JP2020525700A - ウインドパーク制御装置、データを提供する方法、風力タービン及びデータを受信する方法 - Google Patents

ウインドパーク制御装置、データを提供する方法、風力タービン及びデータを受信する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ウインドパーク(112)の複数のユニット(100)に、特に風力タービンに、データセット(28、30)を提供する方法に関する。ウインドパーク(112)は、少なくとも2つのグループ(122、124)に分割されており、且つ、少なくとも1つのグループ、複数のグループ又は全てのグループが、各々、少なくとも2つのユニット(100)を含んでいる。まず、グループ(122、124)の各々について個別のデータセット(28、30)が生成される(50)。次に、少なくともこの生成された個別のデータセット(28、30)を含むデータパケット(34)が生成され(52)、次に、このデータパケット(34)がウインドパークの全てのユニットに送信される(54)。本発明は、更に、ウインドパーク制御装置(10、21)、データセット(28、30)を受信する方法、ユニット(100)、及び、ウインドパーク(112)に関する。【選択図】 図2

Description

本発明は、ウインドパークにおけるデータ通信、即ち、ウインドパーク制御装置と、ウインドパークの例えば風力タービン、エネルギ貯蔵装置又はSTATCOMユニットのようなユニットと、の間のデータ通信に関する。
従来技術に従えば、ウインドパークは多数のユニットを備えている。これらのユニットは、特に、風力タービンを意味しており、更に、例えばウインドパークによって提供されるエネルギを安定化させる働きをするエネルギ貯蔵装置のようなユニット、あるいは、ネットワークサービスを提供する働きをするSTATCOMユニットのようなユニットも含まれている。ウインドパークのこれらのユニットは、例えば個々のユニットのエネルギ出力のような制御変数を、所定の操作用制御変数によって、内部で制御する内部制御装置を備えている。これらのユニットについての操作用制御変数は、通常、ウインドパークの上位レベルのウインドパーク制御装置によって提供される。それ故に、これらの操作用制御変数は、動作中に変化させることができ、従って、ウインドパーク制御装置によって、繰り返し更新される形態で、これらのユニットに提供される。
それ故、ウインドパークは、2段階制御経路を備えている。ここでは、第1の、即ち、上位レベルの、制御装置段階がウインドパーク制御装置によって提供され、これは、ウインドパークの個々のユニットについて、例えばウインドパークの風力タービンについて、以下、操作用制御変数とも呼ばれる制御変数を決定する。これらの制御変数は、個々のユニットの制御装置において参照変数又は目標値と見なされ、そこで、第2の、即ち、下位レベルの、制御装置構成部に供給される。
本発明は、ウインドパーク制御装置によって決定された操作用制御変数を個々のユニットに送信することに関し、従って、前述の上位レベルの制御経路に関する。ウインドパーク制御装置は、フィードバックを介して、例えば、ネットワークノードとも呼ばれるウインドパークのネットワーク給電点の領域内における測定点から、実際の値を取得する。これは、ユニットによって利用可能にされて、供給ネットワークに供給される、例えば電圧、周波数、有効電力、及び/又は、無効電力のような値が、ウインドパークの全てのユニットが共同でネットワークにエネルギを供給するネットワークノードにおける実際の値として、測定されて提供されることを意味している。この実際の値はウインドパーク制御装置に供給され、このウインドパーク制御装置は、同様に提供される参照変数に応じて、制御変数又は操作用制御変数を決定してユニットに提供する。ウインドパーク制御装置は、例えば、ネットワークオペレータ又は上位レベルのクラスタ制御装置から、その参照変数を取得する。
ウインドパーク制御装置によってユニットに提供される操作用制御変数は、データセキュリティ上の理由から電線として設計されているデータラインを介して、ウインドパークの個々のユニットに送信される。しかしながら、これらのデータラインの物理的特性によって、特に既存の古い世代のウインドパークにおいては、データ送信レートが制限されているため、最大数のデータパケットを特定の期間にウインドパーク制御装置から個々のユニットに送信できるだけである。
特に、ネットワークサポートのようなネットワークサービスのために、可変操作用制御変数が、ウインドパーク制御装置によって、数秒、あるいは、それどころか1秒未満の更新レートで、風力タービンに提供される必要がある。修正された操作用制御変数に対する個々のユニットの応答の時間的要件を保証するために、ウインドパークの個々のユニットをウインドパーク制御装置で個別に処理することはできず、その理由は、特に古いウインドパークにおいては、データレートが、この目的については、不十分であるからである。場合によっては、ウインドパークのデータレートが非常に低いので、ネットワークが制御調整に要する時間では、単一のデータパケットだけしか送受信できない。従って、個別のデータレコードを用いてユニットを個別に処理すると、全てのユニットの応答時間が不十分になってしまう。
これに対処するために、ブロードキャストとして設計されたデータパケットがウインドパーク制御装置によって送信される。これは、ウインドパークの全てのユニットが、前回データパケットによって受信した操作用制御変数を更新するために、更新レートに従って、1つのデータパケットによって処理される、即ち、このデータパケットを受信してこのデータパケット内に含まれている操作用制御変数を受け入れることを意味している。
例えば、エネルギ供給の過剰が生じており、従って、ウインドパークの総電力出力を制限する必要がある場合には、出力されるべきウインドパークの有効電力についての低減値が、ウインドパーク制御装置内において、個々のユニットについての割合に分割され、この低減有効電力の操作用制御変数がブロードキャストで全てのユニットに供給される。次に、全てのユニットは、それに応じて、例えば事前に規定されたパーセンテージの割合だけ、自己が生成する有効電力を低減する。
この状況は、特に、ウインドパークが、相異なる時期に設置されたので相異なる料金を必要とする風力タービンで構成されている場合、ウインドパークオペレータにとって不利である。従って、エネルギが比較的高い料金を必要とする風力タービンのエネルギ出力よりも、エネルギが比較的低い料金を必要とする風力タービンのエネルギ出力を大幅に減らすことが望ましい。
従って、本発明の目的は、一方では、ネットワークオペレータの要件を満たすウインドパークの風力タービンの高速制御を可能にし、他方では、例えば、風力タービンの設置日やウインドパーク内での位置に応じて、風力タービンの個別制御を可能にすることである。いずれにしても、従来技術の問題の1つに取り組むことを意図している。
独国特許商標庁は、本出願についての優先権出願において、次の先行技術文献を調査した。
米国特許出願公開第2015/0219075号明細書 独国特許出願公開102007044601号明細書
この目的のために、本発明は、ウインドパークのユニットにデータセットを提供する方法に関する。これらのユニットは、例えば、風力タービン、1つ又は複数のSTATCOMユニット、及び/又は、1つ又は複数のエネルギ貯蔵装置である。このウインドパークは、少なくとも2つのグループに分割されている。少なくとも1つのグループ、複数のグループ、あるいは、各々のグループは、少なくとも2つのユニットを含んでいる。この方法に従えば、個別のデータセットが、いずれの場合も、各々のグループについて生成される。例えば、2つのグループが規定されている場合、第1のデータセットが第1のグループについて生成され、第2のデータセットが第2のグループについて生成される。
本発明に従えば、次に、個別のデータセットを含むデータパケットが生成される。従って、データパケットは、いずれの場合も、各々のグループについてのデータセットを含んでいる。次に、このデータパケットは、ウインドパークの全てのユニットに送信される。
本発明は、更に、データパケット、特に上述の送信されたデータパケットを受信する方法に関する。この方法は、望ましくは、ウインドパークのユニットで実施される。ウインドパークは、複数のユニットを備えている。このウインドパークのユニットは、更に、少なくとも2つのグループに分けられており、そこでは、少なくとも1つのグループ、複数のグループ、あるいは、全てのグループが、各々、少なくとも2つのユニットを含んでいる。このデータ受信方法は、いずれの場合も、少なくとも各々のグループについての個別のデータセットを含むデータパケットを受信するステップを更に備えている。更に、ユニットが割り当てられているグループについてのデータパケットからデータセットが抽出される。最後に、この抽出されたデータセットが、ユニット内で使用される。
従って、本発明によって、全てのユニットに提供されるデータパケット内で複数のデータセットが提供され、各々のデータセットが、いずれの場合も、ユニットの正確に1つのグループに個別に割り当てられる。このデータパケットは、全てのユニットに供給され、全てのユニットによって受信される。従って、データパケットは、ブロードキャストで送信できる。次に、各々のユニットは、このデータパケットから、この受信したユニットが割り当てられているグループに割り当てられたデータセットを抽出して、この抽出したデータセットを使用するが、他のグループを対象とするデータセットは無視する。従って、単一のデータパケットが、全ての風力タービンに同時に到達できる。少なくとも2つのグループを個別に同時に制御できる。従って、ウインドパーク制御装置が個々のユニットを個別に処理する必要はない。この目的のために、データパケットは、少なくとも2つの個別のデータセットを収容できるビット長を備えている。
第1の実施形態に従えば、この個別のデータセットは、制御信号、操作用制御変数、特に有効電力操作用制御変数又は風力操作用制御変数、あるいは、予備電力を含んでいる。この実施形態に従えば、例えば、制御信号又は操作用制御変数が、この提供方法における個別のデータによって提供され、それに応じて、制御信号又は操作用制御変数が、この受信方法に従って、データパケットからデータセットとして抽出される。
別の一実施形態に従えば、データパケットは、いずれの場合も、個別のデータセットと共に、各々のグループについての少なくとも1つのグローバルデータセットも含んでおり、該データセットは複数のグループ又は全てのグループに提供される。従って、相異なるグループについての相異なるデータセットの事前規定に加えて、単一のデータパケットを用いて複数のユニット又は全てのユニットについてのグローバルデータセットを提供することも可能である。この方法に従えば、このように、いずれの場合も、それぞれのグループについての複数の個別のデータセットを収容し、更に、それに加えて、少なくとも1つのグローバルデータセットを収容するデータパケットが生成される。従って、この一実施形態例に従えば、個別のデータセットが、当該ユニットが割り当てられているグループに割り当てられたデータパケットから、このユニットによって抽出される。この個別のデータセットと共に、このユニットは、更にグローバルデータセットも抽出する。従って、1つのデータパケットを用いて、全てのユニットについてのグローバルデータセットの事前規定と、ユニットの相異なるグループについての個別のデータセットの個別の事前規定と、が同時に可能である。
別の一実施形態に従えば、個別のデータは有効電力操作用制御変数に対応しており、グローバルデータは無効電力操作用制御変数に対応している。この提供方法において、有効電力操作用制御変数は、ユニットの個々のグループごとに個別に決定されて、いずれの場合も、各々のグループについての個別のデータセットとしてデータパケット内に挿入される。これに加えて、生成済みの無効電力操作用制御変数が、グローバルデータセットとして、同じデータパケットに追加される。この受信方法に従えば、それに応じて、データパケットは、ユニットにおいてこの一実施形態に従って受信されて、このユニットが割り当てられているグループに割り当てられた有効電力操作用制御変数がデータパケットから抽出される。このデータパケットを受信した風力タービンが割り当てられているグループについて個別に決定されたこの有効電力操作用制御変数と共に、データパケットのグローバルデータセットに対応する無効電力操作用制御変数が同じデータパケットから更に抽出される。
その結果、ネットワークオペレータによって事前規定され、ネットワークサポートのためにウインドパークによって提供されることが意図された無効電力の修正の場合には、この無効電力が全ての風力タービンによって同時に提供されることが可能である。逆に、有効電力は、相異なるグループについて個別の割合で修正できる。
別の一実施形態に従えば、ウインドパークは少なくとも2つのグループを含んでおり、ここで、所定の日付の前に既にエネルギをネットワークに供給したか、あるいは、この日付の前にネットワークに接続された全ての風力タービンがこれらのグループの1つに割り当てられており、一方、この所定の日付までにエネルギをネットワークに供給したことのない、あるいは、ネットワークに接続されたことのない風力タービンが他のグループに割り当てられている。第1のグループの風力タービンが他のグループのユニットよりも比較的高い有効電力を出力できるようにする個別の有効電力操作用制御変数を備えたデータパケットが、望ましくは、既定の日付の前に、既に、ネットワークに接続されたか、あるいは、このネットワークにエネルギを供給したグループに割り当てられている風力タービンに供給される。
従って、ネットワークオペレータによって事前規定される有効電力の制限の場合には、比較的に低い料金を必要とする新しい風力タービンを、比較的に高い料金を必要とする風力タービンよりも、有効電力の出力について、大幅に制限できる。更に、これは、全ての風力タービンに送信される単一のデータパケットの送信中に実施される。従って、ネットワークオペレータの要件に対する非常に迅速な応答が可能であり、規定の制限を規定の応答時間内で固守できる。同時に、ユニットの相異なるグループを、個別のデータセットによって、相異なる態様で、制御できる。
別の一実施形態に従えば、デフォルト値とも呼ぶことができる相異なる標準値が、相異なるグループに割り当てられているユニットに、割り当てられる。データパケットの受信が干渉による影響を受ける場合に、標準値を使用してユニットを制御する。これらのデフォルト値又は標準値は、例えば、有効電力操作用制御変数又は無効電力操作用制御変数又は予備電力についての標準値である。
本発明は、更に、データを提供する方法を実施するウインドパーク制御装置と、データパケットを受信する方法を実施するユニット、即ち、特に風力タービンと、に関する。本発明は、更に、データパケットを提供するウインドパーク制御装置と、データパケットを受信する複数の風力タービンと、を備えたウインドパークを含んでいる。
図面において詳細に説明した実施形態例から別の実施形態を見出すことができる。
風力タービンを示す図である。 ウインドパークを示す図である。 ウインドパーク制御装置を示す図である。 ユニットを示す図である。 データセットを提供する方法のステップを示す図である。 データセットを受信する方法のステップを示す図である。
図1は、ウインドパーク112のユニット100、即ち風力タービン100の概略図を示している。風力タービン100は、タワー102と、タワー102上のナセル104とを備えている。ナセル104には、3つのロータブレード108とスピナ110とを備えた空力ロータ106が設けられている。風力タービンの動作中、空力ロータ106が風によって回転運動させられ、従って、この空力ロータ106に直接又は間接的に結合された発電機のロータ又は巻線も回転させられる。この発電機は、ナセル104内に配置されており、電力を生成する。ロータブレード108のピッチ角は、それぞれのロータブレード108のロータブレードルートに在るピッチモータによって、修正できる。
図2には、一例として、4つの風力タービン100を備えたウインドパーク112が示されており、これらの4つの風力タービン100は、互いに同一でも異なっていてもよい。従って、これらの4つの風力タービン100は、基本的に、ウインドパーク112の任意の数の風力タービン100を表している。風力タービン100は、電気ウインドパークネットワーク114を介して、電力、即ち、特に生成電流を提供する。各々の場合に生成された個々の風力タービン100の電流又は電力が合算され、そして、通常設けられている変成器116が、ウインドパーク112内の電圧を昇圧して、これを、一般にPCC又はネットワークノード又はネットワーク給電ノードとも呼ばれる給電点118において、供給ネットワーク120内に給電する。
図2は、ウインドパーク112を単に簡略化して表したものである。また、その他の実施形態の例を1つだけ挙げるとすれば、例えば、各々のウインドタービン100の出力にも変成器116が存在するようにして、ウインドパークネットワーク114を異なる構成にしてもよい。
この実施形態例に従えば、風力タービン100は、2つのグループ122、124に分割されている。上側の2つの風力タービン100は第1のグループ122に割り当てられており、下側の2つの風力タービン100は第2のグループ124に割り当てられている。
図2には、更に、バスシステム12を介して各々の個別の風力タービン100に接続されている制御装置10、この場合では、ウインドパーク制御装置10が示されている。図2には、更に、オペレータ、即ちネットワークオペレータ又はウインドパークオペレータの制御センタ14が示されている。ウインドパーク制御装置10と風力タービン100との間のデータ伝送を、本実施形態例において、詳細に検討する。制御センタ14は、接続16を介してウインドパーク制御装置10のデータ入力15に接続されている。接続16は、例えば、TCP/IP接続に対応している。
図3は、ウインドパーク制御装置10の拡大図を示している。ウインドパーク制御装置10はデータ入力15を備えており、これを介してウインドパーク制御装置10はオペレータの制御センタ14に接続されている。更に、ウインドパーク制御装置10は、このウインドパーク制御装置10のコントローラ21で制御される制御回路のフィードバック19が供給される別のデータ入力20を備えている。フィードバック19は、給電点118の近くに配置された、ウインドパークネットワーク114の電気量を測定する測定点22に接続されている。これらの電気量は、例えば、ウインドパークネットワーク114内の電圧、及び/又は、電流または電圧の周波数である。ウインドパーク制御装置10内において、データ入力20を介してフィードバック19を供給し、且つ、データ入力15を介してオペレータによって指定された参照変数を供給することによって、制御偏差24が規定される。制御偏差24は、ウインドパーク112のユニット100についての制御変数を規定するコントローラ21に供給される。
ここで、コントローラ21は、ウインドパーク112のユニット100の相異なるグループについての個別の制御変数を規定する。この目的のために、グループ数と、これらの個別のグループに割り当てられているユニット100の数と、に関する情報が、メモリ26からコントローラ21に与えられる。更に、グループ内の個々のユニットが有する特性が、メモリ26に記憶されている。本例において、ウインドパーク112の2つのグループを前提とする場合、コントローラ21は、従って、ユニット100の2つの相異なるグループについて個別に定められる第1のデータセット28及び第2のデータセット30を規定する。これらの2つの個々のデータセット28、30はデータパケット生成器32に供給され、次いで、このデータパケット生成器32は、これら2つのデータセット28、30からデータパケット34を生成して、これを出力36において出力する。従って、これら2つのデータセット28、30を備えたデータパケット34は、バスライン12上に提供される。
データパケット34は、任意選択で少なくとも1つのグローバルデータセット(global data set)も含むことができ、これは、本実施形態例では示されていない。
図4は、ユニット100の1つのセクション、即ちユニット100の制御部40のみを示している。制御部40は、バスライン12を介してデータパケット34が供給されるデータ入力42を備えている。次に、データパケット34は、抽出部44に送られる。抽出部44は、データパケット34から、ユニット100が割り当てられているグループに割り当てられたデータセット28、30を抽出する。次に、抽出済みのデータセット46はユニット100のコントローラ48に送られ、それによって、ユニット100が制御される。
図5は、データセット28、30を提供する方法のステップを示している。
ステップ50において、個別のデータセット28、30が、各々の場合において、ウインドパーク112の複数のユニット100から成るグループ122、124のそれぞれについて生成され、ステップ52において、データパケット34が、個別のデータセット28、30から生成される。ステップ54において、データパケット34は、ウインドパーク112の全てのユニット100に送信される。
図6には、ユニット100によってデータを受信する方法のステップが示されており、ステップ56において、少なくとも、ウインドパークのユニット100のグループ122、124のそれぞれについての個別のデータを含むデータパケット34が受信され、ステップ58において、ユニット100が割り当てられているグループ122、124について、データセット28、30がデータパケット34から抽出される。次いで、ステップ60において、抽出済みデータセット46がユニット100内で使用される。

Claims (15)

  1. ウインドパーク(112)の複数のユニット(100)に、特に風力タービンに、データセット(28、30)を提供する方法であって、前記ウインドパーク(112)が少なくとも2つのグループ(122、124)に分割されており、且つ、少なくとも1つのグループ、複数のグループ又は全てのグループ(122、124)が、各々、少なくとも2つのユニット(100)を含んでおり、前記方法が、
    ・前記グループの各々についての個別のデータセット(28、30)を生成するステップ(50)と、
    ・少なくとも前記生成された個別のデータセット(28、30)を含むデータパケット(34)を生成するステップ(52)と、
    ・前記データパケット(34)を前記ウインドパークの全ての前記ユニットに送信するステップ(54)と、
    を含む、前記方法。
  2. 操作用制御変数、特に有効電力操作用制御変数又は無効電力操作用制御変数あるいは、予備電力を含む前記個別のデータセット(28、30)を制御信号と共に提供する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記個別のデータセット(28、30)と共に、複数のグループ又は全てのグループ(122、124)についてのグローバルデータセットもデータパケット(34)内に含まれるように前記データパケット(34)を生成する、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 有効電力操作用制御変数が個別のデータとして生成され、無効電力操作用制御変数がグローバルデータとして生成される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 既定の日付の前に、接続済みネットワーク(120)に初めてエネルギを供給した、及び/又は、前記ネットワーク(120)に接続された、全てのユニット(100)が第1のグループ(122、124)に割り当てられており、別のグループ又は全ての別のグループ(122、124)が前記ウインドパーク(112)の残りのユニット(100)を含んでいる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記ユニット(100)に対して個別の標準値が提供され、前記標準値が、同一のグループ(122、124)の前記ユニット(100)について同一の値を有し、相異なるグループ(122、124)について相異なる値を有している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されたウインドパーク制御装置。
  8. ウインドパーク(112)のユニット(100)、特に、風力タービン、STATCOMユニット又はエネルギ貯蔵装置によって、特に請求項1〜6のいずれか一項に記載されているように、提供されるデータセット(28、30)を受信する方法であって、前記ユニット(100)がウインドパーク(112)の2つのグループ(122、124)の少なくとも一方に割り当てられており、少なくとも1つのグループ、複数のグループ又は全てのグループ(122、124)が、各々、少なくとも2つのユニット(100)を含んでおり、前記方法が、
    ・少なくとも前記グループ(122、124)の各々についての個別のデータセット(28、30)を含むデータパケット(34)を受信するステップ(56)と、
    ・前記ユニット(100)が割り当てられている前記グループ(122、124)についての前記データパケット(34)から少なくとも前記データセット(28、30)を抽出するステップ(58)と、
    ・前記抽出されたデータセット(46)を前記ユニット(100)内で使用するステップ(60)と、
    を備えている、前記方法。
  9. 前記データセット(28、30)には前記ユニット(100)を制御するために前記ユニット(100)内で使用される制御信号が含まれている、又は、前記個別のデータセット(28、30)には前記ユニット(100)を制御するために使用される操作用制御変数、特に有効電力操作用制御変数又は無効電力操作用制御変数が含まれている、請求項8に記載の方法。
  10. 前記データパケット(34)が、前記個別のデータセットと共に、複数のグループについて又は全てのグループ(122、124)についての少なくとも1つのグローバルデータセットも含んでおり、前記ユニット(100)が、該ユニット(100)が割り当てられている前記グループ(122、124)についての前記個別のデータセットと共に、前記グローバルデータセットも抽出して、該抽出したグローバルデータセットを前記ユニット(100)内で使用する、請求項8又は9に記載の方法。
  11. 前記個別のデータセット(28、30)が有効電力操作用制御変数を含み、前記グローバルデータセットが無効電力操作用制御変数を含み、前記有効電力操作用制御変数と前記無効電力操作用制御変数とが前記ユニット(100)を制御するのに使用される、請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記ユニット(100)が、既定の日付の前に、接続済みネットワーク(120)に初めてエネルギを供給した、及び/又は、前記ネットワーク(120)に接続された場合には、第1のグループ(122)に割り当てられており、それ以外の場合には、前記第1のグループ(122)以外のグループに割り当てられている、請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記風力タービン(100)が、同じグループ(122、124)の別のユニット(100)と同じ標準操作用制御変数を有し、且つ、他のグループ(122、124)のユニット(100)とは異なる標準操作用制御変数を有する、請求項8〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 請求項8〜13のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されたユニット、特に風力タービン、STATCOMユニット又はエネルギ貯蔵装置。
  15. 請求項7に記載のウインドパーク制御装置(10、21)と、請求項14に記載の複数のユニット(100)と、を備えたウインドパーク。
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