法では、第１のＡＣ電圧が、第１のインバータ（２）によってＡＣ電気グリッド（５）に構築され、前記第１のＡＣ電圧は、ＡＣ電気グリッド（５）の定格電圧と比較して、少なくとも４分の１だけ低下する。また、第１のＡＣ電圧と同期された後に、少なくとも１つの第２のインバータ（２）がＡＣ電気グリッド（５）に接続される。第２のインバータ（２）の接続後に、第１のＡＣ電圧よりも高い第２のＡＣ電圧が、ＡＣ電気グリッド（５）に構築される。【選択図】図１

Description

本発明は、ローカルＡＣグリッドに接続可能な複数のインバータを備える発電所の自動始動方法に関する。さらに、本発明は、ローカルＡＣグリッドおよびそのような自動始動方法を実施する上位制御ユニットに接続可能な、複数のインバータを備える発電所に関する。

自動始動とは、外部からのエネルギー供給なしに発電所を始動させることであると理解される。これは、例えば発電所のローカルＡＣグリッドを維持するための電気エネルギーが、外部から利用可能でないということである。この原因としては、例えば、変圧器を介してローカルＡＣグリッドが接続される外部ＡＣグリッドが倒壊したか、そのような外部ＡＣグリッドからエネルギーを取り出すことができないか、またはローカルＡＣグリッドが島状であるため、外部ＡＣグリッドがまったく存在しないということがあり得る。

用語「ＡＣグリッド」は、この場合には主として、電気的接続、リンク、すなわちラインなどを備える物理的装置を指すが、この装置に存在するＡＣ電圧またはこの装置によって供給されるＡＣ電圧を指すものではない。ローカルＡＣグリッドはこの場合には、限定されたＡＣグリッドであると理解される。限定されたＡＣグリッドは、発電所が外部ＡＣグリッドから切断されている限り、発電所内部のＡＣグリッドであってもよいが、いわゆる島状グリッドとすることもまた可能である。島状グリッドは、外部ＡＣグリッドに接続していない自律型の島であってもよいし、もしくは、上位ＡＣグリッドから切断可能な、物理的に限定されたグリッド部とすることも同様にまた可能である。ただし、前記グリッド部が上位（外部）ＡＣグリッドから切断されている場合に限る。しかしながら、多くの場合、ローカルＡＣグリッドは、ローカルＡＣグリッドの動作に関連しない追加の負荷を含まないか、または自動始動中に、これらの負荷はスイッチが切られるか、もしくは切断される。

ローカルＡＣグリッドに接続可能な、発電所のインバータは、電気エネルギーをＡＣグリッドに供給することができるインバータである。原則として、これらは、例えばバッテリにバッファ記憶するために、ＡＣグリッドから電気エネルギーを取り出すこともできる双方向性インバータであってもまたよい。

特に、インバータによってローカルＡＣグリッドに供給される電気エネルギーは、例えば、風力タービンもしくは風力発電機、および／または光起電力発生器のような、インバータに接続された再生可能エネルギー源から生み出される。

本明細書における用語「発電所」は、エネルギー源に接続された、電気エネルギーをローカルＡＣグリッドに供給することができる複数のインバータを意味するにすぎない。これは、より狭い意味での、例えば風力発電ファームまたは太陽光発電ファーム内の発電所であってもよい。用語「発電所」は、任意のローカルＡＣグリッド、例えば、上位ＡＣグリッドに切断可能に接続されたグリッド部に接続された、複数のインバータを有する任意の他のエネルギー発生ユニットもまた含む。

ローカルＡＣグリッドに接続可能な複数のインバータを使用しての発電所の自動始動中の、問題の１つは、変圧器損失、ケーブルインピーダンスなどによるローカルＡＣグリッドの内部消費は、発電所自体によって増やす必要があるが、単一のインバータによって確実に供給することができる電気エネルギーを上回ってしまうことである。しかしながら、特に、ローカルＡＣグリッドにＡＣ電圧が依然として存在していない以上は、ローカルＡＣグリッドに複数のインバータを同時に接続することは非常に困難であろう。

独国特許出願公開第１０３ ２０ ０８７ Ａ１号明細書は、風力発電ファームを運転する方法、および風力発電ファームを制御するための中央装置を備える風力発電ファームを開示している。風力発電ファームを自動始動できるようにするために、前記風力発電ファームは、無動力風向追随調整装置を備えた常時励磁状態の風力タービンを備える。外部からエネルギーを取り出すことができない時に、この常時励磁状態の風力タービンを始動させることもできる。常時励磁状態の風力タービンからの電気エネルギーを用いて、まず、少なくとも１つの第１の風力タービンを始動させる。第１の風力タービンは、常時励磁状態ではなく、風向に関してモータによって追随調整される。この風力タービンは、風力発電ファームの風力タービンを前記ローカルＡＣグリッドに接続させて、自己整流インバータを介してローカルＡＣグリッドの定格周波数および定格電圧を再度構築する。残りの風力タービンは、ローカルＡＣグリッドのＡＣ電圧と同期させることが可能で、電力の供給を開始することができる。これは無効電力および／または有効電力であってもよい。この場合には、残りの風力タービンは、ローカルＡＣグリッドを介して初期エネルギー需要をまかなうことができる。この公知の方法を実施可能にするための前提条件は、風力発電ファームが、無動力風向追随調整装置を有する特定の常時励磁状態の風力タービンを備え、かつ、常時励磁状態ではない第１の風力タービンであって、それを用いてローカルＡＣグリッドが構築される第１の風力タービンが、ローカルＡＣグリッドの内部消費をまかなうのに十分な電気エネルギーを供給するということである。

欧州特許出願公開第１ ９９３ １８４ Ａ１号明細書は、風力発電ファームの自動始動方法および風力発電ファームを開示しており、ローカルＡＣグリッドの内部消費が当初、大型バッテリ、無停電電源装置、または例えばディーゼル発電機や燃料電池のような発電機形式の局所的なエネルギー源によってまかなわれる。ローカルＡＣグリッドを介してこの局所的なエネルギー源によって供給されるエネルギーは、最初に少なくとも１つの第１の風力タービンを始動させるために使用される。その後、引き続きさらなる風力タービンが始動され、利用可能なエネルギーが増加する。この場合には、局所的な電源は、ローカルＡＣグリッドを構築しなければならない。ローカルＡＣグリッドに個々の風力タービンが接続され、それに応じて、このグリッドの内部消費全体をまかなう。さらに、第１の風力タービンの始動に要する電力を供給する必要がある。それに応じて、追加で設ける必要があるこの局所的な電源は、寸法が大きくなければならない。

米国特許出願公開第２０１２／０２６１９１７ Ａ１号明細書は、風力タービンの自動始動方法を開示している。この方法では、動作中のローカルネットワークの定格ＡＣ電圧を模倣するために、ディーゼル発電機が事前設定されたＡＣ電圧を風力タービンの出力部に印加する。この場合には、定格電圧の供給の際に風力タービンによって発生する有効電力および無効電力は、急変せずに接続を有効にするために、当初はゼロにセットされる。この接続は、風力タービンごとに段階的に行われる。この場合にもまた、ディーゼル発電機は、風力タービンが接続されるローカルＡＣグリッドの内部消費を、まかなうことが可能でなければならない。

エネルギー貯蔵器を有する複数の風力タービンを備える風力発電ファームが、自動始動中の内部消費を当初まかない、続いて段階的に風力タービンが接続されることが、国際公開第２０１１／０５８１７０ Ａ１号パンフレットからもまた公知である。

ＡＣグリッドに並列に接続された複数の、電圧設定機能付インバータの動作、すなわちインバータ間で直接通信せずに事前設定された電圧を構築する複数のインバータの動作を連携させるために、いわゆる周波数垂下および電圧垂下を用いることが、欧州特許第１ ２８６ ４４４ Ｂ１号明細書から公知である。用語「周波数垂下」はこの場合には、インバータに記憶された、周波数／有効電力特性のことを指すのに使用される。周波数／有効電力特性は、インバータによる有効電力出力に応じて、インバータによるＡＣ電圧出力の周波数を制御するために使用される。すなわち、インバータの電圧設定動作中に、インピーダンスが存在する結果、有効電力が生じる。出力された有効電力および記憶された周波数垂下に応じて、インバータは自身の周波数を設定する。これに対して、用語「電圧垂下」は、インバータに記憶された、電圧／無効電力特性を表わすのに使用される。電圧／無効電力特性は、インバータによる無効電力出力に応じて、インバータによるＡＣ電圧出力のレベルまたは振幅を制御するために使用される。すなわち、インバータの電圧設定動作中に、インピーダンスが存在する結果、無効電力もまた生じる。出力された無効電力に応じて、インバータは、電圧振幅を設定する。電圧振幅は、出力部に記憶された電圧垂下を考慮に入れて、電圧設定のための基準値に対して修正される。

電流設定機能付インバータ、すなわち事前設定された電流を出力するインバータの場合には、周波数垂下は同様に、インバータの出力部に存在するＡＣ電圧の、出力された有効電力Ｐと周波数ｆとの間の関係を示す。電圧垂下は、これに対応して、インバータにより出力された無効電力Ｑと、インバータの出力部に存在するＡＣ電圧との間の関係である。「出力部に存在するＡＣ電圧」は、ここでは、および本出願では全体として、このＡＣ電圧の規模を意味するように意図される。ＡＣグリッドに並列に接続された、複数の電流設定機能付インバータの動作の連携が、周波数垂下および電圧垂下を用いて行われることもまた可能である。電圧設定機能付インバータと電流設定機能付インバータが混じっているグループであっても、周波数垂下および電圧垂下を用いて、動作を連携させることが可能である。

本特許出願の優先権主張日後に公開された特許文献欧州特許出願公開第２ ６３２ ０１２ Ａ１号明細書は、分散型の電気エネルギー供給グリッドを自動始動させる場合には、接続されたグリッド構成要素がすべて、安定した電源電圧を構築するための共通の作用点を見出すという要求に関する。この場合には、グリッド構成要素の動作は、電気エネルギー供給グリッドによって要求された電力を、電源電圧と比較する垂下特性を用いて行われる。グリッド構成要素はそれぞれ、その垂下特性を用いて、供給されるその時点の電圧を決定する。グリッド構成要素がすべて、供給されるべき同一の電圧を出力する場合には、電気エネルギー供給グリッドに、複数のグリッド構成要素間で互いに適合する作用点が実現される。欧州特許出願公開第２ ６３２ ０１２ Ａ１号明細書によれば、最初に１つだけのグリッド構成要素が電源電圧を事前設定し、次いで残りのグリッド構成要素を電気エネルギー供給グリッドに接続することを可能にすると最も好都合であろう。しかしながら、島状グリッドは低階層を特徴とする。この場合には、グリッド構成要素を、単に消費者の負荷に共同で接続することができるだけである。しかしながら、消費者が接続されているために、自動始動中に存在する消費者の負荷が、これらの個々のグリッド構成要素には大きすぎて電源電圧を発生させることができない可能性がある。したがって、自動始動は、少なくとも２つの連携されたグリッド構成要素をともに用いて行われる。この連携は、非同期的に行われる場合もある。この場合には、連携されるグリッド構成要素はそれぞれ、垂下特性によって電気エネルギー供給グリッドへと供給される専用の電力に基づいて、グリッドに供給される電圧を算出する。しかしながら、これは、連携されたグリッド構成要素の１つが、例えば超過することができない電流制限があるために、自身の垂下特性に基づき他のグリッド構成要素に十分速く追随することができなければ、共通の電源電圧を非同期的に設定することはできないという知見により反対される。この問題は、欧州特許出願公開第２ ６３２ ０１２ Ａ１号明細書によれば、電源電圧に対して設定値を確定させて事前設定する共通のマスター装置によって同期的に解決し得る。この方法で、電源電圧の一時的な低下が原因で過度の高電流が要求されるような、グリッド構成要素の状況を回避することが可能であろう。しかしながら、個々のグリッド構成要素それぞれが、マスター装置に接続されることが必要になり、その結果相当なコストがかかり、非常に故障しやすく、したがって、まさに物理的に数キロメーターにわたって分布するグリッド構成要素の場合には十分に利用できない場合がある。

これに対して、欧州特許出願公開第２ ６３２ ０１２ Ａ１号明細書の１つの概念は、その垂下特性に基づいて停止されたグリッド構成要素を移動させ、グリッド構成要素が再びその垂下特性に基づいて移動することができるように、事実上推進力を与えることにある。これは、グリッド構成要素がその垂下特性に基づいて停止すると、グリッド構成要素は、垂下特性に基づいて新たな地点にシフトされて、出力される電力に対する電流制限未満の電流をそこから出力する必要があるという事実により実現される。したがって、再び可変になり垂下特性に基づいて自由に移動することが可能になっている出力電流によって、グリッド構成要素は電気エネルギー供給グリッドに出力される電力を増加させることができる。したがって、欧州特許出願公開第２ ６３２ ０１２ Ａ１号明細書は、供給電圧を電気エネルギー供給グリッドの電源電圧と同期させる方法を開示している。この方法では、供給電圧の特性は、垂下特性に基づいて決定可能であり、垂下特性が、供給電圧の特性を供給電力と比較し、供給電圧が印加されると、供給電力が電気エネルギー供給グリッドによって消費され、供給電力に対する限界に達すると、供給電圧の特性が特定値に適合される。供給電圧の特性または電源電圧の特性は、例えば周波数、位相角および／または対応する電圧の実効値である。エネルギー供給グリッドの自動始動の場合には、関与するグリッド構成要素はすべて、スイッチオン信号によって同期して開始され、電気エネルギー供給グリッドを介して互いに同期される。この場合には、マスター装置がグリッド構成要素の１つに接続されれば十分であり、マスター装置が前記グリッド構成要素に開始信号を与える。たとえ、欧州特許出願公開第２ ６３２ ０１２ Ａ１号明細書に従ったとしても、グリッド構成要素はすべて、エネルギー発生ユニットとしてのインバータを有することが可能であるように意図されている。インバータは、ＤＣ電圧源からの電気エネルギーを供給電圧に変換するように設計されており、マスター装置によって開始されるグリッド構成要素は、特に、電圧ランプの形で初期電圧上昇を発生するディーゼル発電機である。他のグリッド構成要素はすべて、電気エネルギー供給グリッドの自動始動に関与するようになるために、電圧上昇を測定し、この場合には電圧上昇は、グリッド構成要素としてエネルギー供給グリッドに接続されるインバータの電力出力を開始するために用いられる。

欧州特許第２ １９０ １１０ Ｂ１号明細書は、インバータおよび電源スイッチによってライン周波数が事前設定されたＡＣグリッドに接続可能なＤＣ電圧源の負荷容量を決定する方法を開示している。この方法では、電源スイッチが開放されて、４象限動作モードを有効にするインバータが作動すると、インバータのＤＣ入力電圧が検出される。インバータのＤＣ入力電圧は、ＤＣ電圧源の出力電圧またはインバータのＤＣリンクの電圧であってもよい。インバータがＤＣ入力電圧をライン周波数から逸脱する試験周波数に反転させるように、インバータを作動させる。この文脈における「逸脱する」とは、試験周波数がライン周波数よりも低くてもよいし、高くてもよいということを意味する。試験周波数は、ライン周波数よりも高い場合が多い。それぞれのインバータおよびその使用環境に対する試験周波数が適切に選択されていることを前提として、ＤＣ電圧源に作用する試験負荷を大幅に増加させて、ライン周波数でのインバータの内部消費を上回ることが可能である。具体的には、前記ＤＣ電圧源がグリッドに接続される場合には、試験負荷をＤＣ電圧源の負荷に相当するレベルに至らせることが、したがって可能である。これにより、第一にできるだけ早期にグリッド接続が行われるが、第二に新たなグリッドの切断の危険性はない。

本発明は、自動始動中の供給用の特別なエネルギー源に投資することなく実施することができる、ローカルＡＣグリッドに接続可能な複数のインバータを備える発電所の自動始動方法を特定するという課題に基づいている。さらに、ローカルＡＣグリッドに接続可能な複数のインバータ、およびそのような方法を実施するための、上位制御ユニットを備える発電所が特定される。

本発明の課題は、独立特許請求項１の特徴を有する方法、および独立特許請求項１６の特徴を有する方法によって解決される。従属特許請求項２〜１５、および従属特許請求項１７ならびに１８は、本発明による方法の好ましい実施形態を対象にしている。特許請求項１９は、本発明による方法の１つを実施する上位制御ユニットを備える発電所に関し、特許請求項２０は、本発明による発電所の好ましい実施形態に関する。

本発明による、ローカルＡＣグリッドに接続可能な複数のインバータを備える発電所の、第１の自動始動方法では、ＡＣ電圧が、第１のインバータによってＡＣグリッドに構築され、ＡＣ電圧と同期された後に、少なくとも１つの第２のインバータがＡＣグリッドに接続される。第１のインバータによって構築された第１のＡＣ電圧が、ＡＣグリッドの定格電圧に対して、少なくとも４分の１だけ低下し、好ましくは少なくとも半分だけ低下し、かつ、第２のインバータが接続されれば、第１のＡＣ電圧に対して上昇する第２のＡＣ電圧が、ＡＣグリッドに構築される。

純粋にＡＣグリッドの第１のインバータによって構築される第１のＡＣ電圧が、相当量、少なくともＡＣグリッドの定格電圧に対して４分の１だけ低下することによって、すなわち、第１のＡＣ電圧が最大でも定格電圧の７５％であることによって、主としてケーブル配線のラインキャパシタンスに依存し、したがって、ＡＣグリッドのＡＣ電圧の２乗に比例するＡＣグリッドの内部消費は、定格電圧が与えられたとして、定格電圧値の５６．２５％以下に減少する。同時に、定格電流が同じままであると、ＡＣグリッドのＡＣ電圧に対して直線関係の依存性を示す第１のインバータの容量は、定格電圧に対応する値の７５％までにしか減少しない。ＡＣグリッドの定格電圧を直接構築することに比べて、本発明による方法では、第１のインバータにはしたがって、いずれにせよ、その容量に基づいて４分の３の負荷がかかる。第１のＡＣ電圧が、例えば、ＡＣグリッドの定格電圧の１／２、またさらには、１／５しかなければ、内部消費が１／４または１／２５まで減少し、したがって、第１のインバータの容量に関する負荷は１／２または１／５まで減少する。少なくともローカルＡＣグリッドの内部消費の１／５は、一般に、発電所の通常の動作中に複数のうちの１つとして第１のインバータがいずれにせよ供給するよりもはるかに少ない。いずれにせよ、ＡＣグリッドの定格電圧と比較して第１のＡＣ電圧が低下する結果、単純な方法で、第１のＡＣ電圧を構築する間に、同様に第１のインバータの容量に基づいて、第１のインバータの容量に関する負荷を、前記ＡＣグリッドの定格電圧で第１のインバータが問題なくこの負荷に耐え得る程度まで、ＡＣグリッドの内部消費と比較して軽減することができる。このことは特に、対応するインバータが、自動始動用に、具体的には電圧ゼロからＡＣグリッドを新たに始動させるために特別に設計されていない場合にもあてはまる。

本発明による方法では、ＡＣグリッドのＡＣ電圧の構築が、少なくとも２つの別個の段階において行われる。第１段階においても、インバータは、第１のインバータによって第１のＡＣ電圧を構築するが、例えばディーゼル発電機とは対照的に、インバータに設けられた電流制限が原因で、第１のＡＣ電圧それ自体は、自動始動を管理するのに好適ではないだろう。これらの第１の段階、可能であれば後続する段階の後に、さらなるインバータが正確に連携して接続され、同様にしてインバータがすべてこのようにして接続され、新たなＡＣ電圧が正確に連携して構築される。この目的のために、自動始動の対応するフローチャートが、関与するインバータのすべてに記憶されるが、自動始動はインバータのすべてに共通のマスター装置によって連携されるのが好ましい。共通のマスター装置は、インバータの上位制御ユニットの機能を果たし、太陽光発電（ＰＶ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）ファームまたは風力発電ファームの場合にはファーム制御装置と呼ばれる。複数のエネルギー発生ユニットを備える島状の場合、例えば上位ＡＣグリッドに切断可能に接続された、物理的に限定されたグリッド部の場合については、上位制御ユニットは、アイランド（島）コントローラと呼ばれる。

本発明による方法では、第２のＡＣ電圧は、第１のＡＣ電圧の１．２倍〜３倍、特に２倍とすることができる。２倍の電圧で、第２のＡＣ電圧を構築する間に第１のインバータおよび第２のインバータに加えられた絶対的負荷は、第１のＡＣ電圧を構築する間に第１のインバータ単体に加えられた絶対的負荷の４倍の大きさである。しかしながら、４倍の大きさであるこの絶対的負荷は、好都合には、等分して２つのインバータ中に分配され、さらに２つのインバータはそれぞれ、第２のＡＣ電圧の場合には、容量が２倍になり、第１のＡＣ電圧の２倍になる。相対的負荷またはインバータの容量に関する負荷は、したがって、第１のＡＣ電圧の２倍の大きさである第２のＡＣ電圧を構築する間に増加させない。

第２のＡＣ電圧は通常、ＡＣグリッドの定格電圧よりもさらに際立って低い。すなわち、第１のＡＣ電圧の少なくとも０．２倍だけ、多くの場合０．５倍だけＡＣグリッドの定格電圧よりも低い。ほとんどの場合には、第２のＡＣ電圧は、第１のＡＣ電圧の少なくとも１倍分定格電圧を下回っている。

したがって、本発明による方法では、第２のＡＣ電圧と同期された後に、第３のインバータを、ＡＣグリッドに接続することができる。また、第３のインバータが接続されれば、第２のＡＣ電圧に対して上昇する第３のＡＣ電圧を、ＡＣグリッドに構築することができる。この第３のＡＣ電圧もまた、第１のＡＣ電圧の少なくとも０．２倍分または０．５倍分ＡＣグリッドの定格電圧よりも低くなり得るため、全定格電圧は、４個以上のインバータによって、後続のステップではじめて構築される。

この場合には、連続的に構築されたＡＣ電圧間の差は、各場合において第１のＡＣ電圧の０．２倍または０．５倍から２倍とすることができる。連続的に構築されたＡＣ電圧間の差は常に同じであり、しかも、正確に第１のＡＣ電圧と同じであることが好ましい。

定格電圧を段階的に構築するのに用いられるインバータの数は、通常各発電所のサイズ、すなわちインバータの数によって決まる。この場合には、１つのさらなるインバータが、各段階で常に正確に動作するように、個々のインバータの両方の連続的な接続が可能である。同様に、第１のインバータが動作すれば、すなわち第２の段階以降は、各場合において、複数のインバータからなる１つのグループが、１つの段階内のローカルＡＣグリッドに接続されるように、インバータの連続的な接続が可能である。しかしながら、この場合には、同時に接続されるインバータの数が増加するにつれて増加する補償電流が、事前設定された最大値を超過しないという事実に注意を払うべきである。この目的のために、１つの段階内に接続されるインバータを、ＡＣグリッドに短時間に順々に接続することもできるため、個々の補償電流が同時に発生せず、重畳しない。したがって、第１に発電所の自動始動をできるだけ迅速に実施することが望ましく、したがって、できるだけ少ない連続段階で実施することが望ましい。しかしながら、他方では、自動始動の全期間を通して、その時点に存在するＡＣ電圧によって決まるインバータ容量限界付近で、ローカルＡＣグリッドに接続されたインバータに、絶対に負荷がかからないように注意する必要がある。それぞれのＡＣ電圧に関するインバータのその時点の出力と容量との間に、少なくとも２０％の十分な制御用の余力を常に残しておくことが好ましい。これにより、自動始動中の予期せぬ事象、例えば個々のインバータの電力の一時低下に対応できるようにするための、制御範囲が確実に存在するようになる。一般に、段階の数は、３段階〜１０段階の間である。通常、４段階〜６段階の間である。５段階が適切である場合が多い。

大きな補償電流を回避するために、インバータはそれぞれ可能な限り、ＡＣグリッドに電力なしで接続される。これを実現するために、それぞれのインバータの電圧垂下および周波数垂下を、接続時に、理想的にはＡＣグリッドにまったく電力が流れないようにシフトすることができる。実際には、接続直後のある一定の補償電流、およびそれにともなう電力の流れは、インバータをローカルＡＣ電圧に対して同期させる際に常に公差が存在しているために、完全には回避することはできない。しかしながら、周波数垂下および電圧垂下でのシフトが最適化されることにより、これらの補償電流を無害な量にまで低減することができる。これは、すでに接続されているインバータの周波数垂下、およびこれから接続されるインバータの周波数垂下における対応する低減を維持しながら行うことができる。

しかしながら、これから接続されるインバータの場合には、周波数垂下のシフトではなく電圧垂下のシフトだけを行うことによって、それぞれのインバータを電力なしで接続することもまた実現可能である。周波数垂下は接続中に、その初期特性を維持することができる。この実施形態では、さらなるインバータの接続以前にすでに接続されているインバータの場合には、垂下が両方ともシフトされ、すでに接続されているインバータの周波数垂下は増加する。第１のインバータがＡＣグリッドに接続されている間、その周波数垂下の位置は臨界状態ではない。というのは、ローカルＡＣグリッドにインバータが１つしかない場合には、負荷の分配が周波数垂下による影響を受けないからである。具体的には、第１のインバータを電力なしで接続した後に、ＡＣグリッドに接続されたインバータのすべてに、それぞれのさらなるインバータを接続した後の都合に合わせて負荷を分配するための措置を講じる必要はない。しかしながら、第１のインバータは、接続されれば、ＡＣグリッドの定格周波数から始まるＡＣグリッドに第１のＡＣ電圧を構築することができる。第１のインバータの接続は、出力電圧ゼロまたはゼロ付近で行われる。電圧垂下を増加させることによって、インバータの出力電圧を、第１のＡＣ電圧まで増加させる。

第２のインバータおよびさらなるインバータのすべてが接続された後に、ＡＣグリッドに接続されたインバータのすべての間に負荷を分配するために、直近に接続されたインバータの周波数垂下ならびに電圧垂下、およびすでに前もって接続されていたインバータのすべての周波数垂下ならびに電圧垂下を、互いに適合させることができる。周波数垂下および電圧垂下の適合は、同一のインバータの場合には、これらの垂下を調節することであってもよいが、この適合の結果、それぞれのＡＣ電圧が一様に、具体的には均等にインバータのすべてに印加されていることを前提として、ＡＣグリッドの内部消費が生じる。しかしながら、個々のインバータの個々に異なる公称出力を考慮に入れて、負荷の分配を行うこともまた可能である。この場合には、負荷はインバータ間に一様に分配されないが、公称出力が大きいインバータが、公称出力が小さい残りのインバータよりもその分だけわずかに高い負荷比率を呈している。

インバータのすべての間に負荷が分配されれば、新たなＡＣ電圧を構築するために、ＡＣグリッドに接続されたインバータのすべての電圧垂下を、並行して増加させることができる。第１のインバータだけがＡＣグリッドに接続されれば、相応して、その電圧垂下だけが増加する。

ＡＣグリッドのＡＣ電圧が増加するにつれて増加するＡＣグリッドの内部消費によって、ＡＣグリッドのＡＣ電圧の周波数が減少する。ＡＣグリッドに接続されたインバータのすべての周波数垂下を増加させることによってＡＣ電圧が構築されれば、ＡＣグリッドのＡＣ電圧の周波数を、再びＡＣグリッドの定格周波数まで増加することができる。このステップもまた、第１のインバータそれ自体がＡＣグリッドに第１のＡＣ電圧を構築するときに、前記第１のインバータによって実施されるのが好ましい。

あるいはこれに代えて、シフトされるのが、すでに接続されているインバータの周波数垂下ではなくて、次のステップで接続されるインバータの周波数垂下であることもまた可能である。この方法でも、これから接続されるインバータを電力なしでローカルＡＣグリッドに接続することが実現可能である。接続が行われれば、ＡＣグリッドに接続されたインバータのすべての周波数垂下および電圧垂下もまた、この場合調節される。したがって、それぞれのＡＣ電圧の場合の全内部消費は、その時点で接続しているインバータ間に一様に分配される。

本発明による方法の第２の段階および後続の段階のＡＣグリッドに接続されたインバータは、本発明の記述において、これまで電圧設定機能付インバータであると仮定してきた。少なくとも自動始動の間は、インバータをすべて電圧設定態様で動作させると同様に好適である。しかしながら、第１のインバータだけは、必ず電圧設定動作を有効にする必要がある。さらなるインバータは、少なくともその一部は、電流設定動作のインバータであってもまたよい。電流設定機能付インバータを、出力電流ゼロから一定の電流になるまで始動することができる。インバータはその後、例えば、電力なしでＡＣグリッドに接続された後に、この一定の電流を維持する。その後、前記インバータによって取り込まれた負荷は、ＡＣグリッドのＡＣ電圧が階段的に増加するにつれて増加する。電流設定機能付インバータの常に水平な電力／周波数特性に対応する、この手順では、電流設定機能付インバータは、ＡＣグリッドのグリッド調整には寄与しない。しかしながら、そのような寄与は同様に、電圧垂下および周波数垂下のすべてを適切に適合させることによって、実現することが可能である。自動始動中にハイブリッド動作モードの場合には、すなわち、電圧設定機能付インバータおよび電流設定機能付インバータを同時に動作させる場合には、電圧設定機能付インバータの制御用に蓄えられる余力が、少なくとも２０％を大幅に上回ると有利であり、少なくとも５０％を大幅に上回ると有利である。これは、ＡＣ電圧が増加する場合には、当初は電圧設定機能付インバータが負荷の大部分に対応する必要がある一方で、電流設定機能付インバータは、電圧設定機能付インバータによって出力される周波数に基づいて単に応答するだけであるという事実に起因する。

明瞭さを欠くことがないように、以下のように明記する。すなわち、原則として、電圧設定機能付インバータは、グリッド形成に必要である。典型的な発電機特性ｆ（Ｐ）またはｕ（Ｑ）が、前記インバータの制御装置によってインバータに付与される。それらの特性はそれぞれ、電圧源としてＡＣグリッドで作用し、電圧源の出力部にインピーダンスが接続された結果、出力電力が生じる。しかしながら、電圧設定機能付インバータの有効電力出力は、発電機の場合と同様に、出力部でのＡＣ電圧に対して影響する。有効電力出力が大きくなるほど、ＡＣ電圧の周波数が低下する。同じことは無効電力に当てはまる。すなわち、電圧設定機能付インバータの出力部でのＡＣ電圧の電圧振幅は、出力無効電力によって決まる。したがって、発電機特性ｆ（Ｐ）およびｕ（Ｑ）を用いて、発電機形式の電気機械の動きと同等のインバータの動きが実現される。

Ｐ（ｆ）特性およびＱ（ｕ）特性が電流設定機能付インバータに記憶されると、前記インバータがグリッド支援態様で動作する。これは、ＡＣ電圧の出力部で供給される有効電力が、ライン周波数に依存することを意味する。このライン周波数が高い場合には、すなわちＡＣグリッドに電力が過多である場合には、グリッド支援電流設定機能付インバータは、ＡＣグリッドに電力が過少である指標である、低ライン周波数よりも少量の有効電力を供給する。この動きにより、インバータはグリッドの電力の過不足を打ち消す動きをする。すなわち、インバータがＡＣグリッドを支援する。同様に、Ｑ（ｕ）特性は、ＡＣグリッドのインバータの接続点でのＡＣ電圧の振幅に応じて、インバータの無効電力を確実に出力するようにする。

さらに、その時点のグリッド状態とは無関係に供給するインバータを設けることもまた可能である。これらも同様に、電流設定機能付インバータである。しかしながら、一般にこれらのインバータは、ＡＣグリッドの状態を問わず、それらの最大限供給可能な電力をＡＣグリッドに供給する。すべての他のインバータがそうであるように、一次エネルギーの供給（例えば、接続された光起電力発生器のモジュールへの入射電力の供給）によって、または装置固有の電力供給容量が原因で、電力は、頂点においてのみ制限される。

最後に述べた２つのタイプの電流設定機能付インバータは、本発明による方法に従う自動始動に寄与し、グリッド構成要素を支援するための電力を供給することができる。しかしながら、グリッド構成要素、すなわち、電圧設定機能付インバータ単体、または電圧設定機能付インバータ単体に記憶された特性ｆ（Ｐ）および特性ｕ（Ｑ）が、ローカルＡＣグリッドのＡＣ電圧の特性を決定する。好ましい実施形態における特性のプロフィールは、ファーム制御装置または上位制御ユニットによって制御されるので、したがって、ファーム制御装置または上位制御ユニットが、ローカルＡＣグリッドのＡＣ電圧を決定する。

本発明による方法では、ＡＣグリッドに第１のインバータによって構築されたＡＣ電圧は、その振幅に関してだけでなくその周波数に関しても、ＡＣグリッドの定格値から逸脱することができる。具体的には、ＡＣ電圧は、ＡＣグリッドの定格周波数から少なくとも１０％だけ逸脱する周波数を有し得る。ＡＣグリッドで容量性負荷か誘導性負荷のいずれが優勢であるかに応じて、自動始動し易くするために、第１のＡＣ電圧の周波数をＡＣグリッドの定格周波数と比較して低くするのか、高くするのかを選択する必要がある。周波数および容量性負荷を低くした場合には、容量性負荷による無効電力の消費が低減される。誘導性負荷では反対の動きがある。第２のインバータが接続された後に、ＡＣグリッドに構築された第２のＡＣ電圧は、このとき、ＡＣグリッドの定格周波数により近い周波数を有し得る。

周波数が当初ＡＣグリッドの定格周波数から逸脱するＡＣ電圧を構築することによって、自動始動中のＡＣグリッドによる電力消費量を低減させるというこの概念を、実効値が当初ＡＣグリッドの定格値と比較して減少するＡＣ電圧を構築するという概念に追加的に用いることができるだけでなく、代替的に用いることもできる。つまり、具体的には、第１のインバータによって構築された第１のＡＣ電圧は、ＡＣグリッドの定格電圧にすでに到達し得るが、ＡＣグリッドの定格周波数から少なくとも１０％だけ逸脱している周波数を有し得るということである。第２のインバータが接続された後に、次いで、ＡＣグリッドの定格周波数により近い周波数を有する第２のＡＣ電圧を、ＡＣグリッドの定格電圧から構築することができる。

この方法は、３つ以上の段階において実施することもまた可能である。この場合には、２つの連続的に構築されたＡＣ電圧の周波数が互いに、すでにＡＣグリッドの定格周波数により近い周波数の少なくとも１０％だけ異なっていてもよい。特に数段階において自動始動させる場合には、この差異は、少なくとも２５％または少なくとも５０％であってもよいし、特定の場合には、少なくとも７５％であってもまたよい。この差異に対する合理的な上限は８５％である。

発電所を自動始動させるための、本発明によるこの第２の方法に関して記述された措置はすべて、本発明による第１の方法において用いることもまた可能である。逆に、ＡＣ電圧がその実効値に対して必ずしも同様に低下していることが必要でなければ、実効値がＡＣグリッドの定格電圧と比較して低下していることが必要であるＡＣグリッドに第１の定格電圧を構築せずに、本発明による第１の方法に関する上述のあらゆる措置を、本発明による第２の方法に用いることもまた可能である。

ローカルＡＣグリッドに接続可能な複数のインバータを備える本発明による発電所の場合には、自動始動中に、上述の本発明による方法の１つに従ってインバータをＡＣグリッドに接続する、上位制御ユニットが設けられる。この場合には、上位制御ユニットは、どのインバータがローカルＡＣグリッドに第１のＡＣ電圧を構築する第１のインバータであるかを決定し、どのインバータがその後、どの順序でＡＣグリッドに接続されるのかもまた決定する。さらに、本発明に従って個々のインバータの電圧垂下および周波数垂下をシフトするのは、上位制御ユニットとすることができる。ローカルＡＣグリッドで定格電圧に達すると直ちに、自動的に、すなわち、上位制御ユニットによって連携されずに、さらなインバータを、ローカルＡＣグリッドに接続することもまた可能である。しかしながら、接続中には完全に回避することができない補償電流を妥当な範囲内に保つ目的で、この場合にもまた、連携された方法で、例えばインバータに内在的に記憶された接続順序によって、あるいは上位制御ユニットを介して、接続を実施するのが有利である。

上位制御ユニットは、入力側でインバータに接続された１つまたは複数のＤＣ電源からそのエネルギーの供給を直接受けることができる。エネルギーが外部から利用可能でない時のために、上位制御ユニットは、例えばバッテリに基づいた、専用のエネルギー供給装置を備えることもまた可能である。

インバータに接続されたＤＣ電源は、特に、光起電力発生器とすることができる。光起電力発生器は、原則として、外部からの初期エネルギー供給なしに電気エネルギーを発生させることができる。しかしながら原則として、本発明による方法を、複数の風力タービンを備える風力発電ファームに移すこともまた可能である。この場合にもまた、風力タービンに接続された単一のインバータによって定格電圧で風力発電ファームの内部消費を供給することができない場合には、この方法は適切である。

本発明の有利な発展形態は、特許請求項、明細書、および図面に記載される。特徴の説明、および複数の特徴の組合せの説明で言及された利点は、単なる例示であって、択一的に、または累積的に使用可能であり、必ずしも本発明による実施形態によって、利点を達成しなければならないというのではない。これにより、添付の特許請求項の主題を変更することなく、原出願の明細書および、特許請求項の開示内容に関して以下のことが当てはまる。さらなる特徴は、図面から収集することができる。選択された特許請求項における戻り参照からの逸脱として、本発明の様々な実施形態の特徴または様々な特許請求項の特徴を組み合わることも同様に可能であり、本明細書によって示唆されている。このことは、別個の図面に示された特徴、または明細書に言及された特徴にも適用される。これらの特徴を、様々な特許請求項からの特徴と組み合わせることもまた可能である。同様に、特許請求項で言及された特徴は、本発明のさらなる実施形態から省略することが可能である。

特許請求項および本明細書で言及された特徴は、それらの数に関して、正確にこの数または、言及された数よりも大きな数を規定するように理解されるものとし、副詞「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」を使用してはっきりと表現する必要はない。したがって、例えば、「一（ａｎ）」要素または「１つの（ｏｎｅ）」要素が議論される場合には、これは、正確に１つの要素、２つの要素、またはそれを上回る数の要素が規定されていることを意味すると理解されるものとする。これは例えば、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」要素または「第２の（ａ ｓｅｃｏｎｄ）」要素、またはそうでなければ「さらなる（ａ ｆｕｒｔｈｅｒ）」要素が議論される場合にも当てはまる。この場合にもまた、正確に１つの、２つの、またはそれを上回る数の、第１の要素、第２の要素、さらなる要素を規定することができる。

これらのはっきりと言及された特徴を、他の特徴によって補足することが可能であり、もしくはそれぞれの方法またはそれぞれの発電所が有する単一の特徴とすることが可能である。

各特許請求項に含まれる参照符号は、特許請求項によって保護される主題の範囲の限定を意味するものではない。それらは単に、特許請求項をより理解し易くする目的を果たすにすぎない。

以下に本発明を、例示的な実施形態に基づく添付の図面を参照して、さらに詳細に説明し、記述する。

図１は、複数のインバータ、およびファーム制御装置を備える発電所の基本回路図を示す。 図２は、図１に示された発電所を自動始動させるための、本発明による方法の順序を図示するフローチャートを示す。 図３は、発電所のインバータの、本発明による方法において用いられる周波数垂下および電圧垂下を示す。 図４は、ローカルＡＣグリッドの内部消費、およびＡＣグリッドにおけるＡＣ電圧に関して、図１に示される発電所のインバータの容量を図示するグラフを示す。 図５は、図２に示される方法において、ローカルＡＣグリッドに最初に接続されたインバータによる皮相電力の出力、およびＡＣグリッドの内部消費のために使用された、この皮相電力の成分を図示するグラフを示す。 図６は、図２に示される方法において、ローカルＡＣグリッドに最初に接続されたインバータに対する負荷を図示するグラフを示す。

図１に示された発電所１は、複数のインバータ２を備え、そのうちの３つが図示されている。しかしながら、インバータ２の数は、それよりもずっと大きく、例えば、４２とすることができる。インバータ２は、電源スイッチ３および変圧器４を介してローカルＡＣグリッド５に接続可能である。ローカルＡＣグリッド５は、次に、主変圧器６、およびグリッド連絡点としての一次電源スイッチ７を介して、外部ＡＣグリッド８に接続可能である。一次電源スイッチ７を介しての接続は、上位制御ユニットとしてのファーム制御装置９によって行われる。ファーム制御装置９は、さらに個々のインバータの制御装置１０と通じており、矢印接続線によって図示される。ローカルＡＣグリッド５または電源スイッチ３の位置に存在するＡＣ電圧と接続される、インバータ２の出力電圧の同期については、それぞれの場合において、電圧計２４が設けられている。前記電圧計は、それぞれの電源スイッチ３の両側の電圧差を検出し、この電圧差をインバータ２の対応する制御装置１０に伝達する。さらに、電圧計２４は、それぞれの電源スイッチ３の両側に存在し得る周波数差および位相差を検出し、かつ、これらの周波数差および位相差を、インバータの制御装置１０に伝達するように設計されている。制御装置１０は、原則として、インバータ２の出力部に存在するＡＣ電圧に応じてインバータ２の動作を制御する。これが、それぞれの変圧器４の変圧比によって変換された、ローカルＡＣグリッド５のＡＣ電圧である。入力側では、ＤＣ電源がインバータ２に接続される。ＤＣ電源は特に、光起電力発生器であってもよいが、図１では示されていない。ＡＣグリッド５というこの用語は、この場合特に、個々のインバータを、インバータ同士接続する配線系統であって、かつ、一次電源スイッチ７、および変圧器４ならびに変圧器６に接続する、通常長いライン長を有する配線系統を意味する。この結果、ラインキャパシタンスが高くなり、それに応じて、個々のインバータ２の定格出力に基づく電力のＡＣグリッド５の内部消費も大きくなる。電力のこの内部消費は、実質的にラインキャパシタンスに基づくので、ＡＣグリッド５のＡＣ電圧とともに２次方程式的に増加する。本発明による方法はこのことを利用して、個々のインバータ２がＡＣグリッド５に接続している間、すなわちいわゆる自動始動中にＡＣグリッド５の内部消費によって、ＡＣグリッド５に最初に接続されるインバータ２に、負荷がかかり過ぎないようにしている。

図２にフローチャートの形で概略が図示された、いわゆる自動始動中、すなわち、外部ＡＣグリッド８からの電気エネルギーの供給がない間に、図１に示されたインバータ２をローカルＡＣグリッド５に接続するための方法は、ステップ１１の開始後に始まる。ステップ１１では、第１のインバータ２が、ＡＣグリッド２に電力なしで最初に接続される。ＡＣグリッド５の電圧がゼロであるので、これはインバータも当初は電圧を出力しないことを意味する。続くステップ１２では、電圧がこの後上昇する。これは、サブステップ１２ａでは、ＡＣグリッド５に接続されたインバータ２のすべての電圧垂下が増大するように行われる。このように、接続されたインバータ２の出力電圧が上昇することにより、ＡＣグリッド５のＡＣ電圧のレベルも上昇した結果、ＡＣグリッド５に対して存在する無効負荷の場合には、事前設定されたＡＣ電圧が実現される。この場合には、電圧垂下は、図３（ｂ）に図示された電圧／無効電力特性ｕ（Ｑ）である。この場合にはｕは、それぞれのインバータ２の出力部のＡＣ電圧である。また、Ｑは、インバータによる無効電力出力である。直接ＡＣグリッド５の定格電圧の実現を図るために、ＡＣグリッド５に接続された第１のインバータ２は、ステップ１２ａでは使用されない。その代わりに、大幅に低い第１のＡＣ電圧が設定される。第１のＡＣ電圧はこの場合には、一例として、定格電圧のわずか１／５である。

図３（ａ）に示された周波数垂下、すなわち、図３（ｂ）に示される電圧垂下に加えて各インバータ２に記憶される周波数／有効電力特性ｆ（Ｐ）は、第１のインバータ２がＡＣグリッド５に接続されている間に、インバータ２によって供給されるＡＣ電圧が、有効電力Ｐ＝０が与えられたとして、ＡＣグリッド５の定格周波数ｆ_０を有するように調節される。サブステップ１２ａにおいて電圧を上昇させることによって、インバータ２による有効電力Ｐの出力が増加し、したがって周波数ｆは、ＡＣグリッドの定格周波数ｆ_０未満に低減する。周波数ｆのこの低減は、サブステップ１２ｂにおいて、ＡＣグリッド５に接続されたインバータ２の、この場合には、当初は最初に接続されたインバータ２のみの周波数垂下を増大させることにより補われる。その後、定格電圧のわずか１／５だが、ＡＣグリッド５の定格周波数ｆ_０を有する、第１のＡＣ電圧がＡＣグリッド５に存在する。

続くステップ１３では、さらなるインバータ２が、ＡＣグリッド５に接続される。第１のサブステップ１３ａでは、さらに、新たなインバータ２が、ＡＣグリッド５のＡＣ電圧の周波数および位相と同期される。この場合には、ＡＣグリッドのＡＣ電圧の実際の周波数の場合に、有効電力Ｐ＝０を出力するように、周波数垂下ｆ（Ｐ）が適宜調節される。次のサブステップ１３ｂでは、ＡＣグリッドのＡＣ電圧が与えられたとして、これから接続されるインバータもまた無効電力Ｑ＝０を出力するように、電圧の適合が行われる。この目的のために、電圧垂下ｕ（Ｑ）が、相応に調節される。この調節は、電圧計２４を用いて行われる。電圧計２４は、後続のステップで接続されるインバータ２用の電源スイッチ３の接点間の電圧差を検出する。接続直後に前記インバータもまた、無効電力Ｑ＝０を出力するように、電源スイッチ３のすでに開状態である対応する電源スイッチ３の位置で、電圧計３ａが電圧差０を検出するように、その電圧垂下を、したがってその出力電圧をシフトする必要がある。続くサブステップ１３ｃでは、インバータ２は当初、電力なしでＡＣグリッド５に接続される。サブステップ１３ｄで初めて、接続されたインバータ２は、有効電力Ｐおよび無効電力ＱのＡＣグリッド５の内部消費分を取り込む。この目的のために、その周波数垂下ｆ（Ｐ）およびその電圧垂下ｕ（Ｑ）と、すでに前もってＡＣグリッド５に接続されている他のインバータ２のすべての周波数垂下および電圧垂下との適合が行われる。

その後ＡＣグリッド５に接続されているインバータ２の合計数が、依然として５以下であれば、方法はステップ１２に戻り、サブステップ１２ａにおいて、接続されたインバータ２のすべての電圧垂下ｕ（Ｑ）をシフトさせることによって、ＡＣグリッド５のＡＣ電圧を、この場合にはＡＣグリッド５の定格電圧の１／５だけ高い、新たなＡＣ電圧まで上昇させる。次いで、サブステップ１２ｂでは、ＡＣ電圧の再び低下した周波数を、接続されたインバータ２のすべての周波数垂下ｆ（Ｐ）をシフトさせることにより、再びＡＣグリッド５の定格周波数まで上げる。

ステップ１３の後に、ＡＣグリッド５に接続されたインバータの数が、５以上であれば、サブステップ１２ａを続行したことにより、すでにＡＣグリッド５の定格電圧は達せられている。次いで、さらなるインバータ２をそれぞれ、サブステップ１３ａ〜１３ｄをともなうステップ１３によって接続させることが可能である。この場合には、電力供給が増加してもＡＣグリッドの内部消費がそれ以上増加することなく、ＡＣグリッドの定格周波数が維持されるように、サブステップ１３ｄに従って電力Ｐおよび無効電力Ｑを取り込んだ後に、接続されたインバータのすべての周波数垂下を次に低減させる必要がある。インバータ２のすべてが、この場合には４２個のインバータ２が接続されていれば、続くステップ１４で、図１に示される外部グリッド８、すなわちこの場合には一次電源スイッチ７へのグリッド中継点の電圧を、そこで所望される定格値に設定することができる。この目的のために、電圧垂下ｕ（Ｑ）および周波数垂下ｆ（Ｐ）はすべて、相応に追随調整される。このステップは、ＡＣグリッド５が、外部ＡＣグリッド８にまったく接続していないか、または少なくとも通常は外部ＡＣグリッドに接続していない島状であれば、省略することができる。

図２に示された方法では次に、外側から電圧の事前設定が行われているか否かに応じて、分岐が設けられる。それに従って、以降のグリッド回復戦略が異なる。外部ＡＣグリッド８によって事前設定された外部電圧の場合には、ＡＣグリッド８との同期がステップ１５で行われ、ステップ１６では、一次電源スイッチ７を介してＡＣグリッド５がＡＣグリッド８に接続された後に、発電所１による有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの取り込みが行われる。同様にこの目的のために、再び、接続前および接続後に、インバータ２の周波数垂下ｆ（Ｐ）および電圧垂下ｕ（Ｑ）を相応に適合させることができる。これにより、第一に、有効電力または無効電力を転送せずに、ローカルＡＣグリッド５を外部ＡＣグリッド８に接続させて、第二に、接続後に、有効電力および無効電力の供給が、ローカルＡＣグリッド５によって制御されるようになる。電力なしで接続を実施するために、電圧計２５が、一次電源スイッチ７の位置に設けられる（図１参照）。前記電圧計は、開放された一次電源スイッチ７の接点間の電圧差を検出し、この差をファーム制御装置９に伝達する。

外部から電圧を事前設定せずに、ステップ１７では、負荷を島状にＡＣグリッド５に接続し、後続のステップ１８では、ＡＣグリッド５の定格電圧および定格周波数が、これらの負荷で維持されるように、インバータ２の周波数垂下および電圧垂下を追随調整することができる。

図２に示された方法は、図１に示されるファーム制御装置９が、実質的にインバータの制御装置１０に対して作用することにより制御される。方法が実施されて、ＡＣグリッド８の外部条件、またはさらなる負荷とＡＣグリッド５との接続が変化した場合に、ステップ１６または１８が、インバータ２の周波数垂下および電圧垂下の適合が必要になるほど激しく変化した場合に、ファーム制御装置９は、ここで初めて介入が必要になる。

図４は、４２個のインバータを備える例示的な発電所の、ＡＣグリッド５の内部消費を図示するグラフを示す。４２個インバータはそれぞれ、入力側で光起電力発生器に接続されている。この場合には、内部消費は、ＡＣグリッドのＡＣ電圧ｕをＡＣグリッド５の定格電圧ｕ_Ｎで割った商がグラフで示されている。内部消費１９は、実質的にＡＣグリッド５のラインキャパシタンスに基づくので、電圧ｕとともに２次方程式的に増加する。さらに、図４は、電圧ｕに関して個々のインバータ２の容量２０を図示するグラフを示す。容量は、定電流が与えられたとして、電圧ｕに対して直線関係の依存性を示す。

図５は、皮相容量２１、すなわち、ＡＣグリッド５の定格電圧が与えられたとして、皮相容量Ｓ_Ｎに正規化された、合計４２個のインバータの接続中にインバータ２が利用可能な皮相電力を、図２に図示された方法の各段階にわたって示している。同時に、前記インバータによって取り込まれる、ＡＣグリッド５の内部消費の比率２２をグラフに示す。皮相容量２１は、最初の５つの段階にわたって増加する、ＡＣグリッド５のＡＣ電圧とともに直線的に増加する。同時に、インバータ２に属する内部消費のその比率２２もまた、直線的に増加する。なぜなら、さらなるインバータがこれらの段階にわたって接続されているが、ＡＣグリッド５の内部消費は、２次方程式的に増加するからである。５個を超えるインバータが接続された時に初めて、比率２２は最終的に、ＡＣグリッド５の内部消費の１／４２まで下落する。

図６は、図２に示される方法の各段階にわたってＡＣグリッド５に接続された第１のインバータ２の負荷、すなわちインバータの容量に基づいてインバータに対して作用する絶対的な負荷を図示するグラフを示し、この負荷は、ＡＣグリッド５のＡＣ電圧とともに直線的に増加する。この場合、予備電力を保つために、容量が７０％を超えて使い果たされることはない。方法の第一段階より後、すなわち、第１のインバータ２がＡＣグリッド５に接続されると、第１のＡＣ電圧の場合には、容量に基づいて、負荷が増加する。次の４段階にわたって、負荷は最大のままであり、各段階の初めに、さらなるインバータが接続され、次いで前記インバータが、次の段階までＡＣグリッド５のＡＣ電圧なしに、したがって、すでに増加したＡＣグリッドの内部消費なしに有効電力および無効電力を両方とも取り込めば、ここでは図示されないが負荷の減少がもたらされる。いずれにせよ、負荷２３は、段階６で第６のインバータ２の接続後に、引き続き減少する。電気エネルギーを供給するために、負荷がＡＣグリッド５に直接接続されるか、またはＡＣグリッド５が外部ＡＣグリッド８に接続された時にはじめて、負荷２３が再び増加する。

１ 発電所
２ インバータ
３ 電源スイッチ
４ 変圧器
５ ローカルＡＣグリッド
６ 主変圧器
７ 一次電源スイッチ
８ 外部ＡＣグリッド
９ ファーム制御装置
１０ 制御装置
１１ ステップ
１２ ステップ
１２ａ サブステップ
１２ｂ サブステップ
１３ ステップ
１３ａ サブステップ
１３ｂ サブステップ
１３ｃ サブステップ
１３ｄ サブステップ
１４ ステップ
１５ ステップ
１６ ステップ
１７ ステップ
１８ ステップ
１９ 内部消費
２０ 容量
２１ 皮相容量
２２ 内部消費の比率
２３ 負荷
２４ 電圧計
２５ 電圧計
ｕ 電圧
ｆ 周波数
ｆ_０ 定格周波数
Ｐ 有効電力
Ｑ 無効電力
Ｓ 皮相電力
Ｓ_Ｎ 定格出力
ｕ_Ｎ 定格電圧
ｆ（Ｐ） 周波数垂下
ｕ（Ｑ） 電圧垂下

Claims (20)

1. ローカルＡＣグリッド（５）に接続可能な、複数のインバータ（２）を備える発電所（１）の自動始動方法であって、
   − ＡＣ電圧が第１のインバータ（２）によって前記ＡＣグリッド（５）に構築されるとともに、
   − 前記ＡＣ電圧と同期された後に、第２のインバータ（２）が前記ＡＣグリッド（５）に接続される、方法において、
   − 前記第１のインバータ（２）によって構築された前記第１のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）の定格電圧に対して少なくとも４分の１だけ低下することと、
   − 前記第２のインバータ（２）が接続されれば、前記第１のＡＣ電圧に対して上昇する第２のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）に構築されることとを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記第２のＡＣ電圧が、前記第１のＡＣ電圧の１．２倍〜３倍であり、好ましくは２倍であることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２項に記載の方法において、前記第２のＡＣ電圧と同期された後に、第３のインバータ（２）が、前記ＡＣグリッド（５）に接続されることと、前記第３のインバータ（２）が接続されれば、前記第２のＡＣ電圧に対して上昇する第３のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）に構築されることとを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、連続的に構築されたＡＣ電圧間の差が、前記第１のＡＣ電圧の０．２倍〜２倍であり、好ましくは１倍であることを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、連続的に構築されたＡＣ電圧間の差が同じままであることを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、前記ＡＣグリッド（５）の前記定格電圧が、３段階〜１０段階で、好ましくは、４段階〜６段階で構築されることを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、複数のインバータ（２）が、前記ＡＣ電圧の１つと同期され、次いで、前記ＡＣグリッド（５）に接続されることを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、インバータ（２）がそれぞれ、前記ＡＣグリッド（５）に電力なしで接続されることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、それぞれの場合に接続されるインバータ（２）の電圧垂下および／または周波数垂下、および／またはすでに接続されているインバータ（２）の電圧垂下および／または周波数垂下が、接続時に、前記ＡＣグリッド（５）に電力が流れないように、シフトされることを特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、前記ＡＣグリッド（５）に接続された前記インバータ（２）のすべての間に負荷を分配するために、直近に接続されたインバータ（２）の周波数垂下および電圧垂下が、すでに前もって接続されている前記インバータ（２）のすべての前記周波数垂下および電圧垂下に適合されることを特徴とする方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法において、前記ＡＣ電圧の１つが、その時点までに前記ＡＣグリッド（５）に接続された複数の、任意選択ですべての、前記インバータ（２）によって、前記ＡＣグリッド（５）に構築されることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、新たなＡＣ電圧を構築するために、前記ＡＣグリッド（５）に接続された複数の、任意選択ですべての、前記インバータ（２）の電圧垂下が増大することを特徴とする方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法において、前記ＡＣ電圧の１つが構築されれば、前記ＡＣ電圧のそれぞれについて前記ＡＣグリッド（５）の定格周波数を実現するために、前記ＡＣグリッド（５）に接続された複数の、任意選択ですべての、前記インバータ（２）の周波数垂下が増大することを特徴とする方法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法において、前記ＡＣグリッド（５）の前記第１のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）の定格周波数から始まる前記第１のインバータ（２）によって構築されることを特徴とする方法。
15. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法において、
    − 前記ＡＣグリッド（５）の前記第１のインバータ（２）によって構築された前記第１のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）の定格周波数から少なくとも１０％だけ逸脱する周波数を有することと、
    − 前記ＡＣグリッド（５）の前記第２のインバータ（２）が接続されれば構築される前記第２のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）の前記定格周波数により近い周波数を有することとを特徴とする方法。
16. ローカルＡＣグリッド（５）に接続可能な、複数のインバータ（２）を備える発電所（１）の自動始動方法であって、
    − ＡＣ電圧が第１のインバータ（２）によって前記ＡＣグリッド（５）に構築されるとともに、
    − 第２のインバータ（２）が、前記ＡＣ電圧と同期された後に、前記ＡＣグリッド（５）に接続される、方法において、
    − 前記第１のインバータ（２）によって構築された前記第１のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）の定格周波数から少なくとも１０％だけ逸脱する周波数を有することと、
    − 前記第２のインバータ（２）が接続されれば、前記ＡＣグリッド（５）の前記定格周波数により近い周波数を有する第２のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）に構築されることとを特徴とする方法。
17. 請求項１５または１６に記載の方法において、前記第２のＡＣ電圧と同期された後で、第３のインバータ（２）が、前記ＡＣグリッド（５）に接続されることと、前記第３のインバータ（２）が接続されれば、前記ＡＣグリッド（５）の前記定格周波数により近い周波数を有する第３のＡＣ電圧が、前記ＡＣグリッド（５）に構築されることとを特徴とする方法。
18. 請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法において、２つの連続的に構築されたＡＣ電圧の前記周波数が、前記ＡＣグリッド（５）の前記定格周波数にすでにより近い前記周波数の、少なくとも１０％だけ、少なくとも２５％だけ、少なくとも５０％だけ、または少なくとも７５％だけ互いに異なることを特徴とする方法。
19. ローカルＡＣグリッド（５）および上位制御ユニットに接続可能な複数のインバータ（２）を備える発電所（１）であって、自動始動中に、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法に従って、前記インバータ（２）を前記ＡＣグリッド（５）に接続する発電所（１）。
20. 請求項１９に記載の発電所（１）において、前記インバータ（２）が入力側で光起電力発生器に接続されることを特徴とする発電所（１）。

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