JP6532541B2 - 風力発電装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は風力発電装置の運転方法に関する。更に、本発明は風力発電装置に関する。更に、本発明は、風力発電装置の利用可能な出力を観測するための状態観測器に関する。

風力発電装置及び風力発電装置の運転方法は既知である。風力発電装置は、電気供給ネットに電力を供給するものであるが、電気供給ネットを場合によっては電気技術的に支援（保護）するために使用されることも増えている。

そのような支援の１つの可能性は、周波数低下後、風力発電装置が短時間に、当該風力発電装置が優勢な（支配的な：vorherrschend；prevailing）風条件に基づきその時点において生成可能であるよりも大きいより大きな電力を電気供給ネット（これは簡略化して単にネットとも称され得る。）に供給するようなものである。従って、このために、風から生成される出力（電力）に加えて、ロータの運動エネルギからの電力が使用される。これには、とりわけ、風力発電装置の空気力学的ロータ及びこれに連結される発電機の電磁的ロータないし回転子が含まれる。これは、とりわけ、発電機の回転子が空気力学的ロータに直接連結されておりかつ回転子が有効な（大部分の）慣性モーメントを有するギアレス型風力発電装置に当て嵌まる。これらの回転するすべての部分に、ロータのこの運動エネルギが集まっている。

いずれにせよ、運動エネルギのこの供給により、ロータの速度（回転数）は減少する。この支援措置が経過した後ないし終了することが許された後は、風力発電装置はその通常の運転状態に復帰すべきであろう。単純化して言えば、これは、考察される期間にわたって風速が一定であることを想定した場合、回転数は再び増大する必要があること、そのために、発電機の電気的出力はある期間にわたり必然的に空気力学的ロータによって生成される駆動出力を下回る必要があり、その結果、始めのうちは緩慢にしか再び増大されることができないことを意味する。

ＤＥ １０ ２００９ ０１４ ０１２ Ａ１ ＤＥ １１ ２００５ ０００ ６８１ Ｔ５ ＷＯ ２０１１／１２４６９６ Ａ２

しかしながら、そのような回転数増大即ち風力発電装置の通常運転状態への復帰には問題があり得る。まず、この強制的に至らされた小さい回転数を有する運転状態にある風力発電装置は空気力学的に効率がより小さい運転状態にもあるというリスクが常に存在する。風力発電装置は、この場合、相応に注意深く運転される必要があるが、このことは通常運転状態への復帰にも当て嵌まる。更に、再加速（回転数増大）を目的とした電気出力の減少は、場合によっては、従前の障害後になおも風力発電装置による可及的に一定かつ大きな電力供給を必要とするネットに対し悪影響も及ぼす。

ドイツ特許商標庁は、本願の優先権主張の基礎出願について以下の先行技術文献をサーチした：ＤＥ １０ ２００９ ０１４ ０１２ Ａ１、ＤＥ １１ ２００５ ０００ ６８１ Ｔ５及びＷＯ ２０１１／１２４６９６ Ａ２。

それゆえ、本発明の課題は、上述の問題の少なくとも１つに対処し、解決策を提案することである。とりわけ、増大された電力の供給によるネット支援により引き起こされるそのような回転数減少後、風力発電装置を可及的に好都合に通常運転状態に復帰させる有利な手法の提示が望まれる。少なくとも、既知の方策に対する代替的な方策の提案が望まれる。

本発明に応じ、請求項１に記載の方法が提案される。即ち、本発明の一視点により、電気供給ネットに電力を供給するための、発電機を有する風力発電装置（ＷＥＡ）の運転方法が提供される。該運転方法においては、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態の後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態へ制御が行われ、
第１運転状態は、風力発電装置が短時間に当該風力発電装置が優勢な風条件に基づき生成可能であったよりもより多くの電力を出力した電力アウトプットが増大された運転状態であり、
第２運転状態への制御のために、
・電気供給ネットへの電力供給のために利用可能な空気力学的出力（以下「利用可能出力」という。）が求められ、
・この利用可能出力から、目標回転数が決定され、及び、
・目標回転数から、発電機において調整されるべき目標電力が予め設定される（形態１・基本構成）。

請求項１は、従って、発電機を有する風力発電装置（Windenergieanlage）（通常これはＷＥＡと略称される。）の運転方法に関する。原理的に、この方法により、電力は電気供給ネットに供給される。ここで、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態に変更されるべき状況が顧慮される。この場合、本方法は、とりわけ、第１運転状態が電力アウトプットが増大された運転状態でありかつこの運転状態から通常運転状態に復帰するよう制御されるべき状況に関係する。この場合、通常運転状態は第２運転状態を形成する。この場合、電力アウトプットが増大されたこの運転状態は、風力発電装置が短時間当該風力発電装置が優勢な風条件に基づき生成可能であったよりもより多くの電力を出力した運転状態である。即ち、風力発電装置は、風から生成された電力に加えて、更に、蓄積された電力を補充的に出力したのである。この電力は、風力発電装置のロータと発電機の回転子の回転の運動エネルギから取り出されたものであり、そのため、回転数は今やより小さくなっている。

電力アウトプットが増大されたこの運転状態（この状態はその後終了されているか又は終了される）から、通常運転状態に復帰されるべきである。この通常運転状態とは、風力発電装置が優勢な風条件に基づき風から生成可能である電力が電気（供給）ネットに供給される運転状態として理解されるべきものである。これは、この場合、原理的に電気供給ネットへの給電に関連して、風力発電装置が風から取り出すことができた（但し別途に使用された電力が差し引かれた）電力ないし電力量に関する。この別途に使用された電力は、他励式同期機を使用する場合、とりわけ、相応の励磁電流の供給に関する。尤も、他のないし更なる電力アウトプットも考慮される。

いずれにせよ、風力発電装置は、電力アウトプットが増大された、従って回転数が減少されたこの運転状態から、風に適合された電力アウトプット、更にはそれに適合された回転数を有するこの通常運転状態へ復帰するよう制御（復帰制御）されるべきである。この場合、出力（電力）は、電力が増大されたこの運転状態の終了後又は終了時には、通常、大きく減少する。

このために、まず、給電のために利用可能な空気力学的出力を決定することが提案される。この利用可能な空気力学的出力は、従って、まず風から取り出し可能であるが、給電前に別途に必要とされる電力（出力）の分だけ減少された空気力学的出力に基づく出力である。これは、以下において、単純化して、利用可能出力と称する。次に、この利用可能出力から、つまり、利用可能出力として決定された出力から、目標回転数が決定される。即ち、この支援措置前の最新の回転数、即ち風力発電装置が増大した電力を給電した直前に存在した回転数が単純に使用されるのではなく、目標回転数はこの利用可能出力に依存して決定される。

そして、この目標回転数が決定されると、該目標回転数に依存して、発電機において調整されるべき目標電力が予め設定される。そして、風力発電装置は、この目標電力に基づいて制御されることができる。この目標電力は、この場合通常は追従され（nachgefuehrt）得るものであるが、最終的にこの通常運転状態に至る調整目標を予め設定する。

従って、今や、現地での実際の状況を考慮して、通常運転状態への復帰制御を実行することができる。この場合、利用可能な空気力学的出力は夫々の瞬間（時点ないし瞬時）において優勢な風条件に依存するだけではなく、風力発電装置の既存の（vorliegend）回転数にも依存することも留意されるべきであるが、このことは、本発明によって認識されかつ考慮されたものである。とりわけ、回転数の減少によって周速比（Schnelllaufzahl；tip-speed rate）がより小さくなることが起こり得る。このより小さい周速比は最適なものではなく、従って、その際に、周速比が最適な場合にその瞬間に（時点で）取り出し可能であろう程の電力を風から取り出すことはできない。このことも、提案に係る方法によって考慮される。

尤も、とりわけ、第１運転状態から第２運転状態への制御、とりわけ復帰制御、も考慮されるが、この場合、第１運転状態は他の理由から最適な電力アウトプット又は最適な回転数を有しない。この場合、第２運転状態は、第１運転状態よりもより大きな回転数を有し得る。そして、より大きな回転数からより小さな回転数に制御される。

第１回転数と第２回転数及び第１電力アウトプットと第２電力アウトプットは原理的には互いに相違するが、第１電力アウトプットと第２電力アウトプットが同じであるケースは起こり得る。

利用可能出力が、発電機の回転数と、電気的中間蓄積器（蓄電装置）に、とりわけ直流電圧中間回路に供給される電力とから求められることが、一実施形態に応じ提案される。かくして、利用可能出力について発電機の回転数も考慮すること及びこの中間蓄積器からの情報を使用することが可能になる。

有利には、いわゆるフルインバータコンセプト（Vollumrichterkonzept）に基づく風力発電装置が使用される。この場合、発電機によって生成されるすべての電力が整流されて、直流電圧中間回路に供給される。そのため、直流電圧中間回路は電気的中間蓄積器を形成する。そして、この直流電圧中間回路から、インバータを介して、電気供給ネットへの給電が実行される。その限りにおいて、直流電圧中間回路、又は他の中間蓄積器へ供給される電力は、利用可能出力に関する情報を提供することができる。これに関し、発電機の回転数と中間蓄積器におけるこの電力を一緒に考慮することにより、利用可能な空気力学的出力に関する情報を導き出すことができることが、本発明により認識された。

利用可能出力が状態観測器によって求められることが、一実施形態に応じ提案される。かくして、状態観測器において使用されるシステムないし部分システムによって、直接的には測定できない変数も検出する（記録する）ことができる。その測定が例えば不正確であったり雑音が混入したりして良好に測定できない変数も、状態観測器によってより良好に検出することができる。

有利には、状態観測器（Zustandsbeobachter；state observer）は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有する。発電機の回転数は、通常、測定技術的に検出可能であり、しばしば測定変数としても利用可能である。しかしながら、これを状態観測器の状態変数として考慮することにより、測定品質を改善することが可能になる。とりわけ、この場合、測定品質は、精度及び動的応答に関し、利用可能出力の所期の検出のための要求に適合されることができる。これは、とりわけ、状態観測器のパラメータ化によっても、とりわけパラメータｋ_ωによって、可能であるが、これについては以下において詳細に説明する。

状態観測器の状態変数として発電機の機械的トルクを考慮することは、とりわけ、この変数を検出することは測定技術的に不可能であるか又は可能であっても簡単とは言えないが、同時に、この変数は利用可能出力を検出する（求める）ために良好に適合的であるという利点を提供する。従って、そのような状態観測器によって、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクは、更なる検出のために直接的に使用可能な変数として存在する（提供される）。状態観測器は、これらの変数を各サンプリングステップ（Abtastschritt）において、従ってオンラインでの実行においても検出し、利用することができる。

有利には、状態観測器は、以下の構成によって定義される。この構成は、以下に示すように、システム記述として行列式で表示されている：
ここで、
・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
・ωは、発電機の回転数であり、
・ｋω及びｋ_Ｔは、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
・Ｔ_ｅｌは、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ_ＤＣと回転数ωとの比（商）として求められ（計算され）、及び、
・Ｔ_ｍｅｃｈは、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
と、観測される機械的トルク
の積として求められる（計算される）。

かくして、Ｊはロータと発電機の共通の慣性モーメントを表すが、このことは、その限りにおいて、空気力学的ロータが発電機の回転子と直接的に機械的に連結されているギアレス型風力発電装置を暗示する。つまりは、この慣性モーメントは、勿論、ロータ及び発電機の回転子と固定的に連結されておりかつ一緒に回転するもののすべてを含む。尤も、いずれにせよ、そのような構成要素、例えばロータハブのようなもの、のすべてがロータの部分であってもよい。他方、ギア伝動装置式風力発電装置の場合、原理的には、発電機の慣性モーメントの部分は相応の変換比を介してこの全慣性モーメントに算入され得るであろう。

発電機の回転数ωは、このギアレス式コンセプトの場合、それに応じて同時に、当該発電機と固定的に結合されたロータの回転数である。パラメータｋ_ω及びｋ_Ｔは状態観測器の動的応答に影響を及ぼすパラメータであり、その作用は所与の式の理解からも得られる。とりわけ、パラメータｋ_ωは、観測される
と測定されるωの間の差分に依存して観測される
の追従に影響を及ぼす。同じ差分が、機械的トルク
の追従のためのパラメータｋ_Ｔを介して影響を及ぼされる。

従って、この状態観測器を用いることにより、比較的簡単な構成によっても、これらの両者の状態即ち回転数ω及び機械的トルクＴ_ｍｅｃｈを検出する（求める）ことができる。

電気的トルクＴ_ｅｌは、今の場合、中間蓄積器に供給される電力Ｐ_ＤＣと回転数ωの比（商）として求められる（計算される）。即ち、以下の方程式が成り立つ：

回転数ωは測定可能であるが、この場合、状態観測器の観測される回転数
も使用可能である。中間蓄積器に、とりわけ直流電圧中間回路に供給される電力Ｐ_ＤＣは、検出ないし測定可能であり、フルインバータないしこれに付属されるか又はこれに含まれる制御（装置）においては通常既知であり、これらにおいて変数として存在する（与えられる）。

求められるべき（検出されるべき）利用可能出力は、今や、単に、観測される回転数
と観測される機械的トルク
の積として求められる（計算される）ことができる。これは、関連する瞬間（時点ないし瞬時）において給電のために利用可能な空気力学的出力を表している。そして、この利用可能出力は、目標回転数及びこれから得られる発電機において設定（調整）されるべき目標値（電力）を予め設定するための出発点を形成する。なお、これについては一実施形態に基づき既に説明した。

従って、状態観測器は利用可能出力をリアルタイムでも求めるが、それからはじめて、発電機において設定（調整）されるべき目標電力が求められる。なお、目標値（電力）はこの利用可能出力とは区別される（異なる）ものである。

一実施形態に応じ、目標回転数は回転数・電力（出力）特性曲線に依存して（基づいて）決定可能である。そのため、そのような回転数・電力特性曲線は、回転数と電力（出力）の間の予め定義された関係を与え、及び、（１つの）存在する回転数又は（１つの）所望の回転数に対し（１つの）対応する電力値を選択可能にするために利用される。この場合、通常の、更にはかつて風力発電装置制御において使用されていた回転数・電力特性曲線を使用することができ、或いは、この適用例のための特別な回転数・電力特性曲線を使用することもできる。

更なる一実施形態に応じ、利用可能出力と発電機の実際回転数とから目標電力を求めるために、制御器ないし制御装置（閉ループ制御器：Regler）の使用が提案される。

有利には、そのために、制御器ないし制御装置において、まず、目標回転数と実際回転数の差分が形成される。この場合、実際回転数としては、状態観測器によって観測される実際回転数を使用することができる。この場合、回転数の即ち発電機回転数のこの差分は、制御偏差と称することも可能である。

目標回転数と実際回転数のこの差分から、制御アルゴリズムによって、観測される機械的トルクと電気的トルクとの間の差分を決定する差分トルクが決定される。これは、最も単純な場合、Ｐ制御器（Proportional-Regler）によって、有利にはＰＩ制御器（Proportional-Intergal-Regler）によって又はＰＩＤ制御器（Proportional-Intergal-Differential-Regler）によって、実行可能である。

そのようにして求められるこの差分トルク（これはその限りにおいて最初に制御技術的に内部変数を記述するものでもある）に対し、観測される機械的トルクが加算されるが、この和は目標トルクを形成する。

そして、この目標トルクは風力発電装置の制御（装置）に与えられることができ、予め又は風力発電装置の制御（装置）において、目標トルクと実際回転数との積から、目標出力（電力）が求められる（計算される）。この場合も、実際回転数としては、状態観測器において観測される実際回転数を使用することができる。或いは、測定される実際回転数も使用可能である。

そして、風力発電装置にいずれにせよ存在する制御（装置）（Steuerung）又は閉ループ制御（装置）（Regelung）は、風力発電装置がある運転点において動作するよう、この目標電力を変換する。この運転点は、この目標電力を実際電力として直ちに有すべきであろうし、ないしは、この目標電力において、これは変化するであろうが、その運転点に追従する。それに応じて、新たな実際回転数も設定されるが、これは、この（閉ループ）制御器（Regler）によって、冒頭で説明したように、更に使用される。

この実施形態を用いて、再び、本発明の１つの基本思想を例示的に説明する。風力発電装置は、ネット支援後、回転数が減少された運転状態にある。アウトプットされた電力は予め過剰に増大されており、今や、再加速を達成するために、迅速に減少する必要がある。風力発電装置は、今や、可能な限り通常運転状態に復帰すべきであり、そこで、この通常運転状態への格別に有利な、とりわけ目標を定めて制御された復帰（Rueckfuehrung）が提案される。この復帰制御（Ruecksteuerung）のための基礎として、利用可能出力が求められるが、これは、状態観測器によってとりわけ好都合に行うことができる。この求められた利用可能出力から出発して、とりわけ動的プロセスを介して、設定されるべき目標電力が求められ、風力発電装置制御（装置）に予設定値として供給される。この場合、この目標電力は、通常、それ自体、動的（dynamisch）でもあり、最終的に、風力発電装置はこの通常運転点に復帰すべきであるが、その際、この提案に係る復帰のための出発（出力）値も変化するよう、変化する。

この場合、とりわけ、制御されない復帰ないし制御されない復帰の試みにより風力発電装置が停止状態にさえも至ってしまうことが生じ得るが、このことも阻止される。これは、例えば、風力発電装置がその時点で及びその現在の（実際の）運転状態において風から取り出すことができないほどに多くの電力が要求され、そのため、更に減速され得る場合に起こり得るであろうが、その結果、状況は更に悪化し、極端な場合には、風力発電装置は停止に至るであろう。

（供給）電力が最初は過大に減少されないことも好ましい目標の１つである。というのは、それにより、ネットに新たな障害が生じかねないからである。

従って、本方法は、風力発電装置が予め過剰に増大された電力アウトプットのためにその回転数、従ってその電力が減少されている運転状態のためにとりわけ有用である。尤も、本方法は、原理的には、他の事情、例えばネット運用者（電力会社等）の他の条件又は法律上の規則に基づき風力発電装置がより小さい回転数の運転状態、即ち回転数が存在する風条件下において通常ないし標準的であると考えられる回転数よりも小さい状態にある場合も考慮している。

更なる応用例の１つは、連続運転（Dauerbetrieb）、即ちその都度の実際の風速に対し最適な動作点（運転点：Arbeitspunkt）を達成するための風力発電装置の回転数制御（フィードバック制御）型（Drehzahl-geregelt）運転である。

本発明に応じ、利用可能出力を決定する（求める）ことが可能な状態観測器も提案される。とりわけ、この状態観測器は、風力発電装置の運転のための各実施形態に関連して上に説明したように、作動する。利用可能出力を求めるための即ち給電のために利用可能な空気力学的出力を求めるためのそのような状態観測器は、この利用可能な出力が通常運転状態への風力発電装置の復帰制御のために使用されないか又はそれのみには使用されない場合も有利であることが、本発明により認識された。それに応じ、この場合にも、状態観測器について他の関係で上記において説明された又は以下において説明される実施形態も有意に妥当する。

上述した実施形態の１つに応じた方法によって第１運転状態から第２運転状態へ、とりわけ通常運転状態へ復帰制御されることが可能な、或いは、付加的に又は代替的に、利用可能出力を求めるために、上述の実施形態の少なくとも１つに応じた状態観測器を有する風力発電装置も、本発明に応じ提案される。

有利には、風力発電装置は、通常運転状態への復帰のための方法が組込まれておりかつ当該方法を実行可能な復帰制御ユニット（Rueckfuehrsteuereinheit）を有する。従って、復帰制御ユニットは、第１運転状態から第２運転状態へ制御することができる。そのような復帰制御ユニットは、有利には風力発電装置の運転制御ユニットとリンク（接続ないし連携）されているか又はその一部を構成する。

利用可能出力を求めるための状態観測器を有する状態観測器制御装置を設けること、そのため、状態観測器が状態観測器制御装置に組込まれかつ状態観測器制御装置において作動可能であるが、付加的に又は代替的に提案される。この状態観測器制御装置は、復帰制御ユニットの一部を構成することも可能であるが、とりわけ状態観測器が正常運転状態への復帰のための制御を伴わずに作動されるべき場合、分離型（独立型）として構成されることも可能である。有利には、この状態観測器制御装置は、風力発電装置の運転制御装置に接続されているか又はその一部を構成することができる。

ここに、本発明の好ましい実施の形態を示す。
（形態１）上記基本構成参照。
（形態２）形態１の方法において、利用可能出力は、発電機の回転数と、電気的中間蓄積器に、とりわけ直流電圧中間回路に、供給される電力とから求められることが好ましい。
（形態３）形態１又は２の方法において、利用可能出力は、状態観測器によって求められることが好ましい。
（形態４）形態１〜３の何れかの方法において、利用可能出力を求めるために使用される状態観測器は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有することが好ましい。
（形態５）形態１〜４の何れかの方法において、利用可能出力を求めるために使用される状態観測器は、以下の構成によって定義される：
但し、
・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
・ωは、発電機の回転数であり、
・ｋω及びｋ _Ｔ は、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
・Ｔ _ｅｌ は、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ _ＤＣ と回転数ωとの比として計算され、及び、
・Ｔ _ｍｅｃｈ は、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
と観測される機械的トルク
の積として計算されることが好ましい。
（形態６）形態１〜５の何れかの方法において、制御装置（Regler）において、利用可能出力と発電機の実際回転数から、目標電力が求められることが好ましい。
（形態７）形態１〜６の何れかの方法において、目標回転数は、利用可能な空気力学的出力に依存して、回転数・電力特性曲線から決定されることが好ましい。
（形態８）形態１〜７の何れかの方法において、制御装置において、
・目標回転数と実際回転数、とりわけ観測される実施回転数、との差分が形成され、
・該差分から、制御アルゴリズムを介して、観測される機械的トルクと、電気的トルクとの間の差分トルクが決定され、
・差分トルクの和と観測される機械的トルクとから、目標トルクが計算され、及び、
・実際回転数と乗算された目標トルクから、目標電力が計算されることが好ましい。
（形態９）形態１〜８の何れかの方法において発電機を有する風力発電装置の利用可能出力を求めるための状態観測器であって、該状態観測器は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有することが好ましい。
（形態１０）形態９の状態観測器は、以下の構成によって定義される：
但し、
・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
・ωは、発電機の回転数であり、
・ｋω及びｋ _Ｔ は、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
・Ｔ _ｅｌ は、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ _ＤＣ と回転数ωとの比として計算され、及び、
・Ｔ _ｍｅｃｈ は、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
と観測される機械的トルク
の積として計算されることが好ましい。
（形態１１）電気供給ネットに電力を供給するための発電機を有する風力発電装置であって、
風力発電装置は、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態の後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態へ制御を行うよう構成され、及び／又は、風力発電装置は、利用可能出力を求めるために、形態９又は１０の状態観測器を有することが好ましい。
（形態１２）形態１１の風力発電装置において、形態１〜８の何れかの方法を実行するために、当該方法が組込まれている復帰制御ユニット（Rueckfuehrsteuereinheit）を有する、及び／又は、前記状態観測器を運転するために、状態観測器が組込まれている観測器制御ユニットを有することが好ましい。
以下において、本発明は実施例を用いて例示的に添付の図面を参照して詳細に説明される。

風力発電装置の一例の斜視図。 提案に係る方法を説明するための、目標電力を予め設定するためのブロック図の一例。 回転数制御構造の一例のブロック図。 周波数低下の一例の経過と風力発電装置による支援の一例の推移及び効果を説明するための複数のグラフ。 周波数低下の一例の経過と風力発電装置による支援を説明するための図４に類似する複数のグラフ。但し、この場合、図４の場合とは異なり、支援のための電力に対し、可変の目標値が設定可能である。 他の例と対比された、本発明の一実施形態に応じた通常電力従って通常運転点への電力の復帰のための電力推移のシミュレーション例。

図１は、タワー１０２とナセル（ゴンドラ）１０４を有する風力発電装置１００の一例を示す。ナセル１０４内には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を有するロータ１０６が配設されている。ロータ１０６は、運転時、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。

図２は、風力発電装置に対し電力目標値として予め設定されるべき目標電力Ｐ_ｓｏｌｌ（これに基づいて風力発電装置は通常運転点に復帰する）を予め設定するためのブロック図２の一例を示す。このブロック図２は、経過（フロー）の概要を模式的に示している。

入力変数として、電気的直流電圧中間回路に供給される電力Ｐ_ＤＣと発電機の回転数ωが電力（出力）観測器４の入力端に入力される。この電力（出力）観測器４は、発電機の回転数と発電機の機械的トルクを状態変数として有することができる状態観測器である。結果として、利用可能出力
が得られるが、これは、給電のために利用可能な空気力学的出力とも称される。この観測される出力
の添え字は、当該出力が直流電圧中間回路に関係があることも示している。即ち、この出力は、優勢な風速に、更には風力発電装置の現時点の（実際の）運転状態にも依存する、従って、風から取り出すことが可能な出力（パワー）の大きさに依存する出力であるが、これは、風から取り出し可能なこの出力の一部が他のものに、とりわけ発電機の励磁のためにないし発電機におけるエネルギ変換の損失の補填のために、使用されることも既に考慮されている。この利用可能出力
は、従って、現実に（実際に）利用可能でもありかつインバータによって電気供給ネットに供給可能であるような電力（出力）を記述する。

その限りにおいて、この利用可能出力は、中間回路において利用可能なものではあるが、風から連続的に追従出力（Nachfluss）されることにより連続的にも存在し（利用可能でもあり）かつ風力発電装置の回転数の変化を引き起こさないであろうという点において、中間回路へ供給される電力とは相違する。

この利用可能出力
から、今や、回転数・電力特性曲線が記憶されている特性曲線ブロック８を介して、目標回転数ω_ｓｏｌｌが決定される。この目標回転数は、回転数制御器ブロック１０（これは図３において更に説明される。）における回転数制御器のための入力変数である。

利用可能出力
は同様にブロック１０の回転数制御器のための入力変数であるが、回転数も回転数制御器ブロック１０のこの回転数制御器のための更なる入力変数である。この場合、測定される回転数又は電力（出力）観測器４において評価（推計）される状態変数として存在する回転数を使用することができる。

ブロック１０の回転数制御器は、それらから、動的プロセスで、その出力端１２に風力発電装置のための目標電力を生成する。

図３は、回転数制御器ブロック１０の意味で回転数制御器の一例を示す。それに応じて、この場合も、入力変数として、目標回転数ωｓｏｌｌ、実際回転数ω及び、直接的に、利用可能出力が考慮される。利用可能出力は図３には記載されていないが、利用可能な機械的トルク
がそれ（利用可能出力）に関連しており、相応の入力変数を直接的に形成する。

目標回転数は、まず、例えば１次のローパスフィルタであり得るデジタルフィルタ３０を介して導かれることができる。これによって、２つの自由度を有する制御（フィードバック制御）構造（Regelstruktur）を形成できるが、これは、目標値追従パフォーマンスを良好に維持すると共に、制御（フィードバック制御）経路（Regelstrecke）のモデル化の不正確性に対する制御（フィードバック制御）回路ないしループ（Regelkreis）の頑強さ（ロバストネス）の改善を可能にする。反対の場合、即ち、目標値（追従）パフォーマンスはそれほど良好ではないが、モデル化の正確性が良好でありつつ、良好な頑強さが存在することにも、ここで言及すべきであろう。

さて、差分ブロック３２では、回転数の目標値と実際値の差分が生成される。この差分は制御器ブロック３４に供給され、制御器ブロック（Reglerblock）３４は制御（フィードバック制御）アルゴリズム（Regelalgorithmus）によってその差分から相応の差分トルクを決定する。制御（フィードバック制御）アルゴリズムは、とりわけＰ構造、ＰＩ構造又はＰＩＤ構造を有することができる。

そのようにして決定された差分トルクは、加算器３６において、観測された機械的トルク
と加算されて、目標トルクがＴ_ｓｏｌｌとして生成する。この目標トルクは、入力変数及び予設定変数として風力発電装置の制御（装置）に供給されることができる。これは、風力発電装置ブロック３８によって記述される。風力発電装置ブロック３８では、目標トルクＴ_ｓｏｌｌと回転数ωの積からの目標電力Ｐ_ｓｏｌｌの計算も行うことができる。

即ち、これに応じて、風力発電装置ブロック３８において風力発電装置はフィードバック制御され、従って、風力発電装置それ自体が風力発電装置ブロック３８に含まれており、最終的に、アウトプット（信号）として、その回転数即ち発電機の回転数の物理的変数（大きさ）ωを生成する。この回転数は差分器３２にフィードバックされる。差分器３２は、負のインプット（信号）を有する加算器３２と称することも勿論可能である。

本発明の適用分野は、周波数低下の場合における、例えば発電所停止の場合におけるネット支援のための風力発電装置の投入に専ら向けられている。この場合、電力（出力）観測器は、例えば予備電力制御（Vorhalteleistungsregelung）のための又は風力発電装置の通常運転時における動作（運転）点の最適な制御（フィードバック制御：Regelung）のような、（１つの）風力発電装置のための複数の他の制御（フィードバック制御）アルゴリズムのための基礎としても使用可能である。

本発明は、とりわけ、（供給）電力増大によるネット支援を従来よりも一層より親和的ないし協調的に（より支障が少なく：vertraeglich）実行するという目的、とりわけ、（供給）電力増大の終了後の有効電力の減少を可及的に小さく維持するという目的を有する。これによって、エネルギシステムの電力バランスの新たな障害（の発生）は最小に制限される。

（供給）電力増大の終了後の最適な動作（運転）点への復帰の一例が図４に模式的に示されているが、これは典型的な挙動を示している。

図４は、時間ｔに対する風速ｖ、ネット周波数ｆ、回転数ｎ（これはωで表すことも可能である）及び供給電力Ｐを示す。時点ｔ_０おいて、周波数急降下が生じる、ないしは認識（検出）される。従って、周波数ｆは急降下し、電力Ｐは従前の値を大きく超えるよう設定され、そのために、運動エネルギが使用され、その結果、回転数ｎは緩やかに減少する。なお、風速は試験の全期間にわたって実質的に一定であることを前提としている。

増大された電力供給によるネット支援は時点ｔ_１で終了し、そして、その時点で、電力Ｐは緩やかに低下する、即ち従前の値を前もって大きく下回って、従って、存在する（実際の）風速に基づき可能な大きさを大きく下回る値に減少する。

そして、時点ｔ_２において、電力Ｐは再び徐々に増大する。そして、回転数ｎも再び徐々に増加する。

時点ｔ_３において、諸条件（状況）は再び正常化しており、周波数急降下前と同様の供給電力Ｐ及び回転数ｎを有する通常運転点が存在している。尤も、この例では、周波数ｆは、既に遥かにより早期に回復している。

図４に記載されているように、風力発電装置（ＷＥＡ）の電力目標値は、設定された電力増大期間の終了後、期間ｔ_{inertia, lead, back}にわたって減少される。この期間の終了後、即ちほぼ（例えば）時点ｔ_２において、電力目標値は、固定的に予め設定された回転数・電力特性曲線に応じて実際の回転数に割り当てられている値にある。しかしながら、回転数は先行する（上記の）電力増大の制動的作用のために実際の風条件に対し最適な値と比べて過小であるため、この電力目標値は、風によって実際に生成される空気力学的出力に対応しない。その代わりに、電力目標値は、しばしば、ネット支援の開始前に提供される有効電力レベルを著しく下回っている。これについては後掲参考文献［１］、［２］も参照。有効電力の大きな減少によって、風力発電装置（ＷＥＡ）は数秒以内に再びより大きな回転数に加速し、通常運転状態に復帰する。尤も、エネルギシステムの観点からは、有効電力供給のそのような大きな減少は、新たな障害と評価され得るものであり、従って、可能な限り、（その減少の程度は）小さくされるべきである。これについては後掲参考文献［１］も参照。

可変の目標値を有する電力増大の一例が図５に示されている。

図５の推移（曲線）（複数）及び条件（複数）は図４のものに対応しており、従って、説明のために図４が参照される。図５に応じた挙動の本質的な相違は、周波数急降下時、時点ｔ_０において、供給電力はまず全く同様に開始電力に増大されるが、開始電力（の値）は維持されず、低下しつつある回転数ｎに対応する仮想電力をほぼ一定の差分値だけ上回った値をとる。この仮想電力は、図５には、更には図４にも、紙面下側のグラフに破線で示されている。

結局のところ、電力の低下は、（その他の点では）図４について説明したのと全く同様に振舞う。

開示される方法の一例は、後掲参考文献［３］に応じたRepower Systems社の“Dynamic Inertia Regulation”と称される方法である。この方法では、風力発電装置（ＷＥＡ）の低下した回転数を有する動作（運転）点から最適な動作（運転）点（これは通常動作（運転）点と称することも可能である）への復帰の制御が、最大勾配及び最小勾配によって定義される目標回転数勾配ないし勾配区間（Gradientenkorridor；gradient corridor）の予設定によって実行される。それによれば、これは、復帰（動作）期間中における空気力学的トルクと電気的トルクの間の一定の差分をもたらす。この方法の欠点は、制御（フィードバック制御）法（Regelverfahren）の枠内において回転数勾配を使用することである。これは、数値的導出（Ableitung）が過大な雑音レベルによって制御（フィードバック制御：Regelung）にとって不適切ではないようにするために、回転数信号の質の高い測定を要求する。

別の方法では、回転数信号の大きなフィルタリング、又は本発明の方法と同様に、回転数及び／又はその導出のための状態観測器の使用が１つの解決策であり得よう。尤も、これについては、後掲参考文献［３］には記載されていない。

図６には、風速ｖ_Ｗ＝８．５ｍ／ｓの場合に凡そ６０秒の復帰時間についてパラメータ化された、従来法による電力Ｐ_ａｌｔの推移のシミュレーション結果と本発明に応じ提案される方法による電力Ｐ_ｎｅｕの推移のシミュレーション結果の比較が示されている。これから分かることは、時点ｔ_１での電力増大の終了の後における、本発明に応じて提案される方法による電力Ｐ_ｎｅｕは、比較法による電力Ｐ_ａｌｔより、その低下の程度が著しくより小さいことである。

本発明の目的の１つは、従って、ネット支援中において電力増大の終了後における風力発電装置（ＷＥＡ）の電力減少を低減（抑制）し、風力発電装置（ＷＥＡ）の最適動作（運転）点への復帰（まで）の時間を制御可能にすることである。

とりわけ達成されるべきことは、制御（フィードバック制御）法（Regelverfahren）において目標値フィルタを設定（調整）可能にすることにより、ネット支援の電力増大フェーズの終了後における電力低下の深さを制御可能にすること、及び、フィルタ即ち状態観測器を適切にパラメータ化することにより、従来法と比べて電力低下を大きく低減（抑制）し、それによって、関連するエネルギシステムにおける電力バランスの不均衡による障害を低減（抑制）することである。

詳細に説明した各種実施形態及び結果に関し、更には一般化（ないし敷衍）の可能性として、以下の説明を更に加える。

本発明は、ネット周波数が著しく降下した場合における、風力発電装置（以下ではＷＥＡと略称する）によるネット支援方法に関する。そのような場合における風力発電装置の有効電力の供給の短期間の増大の可能性は既知であり、この場合、支援と称される。

ネット周波数降下に対するリアクションとしての有効電力増大は、設定可能な期間にわたり及び支援の着手の時点における有効電力に対する特定の固定的な増大によって、行うことができる。

有効電力供給増大の結果、典型的には、支援着手前の時点と比べて、ＷＥＡの回転数は減少する。これは、回転する１質点系（Ein-Massen-System；one-mass system）の加速度方程式を用いて具体的に表すことができる。即ち、

この式において、ＪはＷＥＡの回転する質点（Massen）の慣性モーメントを表し、ωはＷＥＡの回転数を表し、Ｔ_ｍｅｃｈ及びＰ_ｍｅｃｈは夫々風によってシャフトに生じるトルク及び出力を表し、Ｔ_ｅｌ及びＰ_ｅｌは夫々発電機の電気機械的トルク及び出力（電力）を表す。機械的出力を上回る発電機出力（電力）がある期間にわたって取り出されると、ＷＥＡの制動（減速）が引き起こされる。

電力バランスのこの不均衡は、支援プロセス中に風速がほぼ一定に維持される場合に現れる。その効果（作用）は、ＷＥＡの空気力学的効率が回転数が減少しかつ風速が一定に維持される場合に支援機能の開始前の最適動作（運転）点と比べて悪化し得ることによって、一層大きくなる。（１つの）最適動作（運転）点は、特定の周速比即ち風速に対する翼端回転速度の比の場合に達成される。支援着手中における周速比の減少は、典型的には、風速が一定に維持される場合、空気力学的出力の低下をもたらす。従って、電力増大の終了後、ＷＥＡは、回転数と風速に関し、しばしば、準最適（最適未満の：suboptimal）動作（運転）点にある、即ち、回転数は風速と比べて過小であり、そのため、最適な周速比は存在しない。従って、より大きな回転数をこれに関連するより大きな空気力学的効率によって達成するために、ＷＥＡをその後再び加速するという問題が生じる。これに対し、以下のような種々のオプションがある：
・支援のための電力増大の終了後における有効電力供給の大きな減少。これはＷＥＡの迅速な加速、従って最適（運転）点への迅速な復帰をもたらす。これについては後掲参考文献［２］参照。
・支援のための電力増大の終了後における有効電力供給の小さな減少。これは、（ＷＥＡの）緩やかな加速をもたらし、或いは当該減少の程度が小さ過ぎれば、ＷＥＡの更なる制動（減速）をもたらす。

エネルギシステムの周波数安定性の観点からは、後者のオプションが有利である（これについても後掲参考文献［１］参照）。エネルギシステムにおける多数のＷＥＡによる有効電力（供給）の大きな減少は、このエネルギシステムの電力バランスに対する新たな障害に等しい。それは、しばしば、まさに、例えば周波数降下の従って支援機能の開始の原因となった発電所又は送電線の故障によって引き起こされるような電力バランスの障害である。従って、ＷＥＡの回転数が更に低下されるのではなくコントロールされ、より長い時間にわたって再び最適回転数に増加されることができるように、電力減少を最小限に制限することが効果的である。

ここに記載した発明は、支援のための電力増大の終了の後におけるＷＥＡの最適運転点への復帰のための方策であって、支援開始前に供給されていた有効電力と比べて電力減少が可及的に小さいものに関する。このために、図２において図式的に記載されている方法が提案される。

測定毎に、回転数（ω）と直流中間回路の電力（Ｐ_ＤＣ）の値が検出される。これらから、状態観測器によって、中間回路に関する利用可能な空気力学的出力（Ｐ_{ａｖａＤＣ}）が求められる（計算される）。従って、これは発電機損失を差し引いた空気力学的出力に相当する。この利用可能出力について、特性曲線を介して、目標回転数（ω_ｓｏｌｌ）が求められる（計算される）。最後に、求められた（計算された）利用可能出力Ｐ_{ａｖａＤＣ}を用いて、回転数制御器から、電力目標値がアウトプットされる。この電力目標値は、ＷＥＡの既存の電力制御（フィードバック制御）ソフトウェアによって、電気的に励磁される発電機のための制御信号（Stellsignal）に変換され、これにより、ＷＥＡはパラメータ化可能な期間にわたって目標回転数を達成する。方法の個々の構成要素については以下に別途説明する。

電力（出力）観測器に対し、方程式（１）から出発し、状態変数として回転数（ω）と機械的トルク（Ｔ_ｍｅｃｈ）を有するＷＥＡの以下の状態空間モデルが立てられる：

ここで使用される変数のうち、機械的トルクＴ_ｍｅｃｈは測定することができず、従って、状態観測器を介して測定データから求められる（計算される）ことになる。更に回転数信号はしばしば小さい分解能及び小さいサンプリングレートによってのみ測定されるため、この値に対しても状態観測が提案される。適合化された観測器構造の一例は以下のように定式化することができる。なお、更なる説明については後掲参考文献［４］参照。

ここで、観測される変数（複数）は、測定される入力変数である回転数ω及び電気的トルクＴ_ｅｌ＝Ｐ_ＤＣ／ωと異なり、記号＾が付記されている。２つのパラメータｋ_ω及びｋ_Ｔは、動的挙動に、更に時間離散的な実施の場合は状態観測器の安定性にも影響を及ぼすため、これらの観点を考慮して選択される必要がある。

空気力学的出力
の計算は回転数と回転トルクの乗算によって行われる。

特性曲線について説明すると、求められた（計算された）各利用可能出力
のこれらの成分は、例えば静的特性曲線を介して、（１つの）目標回転数ω_ｓｏｌｌに割り当てられる。

回転数制御器は、有効電力の減少を可及的に小さくすることを考慮して、求められた（計算された）目標回転数へのＷＥＡの復帰を達成する必要がある。その構造は、図３に単純化したブロック回路図の形で示されている。回転数エラーが求められ（計算され）、これからＰ／ＰＩ／ＰＩＤ制御器Ｃを介して、観測された機械的トルクと電気的トルクの間の差分トルクが求められる（計算される）。この差分トルクが観測された機械的トルクに加算されて、目標回転数が、更には実際の回転数との乗算により目標電力が、求められる（計算される）。

有利には、目標回転数は、回転数エラーを求める（計算する）前に、デジタルフィルタ、例えば一次のローパスフィルタでフィルタリングされる。かくして、２つの自由度を有する制御器（フィードバック制御器）構造（Reglerstruktur）を形成できるが、これは、目標値追従パフォーマンスを良好に維持すると共に、制御（フィードバック制御）経路（Regelstrecke）のモデル化の不正確性に対する制御（フィードバック制御）回路ないしループ（Regelkreis）のロバストネスの改善又はその逆のことを可能にする。減少された回転数から目標回転数へのＷＥＡの復帰時間は、所望の要求に応じて、フィルタＦの１つのパラメータを選択することによって設定（調整）することができる。例えば、６０秒の制御ループ（回路）の安定化時間（Einschwingzeit）は１つの好ましいオプションである。

回復（復帰）フェーズにおける電力減少の低減（抑制）に加えて、既述の電力観測器は、周波数降下の検出に応じた電力の増大のための更なるオプションも可能にする。この場合、電力は、時間的に可変な「通常の」回転数依存性電力目標値に対してある固定値だけ大きくされることができる。この場合、そのために、電力観測器に関し、求められた（計算された）空気力学的出力と従来とは異なり回転数依存性電力目標値とが電力増大のための基準として使用する可能性が得られる。

本発明は、少なくとも一実施形態に応じ、周波数降下後の支援によるネット支援措置をエネルギシステムに対しとりわけ親和的に（負担をかけずに）構成するという目的、とりわけ（供給）電力増大の終了後における有効電力の減少（の程度）を可及的に小さく維持するという目的を有する。かくして、エネルギシステムの電力バランスに対する新たな障害は最小限に制限される。

参考文献：
[1] Asmine, C.-E. Langlois: Field Measurements for the Assessment of Inertial Response for Wind Power Plants based on Hydro-Quebec TransEnergie Requirements. Proceedings of the 13th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power into Power Systems, Berlin, October 2014.

[2] M. Fischer, S. Engelken, N. Mihov, A, Mendonca: Operational Experiences with inertial Response Provided by Type 4 Wind Turbines. Proceedings of the 13th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power into Power Systems, Berlin, October 2014.

[3] T. Krueger, J. Geisler, S. Schraeder (Repower Systems AG): Dynamic Inertia Regulation. Veroeffentliche internationale Patentanmeldung, Veroeffentlichungsnumber WO 2011/124696 A2.

[4] C. M. Verrelli, A. Savoia, M. Mengoni, R. Marino, P. Tomei, L. Zarri: On-Iine Identification of Winding Resistances and Load Torque in Induction Machines. IEEE Transactions on Control Systems Technology, Bd. 22(4), Juli 2014.
以下に、本発明の可能な態様を付記する。
［付記１］電気供給ネットに電力を供給するための、発電機を有する風力発電装置（ＷＥＡ）の運転方法であって、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態の後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態へ制御が行われる方法。
第２運転状態への制御のために、
・電力供給のために利用可能な空気力学的出力（以下「利用可能出力」という。）が決定され、
・この利用可能出力から、目標回転数が決定され、及び、
・目標回転数から、発電機において調整されるべき目標電力が予め設定される。
［付記２］上記の方法において、利用可能出力は、発電機の回転数と、電気的中間蓄積器に、とりわけ直流電圧中間回路に、供給される電力とから求められる。
［付記３］上記の方法において、利用可能出力は、状態観測器によって求められる。
［付記４］上記の方法において、利用可能出力を求めるために使用される状態観測器は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有する。
［付記５］上記の方法において、利用可能出力を求めるために使用される状態観測器は、以下の構成によって定義される：
但し、
・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
・ωは、発電機の回転数であり、
・ｋω及びｋ _Ｔ は、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
・Ｔ _ｅｌ は、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ _ＤＣ と回転数ωとの比として計算され、及び、
・Ｔ _ｍｅｃｈ は、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
と観測される機械的トルク
の積として計算される。
［付記６］上記の方法において、制御装置（Regler）において、利用可能出力と発電機の実際回転数から、目標電力が求められる。
［付記７］上記の方法において、目標回転数は、利用可能な空気力学的出力に依存して、回転数・電力特性曲線から決定される。
［付記８］上記の方法において、制御装置において、
・目標回転数と実際回転数、とりわけ観測される実施回転数、との差分が形成され、
・該差分から、制御アルゴリズムを介して、観測される機械的トルクと、電気的トルクとの間の差分トルクが決定され、
・差分トルクの和と観測される機械的トルクとから、目標トルクが計算され、及び、
・実際回転数と乗算された目標トルクから、目標電力が計算される。
［付記９］上記の方法において、第１運転状態は、電力アウトプットが増大された運転状態であり、該状態において、風力発電装置は、短時間、当該風力発電装置が優勢な風条件に基づき生成可能であったよりもより多くの電力を出力した。
［付記１０］発電機を有する風力発電装置の利用可能出力を求めるための状態観測器。
該状態観測器は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有する。
［付記１１］上記の状態観測器は、以下の構成によって定義される：
但し、
・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
・ωは、発電機の回転数であり、
・ｋω及びｋ _Ｔ は、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
・Ｔ _ｅｌ は、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ _ＤＣ と回転数ωとの比として計算され、及び、
・Ｔ _ｍｅｃｈ は、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
と観測される機械的トルク
の積として計算される。
［付記１２］電気供給ネットに電力を供給するための発電機を有する風力発電装置。
風力発電装置は、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態の後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態へ制御を行うよう構成され、及び／又は、風力発電装置は、利用可能出力を求めるために、上記の状態観測器を有する。
［付記１３］上記の風力発電装置において、上記の方法を実行するために、当該方法が組込まれている復帰制御ユニット（Rueckfuehrsteuereinheit）を有する、及び／又は、前記状態観測器を運転するために、状態観測器が組込まれている観測器制御ユニットを有する。

Claims (12)

1. 電気供給ネットに電力を供給するための、発電機を有する風力発電装置（ＷＥＡ）の運転方法であって、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態の後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態へ制御が行われる方法において、
   第１運転状態は、風力発電装置が短時間に当該風力発電装置が優勢な風条件に基づき生成可能であったよりもより多くの電力を出力した電力アウトプットが増大された運転状態であり、
   第２運転状態への制御のために、
   ・電気供給ネットへの電力供給のために利用可能な空気力学的出力（以下「利用可能出力」という。）が求められ、
   ・この利用可能出力から、目標回転数が決定され、及び、
   ・目標回転数から、発電機において調整されるべき目標電力が予め設定される、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   利用可能出力は、発電機の回転数と、電気的中間蓄積器に、とりわけ直流電圧中間回路に、供給される電力とから求められる、
   方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   利用可能出力は、状態観測器によって求められる、
   方法。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の方法において、
   利用可能出力を求めるために使用される状態観測器は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有する、
   方法。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の方法において、
   利用可能出力を求めるために使用される状態観測器は、以下の構成によって定義される：
   但し、
   ・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
   ・ωは、発電機の回転数であり、
   ・ｋω及びｋ_Ｔは、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
   ・Ｔ_ｅｌは、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ_ＤＣと回転数ωとの比として計算され、及び、
   ・Ｔ_ｍｅｃｈは、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
   観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
   と観測される機械的トルク
   の積として計算される、
   方法。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の方法において、
   制御装置（Regler）において、利用可能出力と発電機の実際回転数から、目標電力が求められる、
   方法。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の方法において、
   目標回転数は、利用可能な空気力学的出力に依存して、回転数・電力特性曲線から決定される、
   方法。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の方法において、
   制御装置において、
   ・目標回転数と実際回転数、とりわけ観測される実施回転数、との差分が形成され、
   ・該差分から、制御アルゴリズムを介して、観測される機械的トルクと、電気的トルクとの間の差分トルクが決定され、
   ・差分トルクの和と観測される機械的トルクとから、目標トルクが計算され、及び、
   ・実際回転数と乗算された目標トルクから、目標電力が計算される、
   方法。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の方法において発電機を有する風力発電装置の利用可能出力を求めるための状態観測器であって、
   該状態観測器は、発電機の回転数及び発電機の機械的トルクを、観測されるべき状態変数として有する、
   状態観測器。
10. 請求項９に記載の状態観測器において、
    状態観測器は、以下の構成によって定義される：
    但し、
    ・Ｊは、ロータと発電機の共通の慣性モーメントを表し、
    ・ωは、発電機の回転数であり、
    ・ｋω及びｋ_Ｔは、状態観測器の動的応答（Dynamik）に影響を及ぼすためのパラメータであり、
    ・Ｔ_ｅｌは、電気的トルクとして表され、かつ、電気的中間蓄積器への供給電力Ｐ_ＤＣと回転数ωとの比として計算され、及び、
    ・Ｔ_ｍｅｃｈは、ロータと発電機の機械的トルクを表し、
    観測される変数には＾の記号が付記され、求められるべき利用可能出力は、観測される回転数
    と観測される機械的トルク
    の積として計算される、
    状態観測器。
11. 電気供給ネットに電力を供給するための発電機を有する風力発電装置であって、
    風力発電装置は、第１電力アウトプットと第１回転数を有する第１運転状態の後、第２電力アウトプットと第２回転数を有する第２運転状態へ制御を行うよう構成され、及び／又は、風力発電装置は、
    利用可能出力を求めるために、請求項９又は１０に記載の状態観測器を有する、
    風力発電装置。
12. 請求項１１に記載の風力発電装置において、
    請求項１〜８の何れかに記載の方法を実行するために、当該方法が組込まれている復帰制御ユニット（Rueckfuehrsteuereinheit）を有する、及び／又は、前記状態観測器を運転するために、状態観測器が組込まれている観測器制御ユニットを有する、
    風力発電装置。