JP6789301B2 - 電力供給ネットワークへの電力供給方法 - Google Patents
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Description
風力発電設備の助けを借りて電力供給グリッドを安定させるために、例えば、グリッド周波数やグリッド電圧に応じて、送り込み電力が変更される方法も既に知られている。例として、この種の周波数依存電力制御については、US-2003-0155773-A1を参照し、電圧依存電力制御についてはWO99/33165を参照する。特に、風力発電所による電力供給グリッドの支援のために、このような風力発電所は、特に、グリッドオペレータが入力することができる外部信号に応じて、その送り込み電力を変化させることも提案されている。これに関して、例えば、公開明細書US-2006-0142899-A1を参照する。これらの提案のいくつかは、すでに部分的にグリッド接続レギュレーションに組み込まれている。
さらに、基準周波数がグリッド周波数に対応する場合、特定された位相角がこのような送り込み角度と特定された位相角とで生成された出力電圧の間の位相角となるように、特定された位相角から基準角度で回転する送り込み角度が計算される。このように、本方法は、送り込み角度を持つ電圧フェーザを有する出力電圧が生成されるように、作用する。次に、出力角の電圧フェーザとグリッド電圧の電圧フェーザとの間に位相角が設定される。単純なケースでは、送り込み角度が基準角度に対応するように基準システムが選択される。次に、出力電圧の電圧フェーザは、少なくともその角度に関して、基準フェーザに対応する。
グリッド電圧の変化は、この場合には、例えば、例えば、位相角の増加につながる可能性があるグリッド周波数の変化であってもよい。これは、例えば、その電流振幅の点で、増加する送り込み電流の変化にもつながる。グリッドにおける周波数の変化は、風力発電設備を送って事前に検出し評価されることなく、それに対応して変化した送り込み電流に直ちに直接的に導かれる。別の場合には、同様に、特に、送り込み電流の減少につながる位相角の減少も生じることがある。
したがって、グリッド内の状態の変化に対する反応は、直ちにかつ瞬間的に変化する電流となるように、出力電圧が最初に保持される状況を達成することができる。
このような追跡動作は、基準システムがグリッド電圧を追跡し、グリッド電圧からの少なくとも1つの変数が少なくとも所定の最小偏差だけ逸脱する場合にのみ存在する。このような所定の最小偏差は、好ましくは、電力供給グリッドの定格周波数に関係して、グリッド周波数からの基準周波数の0.5%の偏差に関係する。さらなる構成によれば、所定の最小偏差は、グリッド電圧の電圧振幅から、電圧供給グリッドの定格電圧の少なくとも10%の値、基準振幅の偏差に加えて、基準振幅とグリッド電圧の振幅の間の定常状態においても提供される他の差に関係する。
一実施形態によれば、グリッド周波数が公称周波数に近づいているか乖離しているかに応じて、グリッド周波数を追跡するように基準周波数を設定することが提案されている。そのような公称周波数は、2つの例だけを述べると、特に、関連する供給グリッドの定格周波数、すなわち、欧州の相互接続グリッドシステムでは50Hz、USグリッドでは60Hzである。
回転速度特性曲線は、好ましくは、位置プロパティ、すなわち、特に、回転速度がより大きくなり、関連するグリッド接続ポイントがより強く電力供給グリッドに結合されるように、特定される。これは、例えば、グリッド接続ポイントが供給グリッドにどのくらい集中して配置されているかにもよる。結合は、しばしば必要ではないが、より強く、より集中的にグリッド接続ポイントが電力供給グリッドに配置される。特に、回転速度が速い回転速度特性曲線を特定することにより、風力発電設備のロータに回転エネルギーを蓄えることができる。通常、各動作ポイント、特に各風速において、最適な回転速度がある。結果として、より多くの回転エネルギーを供給できるように、前記最適回転速度を増加させることができる。この場合、風力発電設備は、最適なポイントから大きく外れることなく、より高いまたはより低い回転速度で、最適なものとしてしばしば運転される。
−複数のロータブレードと風によって電力を生成する発電機とを有するロータと、
−基準周波数、基準角度を有する基準フェーザ、および生成される出力電圧の基準振幅を有する基準システムを特定するとともに、前記基準角度は前記基準周波数で回転し、前記基準周波数は前記グリッド周波数にほぼ対応する基準特定手段と、
―前記出力電圧と前記グリッド電圧の間の位相角として位相角を特定する位相角特定手段と、
−前記基準周波数が前記グリッド周波数に対応する場合に、特定された前記位相角が前記送り込み角度において生成された出力電圧と前記グリッド電圧との間の位相角となるように、特定された前記位相角から前記基準角度を持って回転する送り込み角度を算出する算出手段と、
−前記基準振幅に依存する電圧振幅と、前記基準周波数に依存する周波数と、前記電力供給グリッドに生成された電力を供給する前記送り込み角度とを有する前記出力電圧を生成するための少なくとも1つの周波数変換器を有する送り込みユニットと、
―前記基準システムによって前記グリッド電圧の動きの遅延追跡を行う追跡手段と、
を備えている。
異なるグリッド接続ポイントのため、および/または、異なる状況のための、異なる風力発電設備のための境界条件に応じて異なる幅で選択されることが好ましい。
原理的には、レギュレータは、有効電力と無効電力との動作ポイントを設定するために、コンバータにおいて、両方の変数、すなわち、電圧と周波数とを追跡する。このために、基準システムによる追跡が提供される。それに応じて、位相角と電圧振幅とが調整される。
Claims (28)
- 少なくとも1つの風力発電設備によって、グリッド接続ポイントにおいてグリッド周波数を有するグリッド電圧を持つ電力供給グリッドへの電力供給方法であって、
基準周波数、基準角度を有する基準フェーザ、生成される出力電圧の基準振幅を有する基準システムを特定するステップであって、基準角度は、基準周波数で回転し、基準周波数は、グリッド周波数にほぼ対応するステップと、
出力電圧とグリッド電圧との間の位相角として位相角を特定するステップと、
基準周波数がグリッド周波数に対応する場合に、特定された位相角が送り込み角度において生成された出力電圧とグリッド電圧との間の位相角になるように、特定された位相角から基準角度を持って回転する送り込み角度を計算するステップと、
基準振幅に依存する電圧振幅、基準周波数に依存する周波数、送り込み角度を有する出力電圧を生成するステップと、
前記基準システムによってグリッド電圧の動きの遅延追跡(delayed tracking)を行うステップと、
を備え、
前記基準周波数による前記遅延追跡のために、
−生成された前記出力電圧と前記グリッド電圧との間の実際の位相角が検出され、
−特定された前記位相角と検出された前記位相角との間の角度差が形成され、
−前記基準角度は、遅延関数を使用する大きさに応じて前記角度差が減少するように変更され、
−前記基準周波数は、当該変更された前記基準角度に調整される、
電力供給グリッドへの電力供給方法。 - 前記基準システムによる遅延追跡のために
−前記基準周波数は、遅れてグリッド周波数を追跡するために作られ、
および/または、
−前記基準電圧は、遅れてグリッド電圧を追跡するために作られる、
ことを特徴とする、
請求項1に記載の方法。 - 前記遅延追跡は、所定の遅延ダイナミクスを利用して行われ、前記遅延ダイナミクスは、遅延関数によって実現される、
請求項1または2に記載の方法。 - 前記遅延追跡は、設定され、前記遅延追跡の設定は、グリッド接続ポイントに依存する、
請求項1または2に記載の方法。 - 追加電力は、前記遅延追跡に必要とされる、または、余剰電力は、前記遅延追跡から生じる、
請求項4に記載の方法。 - 必要とされる前記追加電力は、回転エネルギーからオフセットされる、または、結果として生じる前記余剰電力は、回転エネルギーとして保存される、
請求項5に記載の方法。 - 必要とされる前記追加電力は、エネルギー貯蔵庫から持ち出される、または、前記結果として生じる余剰電力は、エネルギー貯蔵庫に保存される、
請求項6に記載の方法。 - 前記遅延関数は、非オーバーシュートのステップ応答を有する、
請求項2に記載の方法。 - 前記基準周波数は、スタート時の設定において、前記グリッド周波数に設定されることを特徴とする、
請求項1または2に記載の方法。 - 前記出力電圧の生成は、供給グリッドに供給される電流を生成し、
前記遅延ダイナミクスは、前記供給グリッドにおける少なくとも1つの状態が変化すると、その方法が、変化した送り込み電流で、少なくとも1つのグリッド状態の変化に直ちに反応するように、その結果生じる送り込み電流の変化が最初は実質的に相殺されないように、前記出力電圧の生成が最初は実質的に変化しないままである、ことを特徴とする、
請求項3に記載の方法。 - 電力供給グリッドへの給電のために、追跡動作および通常動作が提供され、
前記基準システムが前記グリッド電圧を追跡するために作られ、少なくとも所定の最小偏差(deviation)だけ少なくとも1つの変数(variable)で前記グリッド電圧から逸脱した場合に、追跡動作が存在し、
それ以外の場合に、通常動作が存在し、
前記通常動作のために特定された限界値は、前記追跡動作において所定の許容値を超える、ことを特徴とする、
請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。 - 特定された前記限界値は、最大の送り込み電流であって、前記所定の最小偏差は、前記最大の送り込み電流の少なくとも10%である、
特定された前記限界値は、送り込まれる最大電力であって、前記所定の最小偏差は、送り込まれる前記最大電力の少なくとも10%である、
特定された前記限界値は、前記出力電圧を生成するインバータにおける最大許容温度であって、前記所定の最小偏差は、少なくとも10Kである、
特定された前記限界値は、所定時間における前記温度の積分値の最大許容値であって、前記所定の最小偏差は、少なくとも10K*sである、
特定された前記限界値は、周波数の最大変化であって、前記所定の最小偏差は、少なくとも0.5Hz/sである、
という可能性からなるリストに従って、少なくとも1つの前記限界値のオーバーシュートが許可されることを特徴とする、
請求項11に記載の方法。 - 前記電力供給グリッドのために公称周波数が提供され、
前記グリッド周波数が前記公称周波数に近づくまたは発散するか否かに関係なく、前記グリッド周波数を追跡するために、前記基準周波数が作成され、
前記グリッド周波数が前記公称周波数に近づく場合よりも前記グリッド周波数が公称周波数から発散する場合に、前記基準周波数による追跡は、より大きく遅延する、
ことを特徴とする、
請求項1から12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記基準周波数は、前記基準システムと前記グリッド電圧との間に偏差が生じ、補償反応を持って、前記グリッド周波数と前記電力供給グリッドの公称周波数との間の値に設定されることを特徴とする、
請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。 - 複数のグリッド接続ポイントの1つにおいて電力を供給する各ケースにおいて、複数のグリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに接続される複数の風力発電設備を制御する方法であって、
請求項1から14のいずれか1項に記載の方法が使用される。 - 前記複数のグリッド接続ポイントのそれぞれについて、前記電力供給グリッドのそれぞれの前記グリッド接続ポイント結合強度に関する前記グリッド接続ポイントの機能的位置の尺度(measure)として位置プロパティを決定するステップであって、前記位置プロパティは、前記グリッド接続ポイントが前記電力供給グリッドにどの程度強くまたは弱く結合されているかを示すステップと、
少なくとも1つの前記風力発電設備が電力を供給する前記グリッド接続ポイントの前記位置プロパティに依存する少なくとも1つの前記風力発電設備のそれぞれの場合において、少なくとも1つの動作設定を特定するステップと、
を含む、
請求項15に記載の方法。 - 回転速度が高くなり、前記グリッド接続ポイントが前記供給グリッドにより強く接続されるように、前記位置プロパティに依存する回転速度特性曲線を特定し、
回転速度帯がより広くなり、前記グリッド接続ポイントが前記供給グリッドにより強く接続されるように、回転エネルギーを供給または搬送するために、前記回転速度を変化させる許容回転速度帯を特定し、
遅延が大きくなり、前記グリッド接続ポイントが前記供給グリッドにより強く接続されるように、前記位置プロパティに依存する遅延追跡の遅延ダイナミクスを選択し、
保存されたエネルギーが大きくなり、前記グリッド接続ポイントが前記供給グリッドにより強く接続されるように、前記位置プロパティに依存する保存されたエネルギーを提供し、
エネルギー貯蔵庫が大きくなり、前記グリッド接続ポイントが前記供給グリッドにより強く接続されるように、前記位置プロパティに依存するエネルギー貯蔵庫を提供する、
から構成されるリストから少なくとも1つによって、前記動作設定の特定が構成されることを特徴とする、
請求項16に記載の方法。 - 異なるグリッド接続ポイントを介して電力供給グリッドに電力を供給する風力発電設備は、データ接続部を介して接続されており、以下のリストから少なくとも1つのタスクによって構成されることを特徴とする、
−異なるグリッド接続ポイントにおいて送り込みを調整するための制御データを送信する、
−前記異なるグリッド接続ポイントの前記風力発電設備の追跡ダイナミクスの選択を調整する、
−前記異なるグリッド接続ポイントの風力発電設備のための異なる追跡ダイナミクスを特定する、
請求項15から17のいずれか1項に記載の方法。 - 少なくとも1つの前記風力発電設備は、発電所または生成プラントの一部であって、その発電所または生成プラントは、貯蔵庫、制御可能な消費者、および/または他の再生発電機の組み合わせをさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - グリッド接続ポイントにおいてグリッド周波数を有するグリッド電圧を有する電力供給グリッドに電力を供給する風力発電設備であって、
複数のロータブレードと風によって電力を生成する発電機とを有するロータと、
基準周波数、基準角度を有する基準フェーザ、および生成される出力電圧の基準振幅を有する基準システムを特定するとともに、前記基準角度は前記基準周波数で回転し、前記基準周波数は前記グリッド周波数にほぼ対応する基準特定手段と、
前記出力電圧と前記グリッド電圧の間の位相角として位相角を特定する位相角特定手段と、
前記基準周波数が前記グリッド周波数に対応する場合に、特定された前記位相角から前記基準角度を持って回転する送り込み角度を算出して、特定された前記位相角が前記送り込み角度において生成された出力電圧と前記グリッド電圧との間の位相角とする算出手段と、
前記基準振幅に依存する電圧振幅と、前記基準周波数に依存する周波数と、前記電力供給グリッドに生成された電力を供給する前記送り込み角度とを有する前記出力電圧を生成するための少なくとも1つの周波数変換器を有する送り込みユニットと、
前記基準システムによって前記グリッド電圧の動きの遅延追跡を行う追跡手段と、
備え、
前記基準周波数による前記遅延追跡のために、
−生成された前記出力電圧と前記グリッド電圧との間の実際の位相角が検出され、
−特定された前記位相角と検出された前記位相角との間の角度差が形成され、
−前記基準角度は、遅延関数を使用する大きさに応じて前記角度差が減少するように変更され、
−前記基準周波数は、当該変更された前記基準角度に調整される、
風力発電設備。 - 前記風力発電設備は、請求項1から14のいずれか1つに記載の方法を実行する、
請求項20に記載の風力発電設備。 - 前記風力発電設備は、追加電力または結果として生じた前記遅延追跡に必要な余剰電力がエネルギー貯蔵庫から持ち出される、あるいはこのようなエネルギー貯蔵庫に保存されるために、少なくとも1つのエネルギー貯蔵庫を有し、前記エネルギー貯蔵庫は、バッテリ貯蔵庫である、
請求項20または21に記載の風力発電設備。 - 少なくとも請求項15から19のいずれか1項に記載の方法を実行する、
請求項20から22のいずれか1項に記載の風力発電設備。 - データ送信装置が、さらなるグリッド接続ポイントを介して、前記電力供給グリッドに電力を供給する少なくとも1つのさらなる風力発電設備を持つデータ接続部を介して、データ交換のために設けられ、
少なくとも1つの調整手段が、少なくとも1つのさらなる風力発電設備の電力の送り込みを用いて、前記電力の送り込みを調整するために設けられている、
ことを特徴とする、
請求項20から23のいずれか1項に記載の風力発電設備。 - 前記位置プロパティが、前記グリッド接続ポイントが前記電力供給グリッドにどのくらい中心に、あるいは外れて配置されているかを示す結果を用いて、前記電力供給グリッドの中心および周辺に関連して、前記グリッド接続ポイントの機能的な位置の尺度(measure)として、複数のグリッド接続ポイントのそれぞれの位置プロパティを決定または入力する決定手段または入力手段が設けられており、
少なくとも1つの風力発電設備が電力を供給する前記グリッド接続ポイントの位置プロパティに依存する少なくとも1つの風力発電設備のそれぞれの場合において、少なくとも1つの動作設定を特定する特定手段が設けられている、
ことを特徴とする、
請求項16に記載の風力発電設備。 - 共通のグリッド接続ポイントを介して電力供給グリッドに電力を供給する複数の風力発電設備を備え、少なくとも1つの風力発電設備は、請求項1から14のいずれか1つに記載の方法を用いて動作される、および/または、請求項20から25のいずれか1つに記載の少なくとも1つの風力発電設備を有する、
風力発電所。 - 複数のグリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに電力を供給する風力発電設備または風力発電所の間のデータ接続部を介して、データを交換する少なくとも1つのデータ送信装置を、備え、
請求項20から25のいずれか1つに記載の風力発電設備および/または請求項26に記載の風力発電所が使用される、
複数のグリッド接続ポイントにおいて電力供給グリッドに電力を供給する複数の風力発電設備または複数の風力発電所の配置。 - 位置プロパティは、前記位置プロパティが前記グリッド接続ポイントが前記電力供給グリッドにどのように中心、あるいは外れては位置されるかを示す結果を用いて、前記電力供給グリッドの中心および周辺に関連して、前記グリッド接続ポイントの機能的な位置の尺度(measure)として、複数のグリッド接続ポイントのそれぞれのために決定または特定され、
複数のエネルギー貯蔵庫は、それぞれのグリッド接続ポイントの前記エネルギー貯蔵庫がより大きくなり、前記グリッド接続ポイントが前記供給グリッドにおいてより中心に配置されるように、位置プロパティに依存する複数の前記グリッド接続ポイントに設けられている、
ことを特徴とする、
請求項27に記載の配置。
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