JP2016526867A - 電力供給ネットワークに電力を供給する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質、かつ／または、応答速度が速いネットワークサポートを実現すること。【解決手段】本発明は、複数の風力発電装置（４）を含むウィンドパーク（２）を用いて電力供給ネットワーク（８）に電力を供給する方法に関する。かかる方法は、ネットワーク接続点（６）に電力を供給するステップと、ウィンドパーク制御部（１４）によりネットワーク接続点（６）における少なくとも１つのネットワーク状態変数を検出するステップと、電力供給ネットワーク（８）について過渡現象の有無を調べるステップと、過渡現象の存在が検出された場合、ウィンドパーク制御部（１４）により取得された測定値および／またはウィンドパーク制御部（１４）により決定された制御値（iQS1, iQS2, iQS3）を、複数の風力発電装置（４）に対して送信し、かつ／または、上昇させたクロックレートで送信するステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ウィンドパーク（Windpark）を用いて電力供給ネットワークに電力を供給する方法に関する。また、本発明は、対応するウィンドパークに関する。

一般に、複数の風力発電装置（Windenergieanlage）を含むウィンドパークを用いた電力の供給が知られている。ウィンドパークにおける複数の風力発電装置は運用上統合され、特に共通のネットワーク供給点（Netzeinspeisepunkt、ネットワーク接続点（Netzanschlusspunkt）または共通接続点（ＰＰＣ、Point of Common Coupling）ともいう。）を介して、電力供給ネットワークに電力を供給する。ウィンドパークは、通常、ウィンドパークに対する共通のタスク（Aufgabe）を実施するウィンドパーク制御またはウィンドパーク制御部を備えている。これには、例えば、ネットワークオペレータ（Netzbetreiber）と風力発電装置の間の情報の送信や、供給すべき有効電力に対して外部から電力を設定することが含まれる。

さらに、今日では、ウィンドパークを含む風力発電装置は対応する電力供給ネットワークのいわゆるネットワークサポート（Netzstutzung）に積極的に参加することが知られている。ネットワークサポートには、電力供給ネットワークの電圧の安定化に寄与することが含まれる。また、ネットワーク短絡（Netzkurzschluss）のようなネットワーク故障（Netzstorung）の際、安定化措置をとることも、ネットワークサポートに含まれる。ウィンドパークまたは風力発電装置のこのような特性は、通常、電力供給ネットワークのオペレータ（ネットワークオペレータ）のネットワーク接続規定（Netzanschlussregeln）において指定され、場合によっては、ウィンドパークまたは風力発電装置のオペレータによって立証する必要がある。

パーク制御は、例えば特許文献１に示されている。一方、ネットワークサポート（Netzstutzung）の方法は、例えば特許文献２−４に記載されている。

米国特許出願公開第２００６／０１４２８９９号明細書 独国特許発明第１９７５６７７７号明細書 米国特許第６９６５１７４号明細書 米国特許第７４６２９４６号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０１６９０５９号明細書（独国特許出願公開第１０２００９０３１０１７号明細書）

ネットワーク接続点で供給される電力、および、かくしてネットワーク接続点で供給される電流（正確には、供給される相電流（Phasenstrom））は、各風力発電装置が生成する電流から成る。すなわち、各電流、および、結果としてこれにより供給される全電流の絶対値と位相を生成して供給するのは、風力発電装置である。これは、今日の風力発電装置では、それぞれ１または複数の周波数インバータ（Frequenzwechselrichter）を使用して行われる。したがって、風力発電装置は、対応するネットワーク安定化およびネットワークサポートの手段にもなる。特に問題となるのは、風力発電装置、特にウィンドパークによるネットワークサポートに対する増大する要求を満たすことである。また、必要とされるネットワークサポート特性の証拠を提示することも困難となり得る。

また、特に、電圧が急降下（Spannungseinbruch）した場合、迅速なネットワークサポート措置をとることが困難となり得る。ここで、ネットワーク故障、特にネットワーク電圧の急降下を迅速に検出することも、対応するネットワーク故障の場合に迅速にネットワークサポート措置をとることも、困難である。迅速な測定を行うための提案は、すでに特許文献５に記載されている。これにより、ネットワーク状態、特にネットワーク電圧を非常に迅速に検出することがすでに可能となっている。それにもかかわらず、ネットワーク故障の場合に迅速に措置をとることは、相変わらず困難である。

本発明の課題は、上述の問題の少なくとも１つに対処することにある。特に高品質、かつ／または、応答速度（Reaktionsgeschwindigkeit）が速いネットワークサポートに対する解決手段であって、可能な限り特性の立証可能性（Nachweisbarkeit）が高いものが提案される。少なくとも代わりになる解決手段が提供されるべきである。

本発明の一態様によると、請求項１に係る電力供給方法が提供される。

風力発電装置の斜視図を示す。 本発明に従って制御することができるウィンドパークの概略図を示す。

本発明によると、請求項１に係る方法が提案される。かかる方法は、複数の風力発電装置を含むウィンドパークに基づく。ウィンドパークは、電力供給ネットワーク、すなわちネットワーク接続点に電力を供給する。ネットワーク接続点では、ウィンドパーク制御部を用いて少なくとも１つのネットワーク状態変数（Netzzustandsgrose）が検出される。かかる状態変数は、特にネットワーク接続点におけるネットワーク電力である。基本的に、提案される方法は、電力供給ネットワークに電力を供給する個々の風力発電装置にも適用することができる。

さらに、電力供給ネットワークは、ネットワーク内に過渡現象（ないし推移、transienter Vorgang）が存在するか否かについて検査される。通常の場合、すなわち定常状態において、電力供給ネットワークは一定の周波数と一定の振幅のほぼ正弦波形の電圧を示す。周波数も振幅も、正常状態の基準（Kriterium）から逸脱することなく非常に狭い範囲内で変動し得る。また、正弦波形からのわずかな偏位、特に対称および非対称の高調波（Oberwellen）が生じ得る。この際、電圧振幅として電圧の実効値（Effektivwert）を使用する。その場合、多くの場合、１つの相電圧（ある位相の電圧）のみを使用すれば十分である。

電圧が上記の正常状態から有意に外れ、例えば電圧がその定格値（Nennwert）の９０％よりも小さい値に低下した場合、過渡現象（ないし、過渡的推移、transienter Vorgang）が生じている。このように、過渡現象は、通常の正弦波形状の電圧波形から有意に逸脱することを示す。過渡現象には、このような通常の正弦波形状の電圧波形から外れた状態への変化も含まれる。特に、かかる過渡現象の例として、ネットワーク内の短絡に起因するネットワーク電圧の急降下（ないし陥落、Einbruch）が挙げられる。これによって、電圧が急激にゼロに低下するおそれがある。ただし、電圧は部分的にのみ低下することもある。そのような単に部分的な降下は、特に以下の場合に生じる。すなわち、電圧が短絡箇所において直接ゼロに低下したにもかかわらず、影響を受ける電力供給ネットワークは稼働し続け、これによって、短絡箇所から遠く離れた電力供給ネットワークの他の点において電圧が維持される場合である。いずれにせよ、観測された点における電圧がゼロに低下していない場合であっても、急激な電圧降下が生じているおそれがある。

この限りでは、過渡現象は電力供給ネットワークにおける非定常状態も表す。したがって、このような現象も過渡現象と呼ばれる。

過渡現象が検出されると、ウィンドパーク制御部によって取得された測定値は各風力発電装置に送信される。このとき、測定値、特にネットワーク接続点における電力供給ネットワークの電圧は、各風力発電装置に対して、当初は送信されず、過渡現象が検出されて初めて送信される。すなわち、風力発電装置（複数）は通常の状態で過渡現象を認識することなく、実質的に独立に、少なくとも過渡現象を認識した場合と比較してより独立に動作することができる。

代わりに、取得された測定値、特に実効値へと平均化ないしは計算された測定値も、正常状態においてウィンドパーク制御部によって各風力発電装置に送信される。ただし、相対的に遅いクロックレート（Taktrate）で、例えば毎秒１つの値が送信される。過渡現象が検出されると、この送信クロックレートは、例えば20ミリ秒（ms）、すなわち20 msごとに１つの値または１組の値（値パケット、Wertpaket）のように、有意に高速化される。50ヘルツ（Hz）のネットワークの場合、かかる値は１サイクルごとに１つの値または１組の値に相当する。

このとき、風力発電装置は、過渡現象が検出されると、特に非常に高いクロックレートでネットワーク接続点から値を直接取得し、これより、必要とされる対応するネットワークサポートへと風力発電装置の制御を切り替えることができる。ネットワーク接続点から値を送信することによって、関係するウィンドパーク内のすべての風力発電装置が同一の値を取得することが保証される。これにより、風力発電装置相互の非常に緊密な連携が可能となる。

低いクロックレートの測定値は、例えばネットワーク状態を監視することで算出される。この点で、これらの測定値は高速にサンプリングされた測定値とも呼ばれる相対的に高いクロックレートの測定値とは異なる。相対的に高いクロックレートの測定値の場合、クロックレートまたはサンプリングレートは、値の検出に関して少なくとも1キロヘルツ（kHz）、好ましくは5キロヘルツ（kHz）を有する。

後述するように、測定値の検出も、提案する測定値の送信ならびに制御値の決定および送信も、具体的な実施形態によって別のやり方で明示的に提案されない限り、より高いまたはより低いクロックレートで行うことができる。

加えて、または、代わりに、ウィンドパーク制御部は制御値、特に設定すべき目標値（Sollwert）を各風力発電装置に直接送信することが提案される。特にネットワークサポート手段に関して協調制御が問題となるが、かかるネットワークサポート手段はウィンドパーク制御部により簡単なやり方で実現可能となる。ここで、ウィンドパーク制御部は、電流を調整して供給するために独自の周波数インバータ（Frequenzwechselrichter）または同様のデバイス（Einrichtungen）を備えている必要はない。ウィンドパーク制御部は、風力発電装置（複数）における対応するデバイスを制御することによって、協調制御を行う。好ましくは、ウィンドパーク制御部は、ネットワーク接続点において、実際の電力供給の詳細、特に供給される電流、すなわちウィンドパークにより供給される全電流の振幅と位相を検出する。

一実施形態によると、ネットワーク接続点におけるネットワーク状態変数として、ネットワーク接続点における電力供給ネットワークの電圧が検出され、少なくとも１つの供給される電流の位相角（Phasenwinkel）、および／または、供給される無効電力が検出されることが提案される。加えて、または、代わりに、供給される電流の量が検出されるようにしてもよい。ここで、供給された電流の量と位相から、電圧を考慮して無効電力を決定してもよい。ネットワーク接続点での中央的測定値を検出するとともに、必要に応じて使用することによって、ウィンドパークによる電力供給はウィンドパークの風力発電装置を用いて調整することができる。さらに、これによって、ウィンドパークの供給特性の立証可能性（Nachweisbarkeit）が全体として高まり、おそらくは初めて可能となる。

好ましくは、供給すべき電流の位相が制御値として各風力発電装置に送信される。これにより、供給すべき全電流、特に供給すべき無効電流に影響を及ぼすことができる。

一実施形態によると、風力発電装置（複数）に送信される制御値は、各風力発電装置に対して個別化される（individualisiert）ことが提案される。ウィンドパーク制御部は、最初にネットワーク電圧に対する値ならびに供給される全電力値および供給される無効電力が与えられ、まず、供給すべき全無効電力および／または供給すべき全無効電流に対する目標値を決定することができる。供給すべき全無効電力および／または供給すべき全無効電流は、各風力発電装置に分配することができる。これにより、または他の値から、各風力発電装置に対して個別の目標値が計算され、対応する風力発電装置に送信されるようにすることが可能となる。ウィンドパーク制御部は、全目標値と、ウィンドパーク内の個々の風力発電装置に関する知識を考慮に入れることができる。ウィンドパークにおけるすべての風力発電装置が同一であって、すべての風力発電装置が稼働している場合、（各）風力発電装置は同一の値を取得するようにしてもよい。一方、ウィンドパークに相異なる風力発電装置が存在する場合、これらの差異、特に定格電力の差異を考慮することができる。この目的で、制御値は個別化される。特に、グループ単位で同一または実質同一の風力発電装置が存在する場合、かかる制御値をグループ単位について個別化することが好ましく、それでも十分である。このとき、あるグループに含まれる１つの風力発電装置は、それぞれ当該グループ内の他の風力発電装置と同一の制御値を取得する。

ここで、制御値は、特に供給すべき無効電流の無効電流目標値（Blindstromsollwert）を指定する。すべての風力発電装置の無効電流目標値の和は、ネットワーク接続点で供給すべき無効電流量を示す全無効電流目標値（Gesamtblindstromsollwert）を与える。ウィンドパーク制御部により制御値として提供される風力発電装置の各無効電流目標値は、対応する風力発電装置の現在の（aktuell）供給容量、および／または、ネットワーク接続点の全無効電流目標値に依存する。

このため、一実施形態によると、各風力発電装置は特に電力遮断器（Leistungsschrank）として形成可能な複数の供給部（ないし供給ユニット、Einspeiseeinheit）を有することが提案される。供給部は、それぞれ電力供給ネットワークに電力を供給するために電流を生成し、インバータ（Wechselrichter）として構成されるか、または、インバータを有することができる。好ましくは、各供給部は、供給電力に関して、特に自身によって生成可能かつ供給可能な電流に関して同一の大きさであり、風力発電装置の大きさが異なる場合であっても、ウィンドパーク内の他の風力発電装置との間で同一の大きさである。これにより、異なる個数のインバータによって異なる供給容量を実現するという概念が提案されるとともに、基礎として用いられる。個々の風力発電装置に対して、好ましくは、それぞれの供給部の個数およびインバータの個数に依存して、個別の無効電流またはその他の供給すべき電流が計算され、指定される。

ウィンドパーク制御部は、ウィンドパーク内の各風力発電装置の個数を把握し、これに応じて個別の制御値を算出することができる。

他の実施形態によると、各風力発電装置または各風力発電装置グループの無効電流目標値および／または有効電力目標値は、各風力発電装置の定格有効電力（Nennwirkleistung）および／または定格有効電流（Nennwirkstrom）に依存して決定され、対応する風力発電装置に送信されることが提案される。好ましくは、動作中または動作準備が整った供給部および／または風力発電装置のみが考慮される。

各定格有効電力または定格有効電流は、供給可能な容量（ないし能力、Kapazitat）を表す。したがって、動作中の風力発電装置の定格有効電力または定格有効電流の総和は、十分な風がある場合、ウィンドパーク全体によって使用可能な有効電力容量（Wirkleistungskapazitat）または有効電流容量（Wirkstromkapazitat）を表す。

定格電流を考慮することにより、実際にどれだけの電流がその都度供給されるかの尺度（Mas）が与えられる。風力発電装置、個々の風力発電の供給部、および／または、現存する送電線の設計は、かかる定格電流に基づいて行われ、かつ／または、かかる定格電流を限定することができる。わずかな風であっても、大きな無効電力、しばしば有効電力よりも大きな無効電力を供給することができる。風が弱い場合、小さい有効電流が生成されるにすぎないが、場合によっては、より大きな無効電流を生成することができる。しかし、全電流および無効電流は、風力発電装置、特に供給部および／または接続線（Anschlussleitungen）の技術的設計によって限定される。したがって、各定格電流を考慮した上でなし得ることについて検討することが提案される。

一実施形態によると、風力発電装置（４）に送信される制御値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）は、
位相が相違し、
非対称度を含み、かつ／または、
正相成分および逆相成分を介して指定され、
送信される制御値は、それぞれ、特に供給すべき無効電流の無効電流目標値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）を指定することが提案される。

このとき、通常の三相システムを基礎とすることができ、位相の間で非対称性が生じ得ることが考慮される。これらの非対称性は、送信すべき制御値に対しても考慮される。この目的のため、対称成分法を使用して、正相成分（Mitsystemkomponente）および逆相成分（Gegensystemkomponente）を介して制御値を指定する可能性を含むいくつかの可能性が提案される。特に、供給すべき無効電流に対する制御値が指定される。

好ましくは、
ネットワーク電圧が所定の電圧限界値（Spannungsgrenzwert）を下回り、
ネットワーク電圧が所定の電圧上限（Spannungsobergrenze）を上回り、
ネットワーク電圧の時間勾配が変化し、時間勾配の絶対値が勾配限界値（Anderungsgrenzwert）を上回り、かつ／または、
ネットワーク電圧と基準値との差およびネットワーク電圧の時間勾配がそれぞれ重み付けされて全基準値（Gesamtkriterium）に加算され、全基準値の絶対値（ないし値）が全限界値（Gesamtgrenzwert）を上回る、
ことによって過渡現象が検出される。

ネットワーク電圧が所定の電圧限界値、例えば電力供給ネットワークの定格電圧の90 %となると、電圧の急降下（陥落）が検出され、これにより過渡現象が検出される。追加のまたは代わりの可能性として、ネットワーク電圧の変化の速度を検出することと、そのためにネットワーク電圧の時間勾配（zeitlicher Gradient）、すなわちネットワーク電圧が時間に関してどのような傾き（Steigung）で変化するかを監視することが提案される。ここで、特に、電圧の急降下、すなわち、負の傾きとそれによる負の勾配（Gradient）が検出され、その大きさ（絶対値）が勾配限界値と比較される。かかる勾配限界値は、例えば１ボルト（Volt）／ミリ秒（ms）の値をとり、または、例えば毎秒1パーセントの傾きのように正規化された値に基づいて与えられる。ここで、100パーセントの電圧は、電力供給ネットワークの定格電圧に相当する。これにより、勾配の絶対値が大きい場合、電圧の絶対値が大幅に変化する前に、ネットワーク電圧の急降下、または、その他の障害を検出することが可能となる。

電力供給ネットワークの障害は、急激な電圧降下以外に、急激な電圧上昇によっても表される。したがって、かかる電圧上昇も過渡現象として検出することが提案される。特に、現在のネットワーク電圧が定格電圧、特に電力供給ネットワークの定格電圧を10 %以上上回り、すなわち110 %よりも大きい場合、急激な電圧上昇が存在する。

好ましくは、ネットワーク電圧の絶対値を観測するのと同様に、ネットワーク電圧の勾配も観測することが提案される。ネットワーク電圧と基準値の電圧差を一方で観測するとともに、ネットワーク電圧の時間勾配を他方で観測するようにして、このことが考慮される。電圧差と勾配の双方は、それぞれ重み付けして足し合わされ、必要であれば絶対値について足し合わされる。通常２つの重み付けは相違し、電圧の絶対値と電圧の勾配についてそれぞれ別個の単位を考慮することができる。好ましくは、２つの重みは重み付けの値が無次元となるように選択される。

これにより、例えばネットワーク電圧が基準値を下回るものの、電圧の勾配が電圧の再上昇を示す場合、過渡現象の検出を無効にすることができる。

一実施形態によると、電力供給ネットワークにおいて過渡現象が検出された場合、定常制御から過渡制御に切り替えられ、かつ／または、過渡現象が終了したことが検出された場合、過渡制御から定常制御に再度切り替えられることが提案される。したがって、過渡現象が存在するか否かに応じて、基本的に異なる制御、すなわち、特に基本的に異なるパーク制御を使用することが提案される。

定常制御の場合には、供給すべき無効電流および／または設定すべき位相角（Phasenwinkel）に対する予設定値（Vorgabewert）を各風力発電装置に与えないことが提案される。これにより、ウィンドパークの風力発電装置は、定常制御の場合、基本的に独立して動作する。

定常制御の場合には、一実施形態によると、パーク制御（ユニット）がネットワーク接続点で取得した電圧測定値は、平均値として風力発電装置に第１のクロックレート（Taktrate）で送信され、または、かかる電圧測定値は風力発電装置には全く送信されず、風力発電装置は独自の測定値を使用する。提案された第１のクロックレートは、相対的に低いクロックレートであり、例えば1ミリ秒（ms）とすることができる。

過渡制御の場合、供給すべき無効電流および／または設定すべき位相角に対する予設定値（Vorgabewert）が各風力発電装置に与えられることが提案される。これにより、個々の風力発電装置の調整または制御に対して、非常に明白かつ積極的な介入（ないし干渉、eingreifen）が行われる。各風力発電装置で必要とされる位相角は、これまで、風力発電装置によって独自に設定される（eingestellt）のみならず、独自に決定され（bestimmt）ていた。これは、本実施形態によると、過渡制御、すなわち過渡現象が検出されたときに使用される制御の場合には、もはや行われない。特にネットワーク短絡等による急激な電圧降下を示唆する過渡制御の場合、本発明によって認識されるとともに実現されるように、迅速、かつ、目標を定めた風力発電装置の振る舞いであり、好ましくは明確で明示的に再現性がある限定された振る舞いが特に有利である。ウィンドパーク制御部により目標値を指定することによって、風力発電装置は、電力供給ネットワークの問題のある過敏な（sensible）状況に目標を定めて協調的に調整（koordineirt）される。

好ましくは、過渡制御の場合、ネットワーク接続点における電圧測定値は、瞬時値（Momentanwert）または準瞬時値（Quasimomentanwert）として検出され、風力発電装置に送信される。物理的には瞬時値を実時間で（リアルタイムに）検出して使用することはできないものの、ネットワーク手段における複数の周期ではなく最新の周期に割り当てられた可能な限り直近の測定値を使用することができる。これらは、実用的な観点からは瞬時値を表し、少なくとも準瞬時値を表す。かかる測定値を検出する一手法は、例えば特許文献５に記載されている。本発明では、特許文献５に記載された方法を、三相電圧ネットワークにおける電圧の測定値検出に使用することも提案される。この点で、特許文献５は本明細書の一部とみなされるべきである。

加えて、または、代わりに、かかる電圧測定値を、第１のクロックレートと比較して高速化された第２のクロックレートで風力発電装置に送信することが提案される。これにより、風力発電装置は、非常に迅速、かつ、互いに同時に、ネットワーク接続点における電力供給ネットワークの電圧の現在（ないし実際、aktuell）の値を取得する。このとき、対応する値が非常に迅速に、かつ、素早く適合されるように風力発電装置に送信され、これにより、困難で急速に変動する、ネットワークの電圧降下、特にネットワークの短絡の場合に対して、対応するネットワークサポートが必要な速度で実施できるように、第２のクロックレートが選択される。

好ましくは、ウィンドパークは、ネットワーク接続点に供給すべき最小の全有効電力依存して、下回ることがないように制御される。この場合、短絡電流供給（Kurzschlussstromeinspeisung）の場合であっても、最小限の電力供給を保証することができる。かかる最小限の有効電力は、供給される、または、供給すべき有効電力に依存し得る。

他の実施形態によると、過渡現象が検出されたことが、電力供給ネットワークを制御するネットワーク制御センタに通知されることが提案される。これにより、ネットワーク制御センタは過渡現象、すなわちネットワーク障害の通知を受けることができる。さらに、かかる情報をネットワーク制御センタに通知することは、ウィンドパークの対応する挙動が予測されること、または、ウィンドパークの挙動がネットワーク制御センタによって把握されることを示唆する。

好ましくは、ネットワーク接続点における少なくとも１つのネットワーク状態変数、特にネットワーク電圧は低下させないクロックレートで継続的に測定されることが提案される。ただし、過渡現象が検出された場合に限り、測定されたネットワーク状態変数は風力発電装置に送信され、または、過渡現象が検出された場合に限り、できるだけ高いクロックレート、特に対応するネットワーク状態変数の測定で用いられるクロックレートで送信が行われることが提案される。

これにより、高速に、すなわち可能な限り短い遅延で、ネットワーク障害を検出することができる。ネットワーク障害の検出は非常に稀な例外であるため、実際に過渡現象、すなわちネットワーク内の障害が検出された場合に初めて、対応するデータを送信し、または、低下させないクロックレートで可能な限り迅速に送信することが提案される。

さらに、本発明によると、電力供給ネットワークにおけるネットワーク接続点に電力を供給するように構成されたウィンドパークが提案される。かかるウィンドパークは、複数の風力発電装置とウィンドパーク制御部（ユニット）を備えている。ウィンドパーク、特にウィンドパークのウィンドパーク制御部は、上述の実施形態の少なくとも１つに係る方法を実行するように構成されている。

以下では、本発明は実施例に基づいて例示として添付の図面を参照して詳細に説明される。

図１は、タワー１０２とナセル（ゴンドラ、Gondel）１０４を備えた風力発電装置１００を示す。ナセル１０４には、３枚のロータブレード１０８とスピナ１１０を有するロータ１０６が配置されている。ロータ１０６は風によって駆動されて回転運動状態となり、これにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。

図２は、単にネットワークとも呼ばれる電力供給ネットワーク８における共通のネットワーク接続点６に電力を供給する、一例として３つの風力発電装置を有するウィンドパークを示す。風力発電装置４は、それぞれ供給すべき電流を生成する。生成された電流はウィンドパークネットワーク（Parknetz）１０に集められ、変圧器１２に伝送される。変圧器１２において、ウィンドパークネットワーク１０の電圧は電力供給ネットワーク８の対応する電圧に昇圧される。

ネットワーク接続点６、および、図示した例においては変圧器１２の後段、すなわちネットワーク８に対向する側において、供給される実電流I_istとそのときの実電圧U_istが測定され、考慮および評価のためにウィンドパーク制御部１４に測定値として供給される。

ＦＣＵ（Farm Control Unit）とも呼ばれるウィンドパーク制御部１４は、ＦＣＵバス１６を介して各風力発電装置４と通信する。さらに、ウィンドパーク制御部１４はＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）システム１８と通信する。ＳＣＡＤＡシステム１８により、ウィンドパークおよび個々の風力発電装置の統一された制御および／または監視が可能となる。さらに、ＳＣＡＤＡシステム１８は、ＳＣＡＤＡバス２０を介して風力発電装置と通信する。

実施例によると、電力供給ネットワーク８における過渡現象を検出するために、ネットワーク接続点６で測定された値も、ウィンドパーク制御部１４によって評価することが提案される。次に、現在（実際）の測定値は、可能な限り迅速に高クロックレートでＦＣＵバス１６を介して風力発電装置４に送信される。これには、ネットワーク接続点６で検出された現在の（aktuell）電圧が含まれ得る。供給される電流の位相角、すなわち、供給される実電流と検出された実電圧の間の位相角に関する情報も、かかる現在の、かつ、高クロックレートで送信される測定値に含まれるようにしてもよい。

加えて、または、代わりに、ウィンドパーク制御部１４は、ネットワーク８における過渡現象を検出すると、ＦＣＵバス１６を介して各風力発電装置４に制御値を送信することが提案される。送信すべき制御値であって高クロックレートで送信すべきものには、特に無効電力目標値i_QSが含まれ、特に各風力発電装置４に対して個別の無効電流目標値i_QS1, i_QS2, またはi_QS3が送信される。また、各位相に対する値を個別に送信することができる。非対称度（Unsymmetriegrad）とともに値を送信し、または、目標値、例えば対称成分法の意味での正相および逆相に対する無効電流の目標値を送信することもできる、したがって、目標電流は、ウィンドパーク制御部１４において、ネットワーク接続点６での電流と電圧の測定値から直接算出される。ここで、目標電流は互いに調整され、対応する風力発電装置４に送信される。次に、風力発電装置４は、これらの要求された無効電流を直接調節することができる。風力発電装置４が指定された目標値を指定された方法で実現可能であると仮定できる場合、ウィンドパーク制御部１４は、全電流の態様、特にどのような全無効電流が供給されるかを制御し、早期に検出することができる。

かかる方法によると、特に障害の期間を通じたウィンドパーク２の供給の制御（フォールトライドスルー、ＦＲＴ（Fault Ride Through、障害の乗り越え）ともいう。）も改善することができ、ウィンドパークの具体的な挙動が立証される。これにより、ウィンドパーク２を電力供給ネットワーク８に接続するために必要とされる証拠（データ、Nachweis）を提供することができる。特に、このように非常に危機的な状況に対するウィンドパークの認証（Zertifizierung）の見込みが改善される。

この点で、提案される解決策は、ＦＡＣＴＳ制御を含めて各風力発電装置が単独で制御を行うこれまでのウィンドパークの状況とは異なる。提案される制御は、ウィンドパーク制御部１４によって集中的に行うことができる。それぞれが生成すべき電流は、引き続き個々の風力発電装置によって具体的に実現される。これは、とりわけ、個々の風力発電装置には供給点における正確な電圧値および具体的な位相角をしばしば把握していないときに利点となる。好ましくは、ネットワーク接続点において、いわゆる空間ベクトル法（Raumzeigerverfahren）による測定が行われる。かかる方法は特許文献５に記載され、ネットワーク状態監視（Netzzustandsbeobachtung）とも呼ばれる。

無効電力目標値を指定（予設定）する場合、まずウィンドパーク全体に対する全無効電力目標値が決定され、次にウィンドパーク内の各風力発電装置に対する個別の目標値に分配される。分配は等分としてもよいし、電力遮断器（Leistungsschrank）、すなわち、設けられた供給部ないしインバータ装置の数に応じて分配してもよいし、使用可能な電力遮断器に応じて行ってもよい。ここで、ウィンドパーク制御部１４には、どの電力遮断器、すなわちインバータが現時点で使用可能であり、準備ができているかに関する情報が与えられている。各風力発電装置が問題とされる時点でそもそも動作しているか否かを、考慮すべき基準としてもよい。これまで、既存のウィンドパークの場合、ネットワーク障害またはネットワーク欠陥の乗り越え（ＦＲＴ、Fault Ride Through）に関して、ウィンドパークレベルではなく風力発電装置のレベルでの対処がなされ、風力発電装置は、それぞれ独立して自装置のためにＦＲＴを実施してきた。このとき、ウィンドパークのネットワーク接続点におけるＦＲＴの挙動を立証することも困難となるが、今やこれは提案される解決手段によって改善される。

従来の概念によると、個々の風力発電装置内のＦＡＣＴＳ制御は、ネットワーク接続点における電圧値および位相角がどのような値であるかを把握していなかったという問題もある。特に、ネットワーク接続点から風力発電装置に電圧信号を送信することによって、ネットワーク接続点における最適なネットワークサポートのための具体的な無効電流の供給に関して、相対的な均一化（Abgleich）を図ることが提案される。値の送信は、正弦波、または、空間ベクトル法から算出済の値として行うことができる。

加えて、または、代わりに、全無効電力振幅目標値を決定し、ウィンドパークの構成に応じて風力発電装置に送信することが提案される。

２ ウィンドパーク（Windpark）
４ 風力発電装置（Windenergieanlage）
６ ネットワーク接続点（Netzanschlusspunkt）
８ 電力供給ネットワーク（Versorgungsnetz）
１０ ウィンドパークネットワーク（Parknetz）
１２ 変圧器（Transformator）
１４ ウィンドパーク制御部（ないし制御ユニット、Parksteuereinheit）
１６ ＦＣＵバス（FCU-Bus）
１８ ＳＣＡＤＡシステム（SCADA-System）
２０ ＳＣＡＤＡバス（SCADA-Bus）
１００ 風力発電装置（Windenergieanlage）
１０２ タワー（Turm）
１０４ ナセル（ゴンドラ、Gondel）
１０６ ロータ（Rotor）
１０８ ロータブレード（Rotorblatt）
１１０ スピナ（Spinner）

本発明の一態様によると、複数の風力発電装置を含むウィンドパークを用いて電力供給ネットワークに電力を供給する方法であって、ネットワーク接続点に電力を供給するステップと、ウィンドパーク制御部によりネットワーク接続点における少なくとも１つのネットワーク状態変数を検出するステップと、電力供給ネットワークについて過渡現象の有無を調べるステップと、過渡現象の存在が検出された場合、ウィンドパーク制御部により取得された測定値および／またはウィンドパーク制御部により決定された制御値を、複数の風力発電装置に対して送信し、かつ／または、上昇させたクロックレートで送信するステップと、を含む電力供給方法が提供される。
本発明の他の態様によると、電力供給ネットワークにおけるネットワーク接続点に電力を供給するウィンドパークであって、複数の風力発電装置と、ウィンドパーク制御部とを備え、ウィンドパークまたはウィンドパーク制御部は、上記の電力供給方法を実行するように構成されたウィンドパークが提供される。

好ましくは、ウィンドパークは、ネットワーク接続点に供給される、または、ネットワーク接続点に供給すべき全無効電力に依存して、供給すべき最小の全有効電力を下回ることがないように制御される。この場合、短絡電流供給（Kurzschlussstromeinspeisung）の場合であっても、最小限の電力供給を保証することができる。かかる最小限の有効電力は、供給される、または、供給すべき有効電力に依存し得る。

加えて、または、代わりに、全無効電力振幅目標値を決定し、ウィンドパークの構成に応じて風力発電装置に送信することが提案される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、図示した形態に限定することを意図するものではなく、専ら理解を助けるためのものである。
また、本発明において、さらに以下の形態が可能である。
［形態１］
複数の風力発電装置を含むウィンドパークを用いて電力供給ネットワークに電力を供給する方法であって、
ネットワーク接続点に電力を供給するステップと、
ウィンドパーク制御部によりネットワーク接続点における少なくとも１つのネットワーク状態変数を検出するステップと、
電力供給ネットワークについて過渡現象の有無を調べるステップと、
過渡現象の存在が検出された場合、ウィンドパーク制御部により取得された測定値および／またはウィンドパーク制御部により決定された制御値を、複数の風力発電装置に対して送信し、かつ／または、上昇させたクロックレートで送信するステップと、を含む、
ことを特徴とする電力供給方法。
［形態２］
ネットワーク接続点におけるネットワーク状態変数として、
電力供給ネットワークの電圧、
少なくとも１つの供給された電流の位相角、
少なくとも１つの供給された電流の量、および／または、
供給された無効電力が検出され、かつ／または、
供給すべき電流の位相が制御値として各風力発電装置に送信される、
ことを特徴とする形態１に記載の電力供給方法。
［形態３］
風力発電装置に送信される制御値は、各風力発電装置、および／または、ウィンドパークの風力発電装置のグループに対して個別化され、
特に、制御値は供給すべき無効電流の無効電流目標値を規定し、
すべての風力発電装置の無効電流目標値の和は、ネットワーク接続点で供給すべき無効電流量を示す全無効電流目標値を与え、かつ／または、
風力発電装置の各無効電流目標値は、対応する風力発電装置の最新の供給容量、および／または、ネットワーク接続点の全無効電流目標値に依存する、
ことを特徴とする形態１または２に記載の電力供給方法。
［形態４］
各風力発電装置は電力供給ネットワークに電力を供給するために電流を生成する複数の供給部を有し、
各風力発電装置の無効電流目標値は、対応する風力発電装置が有する供給部の個数が増加するに従って増大し、かつ／または、特に各風力発電装置の供給部の個数に比例する、
ことを特徴とする形態３に記載の電力供給方法。
［形態５］
無効電流目標値および／または有効電力目標値は、各風力発電装置の定格有効電力および／または定格電流に依存して決定され、各風力発電装置が動作している場合、これらの値について正規化された値として送信される、
ことを特徴とする形態３に記載の電力供給方法。
［形態６］
電力供給ネットワークは三相であり、
風力発電装置に送信される制御値は、
位相が相違し、
非対称度を含み、かつ／または、
正相成分および逆相成分を介して指定され、
送信される制御値は、それぞれ、特に供給すべき無効電流の無効電流目標値を指定する、
ことを特徴とする形態１ないし５のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態７］
ネットワーク電圧が所定の電圧限界値を下回り、
ネットワーク電圧が所定の電圧上限を上回り、
ネットワーク電圧の時間勾配が変化し、時間勾配の絶対値が勾配限界値を上回り、かつ／または、
ネットワーク電圧と基準値との差およびネットワーク電圧の時間勾配がそれぞれ重み付けされて全基準値に加算され、全基準値の絶対値が全限界値を上回る、
ことによって過渡現象が検出される、
ことを特徴とする形態１ないし６のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態８］
電力供給ネットワークにおいて過渡現象が検出された場合、定常制御から過渡制御に切り替えられ、かつ／または
過渡現象が終了したことが検出された場合、過渡制御から定常制御に再度切り替えられ、
ウィンドパーク制御部による定常制御の場合、
供給すべき無効電流および／または設定すべき位相角に対する予設定値は各風力発電装置に与えられず、かつ／または、
ネットワーク接続点における電圧測定値は、平均値として風力発電装置に第１のクロックレートで送信され、および／または、全く送信されず、
ウィンドパーク制御部による過渡制御の場合、
供給すべき無効電流および／または設定すべき位相角に対する予設定値は各風力発電装置に与えられ、
ネットワーク接続点における電圧測定値は、瞬時値として、かつ／または、第１のクロックレートと比較してより上昇させた第２のクロックレートで、風力発電装置に送信され、かつ／または、
ウィンドパークは、ネットワーク接続点に供給される、または、ネットワーク接続点に供給すべき全無効電力に依存して、供給すべき最小の全有効電力を下回ることがないように制御される、
ことを特徴とする形態１ないし７のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態９］
過渡現象が検出されたことは、電力供給ネットワークを制御するネットワーク制御センタに通知される、
ことを特徴とする形態１ないし８のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態１０］
ネットワーク接続点における少なくとも１つのネットワーク状態変数は低下させないクロックレートで継続的に測定され、過渡現象が検出された場合に限り、風力発電装置に送信され、または、高クロックレート、特に第２のクロックレートで風力発電装置に送信され、第２のクロックレートは好ましくは前記少なくとも１つのネットワーク状態変数の測定で用いられる低下させないクロックレートに相当する、
ことを特徴とする形態１ないし９のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態１１］
電力供給ネットワークにおけるネットワーク接続点に電力を供給するウィンドパークであって、
複数の風力発電装置と、
ウィンドパーク制御部と、を備え、
ウィンドパーク、特にウィンドパーク制御部は、形態１ないし１０のいずれか一に記載の電力供給方法を実行するように構成された、
ことを特徴とするウィンドパーク。

Claims (11)

1. 複数の風力発電装置（４）を含むウィンドパーク（２）を用いて電力供給ネットワーク（８）に電力を供給する方法であって、
   ネットワーク接続点（６）に電力を供給するステップと、
   ウィンドパーク制御部（１４）によりネットワーク接続点（６）における少なくとも１つのネットワーク状態変数を検出するステップと、
   電力供給ネットワーク（８）について過渡現象の有無を調べるステップと、
   過渡現象の存在が検出された場合、ウィンドパーク制御部（１４）により取得された測定値および／またはウィンドパーク制御部（１４）により決定された制御値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）を、複数の風力発電装置（４）に対して送信し、かつ／または、上昇させたクロックレートで送信するステップと、を含む、
   ことを特徴とする電力供給方法。
2. ネットワーク接続点（６）におけるネットワーク状態変数として、
   電力供給ネットワーク（８）の電圧、
   少なくとも１つの供給された電流の位相角、
   少なくとも１つの供給された電流の量、および／または、
   供給された無効電力が検出され、かつ／または、
   供給すべき電流の位相が制御値として各風力発電装置に送信される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給方法。
3. 風力発電装置（４）に送信される制御値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）は、各風力発電装置（４）、および／または、ウィンドパーク（２）の風力発電装置（４）のグループに対して個別化され、
   特に、制御値は供給すべき無効電流の無効電流目標値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）を規定し、
   すべての風力発電装置（４）の無効電流目標値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）の和は、ネットワーク接続点（８）で供給すべき無効電流量を示す全無効電流目標値を与え、かつ／または、
   風力発電装置（４）の各無効電流目標値は、対応する風力発電装置（４）の最新の供給容量、および／または、ネットワーク接続点（８）の全無効電流目標値に依存する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給方法。
4. 各風力発電装置（４）は電力供給ネットワーク（８）に電力を供給するために電流を生成する複数の供給部を有し、
   各風力発電装置（４）の無効電流目標値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）は、対応する風力発電装置（４）が有する供給部の個数が増加するに従って増大し、かつ／または、特に各風力発電装置の供給部の個数に比例する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力供給方法。
5. 無効電流目標値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）および／または有効電力目標値は、各風力発電装置（４）の定格有効電力および／または定格電流に依存して決定され、各風力発電装置（４）が動作している場合、これらの値について正規化された値として送信される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力供給方法。
6. 電力供給ネットワーク（８）は三相であり、
   風力発電装置（４）に送信される制御値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）は、
   位相が相違し、
   非対称度を含み、かつ／または、
   正相成分および逆相成分を介して指定され、
   送信される制御値は、それぞれ、特に供給すべき無効電流の無効電流目標値（i_QS1, i_QS2, i_QS3）を指定する、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電力供給方法。
7. ネットワーク電圧が所定の電圧限界値を下回り、
   ネットワーク電圧が所定の電圧上限を上回り、
   ネットワーク電圧の時間勾配が変化し、時間勾配の絶対値が勾配限界値を上回り、かつ／または、
   ネットワーク電圧と基準値との差およびネットワーク電圧の時間勾配がそれぞれ重み付けされて全基準値に加算され、全基準値の絶対値が全限界値を上回る、
   ことによって過渡現象が検出される、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電力供給方法。
8. 電力供給ネットワーク（８）において過渡現象が検出された場合、定常制御から過渡制御に切り替えられ、かつ／または
   過渡現象が終了したことが検出された場合、過渡制御から定常制御に再度切り替えられ、
   ウィンドパーク制御部（１４）による定常制御の場合、
   供給すべき無効電流および／または設定すべき位相角に対する予設定値は各風力発電装置（４）に与えられず、かつ／または、
   ネットワーク接続点（６）における電圧測定値は、平均値として風力発電装置（４）に第１のクロックレートで送信され、および／または、全く送信されず、
   ウィンドパーク制御部（１４）による過渡制御の場合、
   供給すべき無効電流および／または設定すべき位相角に対する予設定値は各風力発電装置（４）に与えられ、
   ネットワーク接続点（６）における電圧測定値は、瞬時値として、かつ／または、第１のクロックレートと比較してより上昇させた第２のクロックレートで、風力発電装置（４）に送信され、かつ／または、
   ウィンドパーク（２）は、ネットワーク接続点（６）に供給される、または、ネットワーク接続点（６）に供給すべき全無効電力に依存して、供給すべき最小の全有効電力を下回ることがないように制御される、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電力供給方法。
9. 過渡現象が検出されたことは、電力供給ネットワーク（８）を制御するネットワーク制御センタに通知される、
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電力供給方法。
10. ネットワーク接続点（６）における少なくとも１つのネットワーク状態変数は低下させないクロックレートで継続的に測定され、過渡現象が検出された場合に限り、風力発電装置（４）に送信され、または、高クロックレート、特に第２のクロックレートで風力発電装置（４）に送信され、第２のクロックレートは好ましくは前記少なくとも１つのネットワーク状態変数の測定で用いられる低下させないクロックレートに相当する、
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電力供給方法。
11. 電力供給ネットワーク（８）におけるネットワーク接続点に電力を供給するウィンドパーク（２）であって、
    複数の風力発電装置（４）と、
    ウィンドパーク制御部（１４）と、を備え、
    ウィンドパーク（２）、特にウィンドパーク制御部（１４）は、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電力供給方法を実行するように構成された、
    ことを特徴とするウィンドパーク。

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