JP6796137B2 - 電気供給ネットワークに電力を供給するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気供給ネットワークに電力を供給する（feed）ための方法に関する。それに加えて、本発明は、このような方法を実施する風力発電設備に関し、そして、このような方法を実施する複数の風力発電設備を備えたウインドファーム（wind farm）にも関する。また、本発明は、複数のネットワーク接続ポイントにおける給電（feeding in）についての複数の風力発電設備の構成、あるいは、複数のウインドファームの構成にも関する。

例えば風力発電設備によって、欧州相互接続送電網（European interconnected grid）のような電気供給ネットワークに電力を供給することが知られている。このような風力発電設備には、給電用に、通常、所望の周波数と位相を有する電流を電気供給ネットワークに直接又は間接的に給電する周波数インバータが使用されている。したがって、このタイプの給電（infeed）は、給電用に電気供給ネットワークに直接結合された同期発電機が使用されている通常の大規模発電所のタイプの給電から大きく逸脱している。このネットワークに直接結合されたそのような同期発電機は、電気供給ネットワーク（簡略化のために単にネットワークと言うこともある）に対する安定化効果を有するように設計されている。

ネットワークにおいて再生エネルギソース、特に風力発電設備の割合が増大する結果として、ネットワークにおいてこの同期発電機による安定化効果が減少することが懸念されている。

風力発電設備の支援によっても電気供給ネットワークを安定化するために、給電電力（fed-in power）を、例えばネットワーク周波数又はネットワーク電圧に依存して、変更する方法が既に知られている。そのような周波数に依存した電力調整の例として、特許文献１を挙げ、電圧に依存する電力調整については、特許文献２を挙げる。特に、ウインドファームによって電気供給ネットワークをサポートすることについては、そのようなウインドファームが、特にネットワークオペレータによって入力可能な外部信号に依存して、給電電力を変更することも提案されている。この点に関しては、特許文献３を例として挙げる。これらの提案の一部は、場合によっては、既にネットワーク接続規則（network connection rules）にも採用されている。

しかしながら、特に、もし、現在も電気供給ネットワーク内に存在する、直接結合された同期発電機を有する大規模発電所が、優位を失う、あるいは、最も極端な場合、それどころか完全に消滅してしまうならば、そのような解決手段は、十分に広範囲に行き渡らない可能性がある。

この点に関して、同期発電機の動作をエミュレート（emulate）する解決手段が既に提案されている。特許文献４は、このために、インテグレータ（integrator：積分器）として実施されて、可変基準周波数信号を提供するために仮想慣性（virtual inertia）をエミュレートする内部基準フレームの使用を提案している。

しかしながら、これらのような解決手段を用いても、安定化の問題は、ネットワークにおいて、どうしても解消され得ないか、より大きくなり得るか、あるいは、新たに加えられ得る。第一に、同期発電機によるネットワークの安定化であっても全ての点において理想的に機能するわけではないことを考慮すべきである。同期発電機の高い惰性によって、バランシング（balancing）が得られ、それ故、少なくとも部分的な安定化効果が得られる一方で、迅速な調整が妨げられることもあり得る。例えば、複数の大規模発電所のそのような同期発電機が互いに対して発振し得るネットワーク発振（network oscillation）が知られている。また、大規模発電所の完全なエミュレーション（emulation）には、同期発電機の基本的な動作だけではなく、特にそれぞれの定格電力によって規定され得るそのサイズもエミュレートする必要があることも考慮すべきである。現在、多くの風力発電設備には、大規模発電所の定格電力を達成することが求められている。複数の風力発電設備を備えたウインドファームであっても、その電力は大規模発電所よりも定常的に著しく低い。その結果、少なくとも、風力発電設備が大規模発電所に比べて非常に高度に分散化された給電を実施しているという特異点も残っている。

本出願についての優先権出願において、独国特許商標庁は、下記の先行技術である特許文献１〜７と非特許文献１とを調査した。

米国特許出願公開第２００３／０１５５７７３号公報 国際出願第９９／３３１６５号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１４２８９９号公報 欧州特許第１ ７９０ ８５０号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００７４１５１号公報 米国特許出願公開第２０１４／０３１６５９２号公報 国際出願第２０１４／１２１７９４号明細書

Ruttledge, L, Flynn, D.: "Emulated Inertial Response From Wind Turbines: Gain Scheduling and Resource Coordination" in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 31, no. 5, pp. 3747-3755, 12.28.2015

したがって、本発明の目的は、上述の問題の少なくとも１つに取り組むことである。特に、本発明の意図は、ネットワークサポートの既知の方法を改善し、少なくともネットワークサポートに一段と貢献する解決手段を提案することである。本発明の意図は、少なくとも代替解決手段を提案することである。

それ故、本発明に従って、請求項１に記載の方法を提案する。したがって、ネットワーク接続ポイントにおいて電気供給ネットワークに電力を供給する方法であって、このネットワーク接続ポイントにおける給電が少なくとも１つの風力発電設備によって行われる、方法を提案する。この目的のために、複数の風力発電設備、特にウインドファームを設けることも可能である。

この場合に、風力発電設備、あるいは、もし適切ならば、複数の風力発電設備が、風から電力を生成する。風から得られる動力から、それに応じて生成された、すなわち、変換されたこの電力は、電気供給ネットワークに供給される。空力ロータによって生成された電力と給電電力とは互いに異なることがあり、その理由は、例えば、損失が生じる、及び／又は、貯蔵エネルギが付随して使用され得るからである。しかしながら、単純化として、風から生成された全電力が電気供給ネットワークに供給されることが望ましい。これは特に周波数インバータによって実施でき、この周波数インバータは、例えば、風力発電設備によって生成された電力を整流して、次に、この整流電力から、すなわち、特に直流電圧連結回路における整流電圧に基づいて、インバータによって、絶対値と位相に関して所望の電流を生成して給電する。

更に、電気供給ネットワークをサポートするために、電気供給ネットワークに追加的に給電するための、あるいは、電気供給ネットワークに対する給電を低減するための、瞬時リザーブを提示することを提案する。したがって、少なくとも１つの風力発電設備、あるいは、これに連結されたその他の何らかの制御装置が、瞬時リザーブを提示する。これが意味することは、特に、このような瞬時リザーブが利用可能に維持されること、また、該当する少なくとも１つの風力発電設備によって又は上述の制御装置によって、電気供給ネットワーク内のその他の風力発電設備、その他の発電機、あるいは、ネットワークオペレータがその瞬時リザーブを承知してそれに適応できるように、情報が提供されることが望ましいこと、である。

それに対応して、電気供給ネットワークに対する給電も、必要に応じて、最高でこの提示される瞬時リザーブにまで行われる。ネットワークをサポートするために、ネットワークの状態によっては、電力の供給を低減することも考慮される。このことも、この瞬時リザーブが提示されることに含まれる。給電の増大に関する以下の説明は、電力の供給を低減する場合にも同様に関係がある。ここでは、電気供給ネットワークをサポートするために、提示される瞬時リザーブ又はその一部分が、ネットワーク特性に依存して、更にそれに加えて、あるいは、その代わりに、外的要件に依存して、給電され得るか、あるいは、その給電が低減され得る。したがって、この瞬時リザーブは、その時に実際に生じている需要に対して提示されて、そして提供される。ネットワーク特性に依存する給電の場合には、この依存性によって、すなわち、それに対応して基礎として記憶される、すなわち、採用される依存関数によって、瞬時リザーブの一部分のみが必要とされることも考慮する。この場合、このネットワーク特性に依存する給電、例えばネットワーク周波数またはネットワーク電圧に依存する給電を実施できる。次に、ここではリザーブレベル又は同義語として提示レベルと呼称される、提示される瞬時リザーブのレベルが設定可能であることを更に提案する。したがって、上述の少なくとも１つの風力発電設備が、必要に応じて更に給電する、ネットワークサポート用に使用可能な瞬時リザーブを提示する。しかしながら、この瞬時リザーブは、固定値ではなく、むしろ設定可能である。

瞬時リザーブを提供することによって先ず実現されることは、原則として、電気供給ネットワークが、風力発電設備によって、すなわち、上述の少なくとも１つの風力発電設備によって、更にサポートされ得ることである。この点に関して、直接結合された同期発電機に類似する特定のものを認識できる。そのような直接結合された同期発電機が、回転質量と共に自己の高い回転速度によって、瞬時リザーブを提供し、次に、これが、この同期発電機の物理的な動作によって定常的に取り出される。もし、例えば、現在供給されている電力よりも多くの電力が消費される状態がネットワークに生じるならば、これは、直接結合された同期発電機に影響を及ぼす。この時、特に直接結合された同期発電機は、より多くの電力を供給することになり、その結果として、速度が遅くなり、これによって、ネットワークにおける周波数も定常的に明らかに減少する。したがって、この場合、同期発電機は、自己の回転エネルギの一部分を電気供給ネットワークに送出する。

したがって、上述の少なくとも１つの風力発電設備によって瞬時リザーブを提供することによって、先ず更に実現されることは、生成される電力よりも多くの電力が消費される場合に、ネットワークサポートが実施され得ることである。補償のために、より多くの電力を、短期間の間、供給できる。消費される電力よりも多くの電力が電気供給ネットワークに存在する場合には、補償のために、より少ない電力を、短期間の間、供給できる。より多くの電力を供給しようとする場合には、上述の少なくとも１つの風力発電設備が、自己の瞬時リザーブ又はその一部分をネットワークサポート用に給電できる。

これは、特に、場合によっては、正に今日では非常に多くのリザーブエネルギが風力発電設備の回転運動に含まれるという概念にも基づいている。風力発電設備は、自己の直接結合された同期発電機内に蓄える回転エネルギが大規模発電所に比べて少ないように思われているが、それにもかかわらず、非常に多くの風力発電設備が存在している。風力発電設備は、定格電力に比べてより高い回転エネルギを備えていることが多い。最近の風力発電設備のロータは、自己のサイズのために、重いロータブレードと共に大きな直径を有しており、その結果として、高い慣性モーメントを有している。従って、非常に多くのエネルギが、比較的低い回転速度にもかかわらず、そこに蓄えられ得る。このエネルギをネットワークサポート用に使用できる。

しかしながら、このような瞬時リザーブを風力発電設備によって提供する別の可能性もある。一例として、風力発電設備は、更に電気エネルギ貯蔵設備にもアクセスできる。そのような貯蔵設備は、例えば、電気バッテリ（electrical battery）の形態で設けることができ、このバッテリは、例えば、インバータの直流電圧連結回路に接続できる。この例では、風から生成された電力を供給する同一のインバータがバッテリ貯蔵設備から得られる電力も追加的に供給できる。瞬時リザーブ又はその一部分の給電は、このように同一のインバータによって単純に実施できる。それに加えて、あるいは、その代わりに、キャパシタ手段（capacitor means）、特にキャパシタバンク（capacitor bank）を設けることによって瞬時リザーブ又はその一部分を提供できる。風力発電設備によって殆どの動作期間において提供されるべき瞬時リザーブが比較的に低く、且つ、キャパシタバンクがこの目的について十分なエネルギを貯蔵できることが分かっている。キャパシタ手段、特にキャパシタバンクはバッテリ貯蔵設備と組み合わされることが望ましい。この場合に、キャパシタ手段は、サポート電力の最初の一部分を迅速に供給でき、必要に応じて、もし更に必要であるならば、バッテリを使用して更なるサポート電力を供給できる。

この点において、上述の少なくとも１つの風力発電設備によって瞬時リザーブを提供することによって、特に、もし多数の風力発電設備がこのように動作するならば、ネットワークサポートに貢献できる。一例として、多数の風力発電設備を備えたウインドファームは、自己の大規模回転同期発電機によって、大規模発電所によって実施され得るような規模の瞬時リザーブを提供できる。

しかしながら、次に、提示される瞬時リザーブのレベルがリザーブレベルとして設定可能であることを更に提案する。したがって、リザーブレベルは、提示される瞬時リザーブのレベルである。その結果として、電気供給ネットワークの常に変化する動作に、目標とする態様で、構造的に影響を及ぼすことが可能になる。一例として、電気供給ネットワークに追加の電力を供給する大規模発電所の同期発電機がネットワーク発振を招くことが起こり得る。この点において、ネットワーク発振とは、電気供給ネットワークにおける周波数が変動して、最悪の場合、急上昇する可能性もあり得る現象である。

これを単純に説明すると、需要があるような場合に、ある同期発電機が、上述の動作に基づいて電気供給ネットワークに追加の給電をするか、あるいは、自己の電力を低減する。その時、この需要は満たされる。それどころか、必要な電力よりも幾分多くの電力が供給されることがある。その時、空間的に遥か遠くに存在する別の同期発電機も、原理上、完全に同様に動作して、自己の電力を増大する。したがって、その時、より多くの電力がネットワークに存在して、これが、今度は、供給電力の低減を招くことになる。その時、もし供給される電力が再び少なくなれば、電力アンダシュート（power undershoot）の状況が再び生じ得る。したがって、発振がここに生じ得る。

ここに提案する解決手段の場合には、提示される瞬時リザーブはレベルに関して設定可能であり、すなわち、リザーブレベルが、ネットワーク内の複数のそのような風力発電設備が別々に動作するように巧みに採用されることが望ましい。特に、対応して変化する動的な動作も、大きさが変化する瞬時リザーブによって実現できる。また、各々、該当するネットワーク接続ポイントの付近に在る、供給ネットワークの一部分の特性に適応させることも可能である。

したがって、瞬時リザーブの設定によって、ネットワークの構成を、その動的な動作に関して、改善することさえも可能な場合がある。換言すれば、多数のそのような風力発電設備の対応する設定によって、動作がより安定した電気供給ネットワークを実現できる。

大きさが変化するリザーブレベルは、それらが追加的な給電用に提供されるか、あるいは、それらが供給電力の低減用に提供されるか、に依存して、設定されることが望ましい。ネットワーク発振もこの手段によって抑制できる。

リザーブレベルは、ネットワーク接続ポイントの特性に依存して設定されることが望ましい。これは、特に、電気供給ネットワークに対するネットワーク接続ポイントの特性に関係する。一例として、瞬時リザーブは、ネットワーク接続ポイントにおける短絡電流比（short-circuit current ratio）に依存して設定できる。この場合、短絡電流比は、接続電力に対する短絡電力の比を意味すると理解されたい。短絡電力とは、該当する電気供給ネットワークが、ネットワーク接続ポイントにおいて、そこでの短絡発生の場合に、提供し得る電力である。接続電力とは、接続されている給電システムの接続電力であり、すなわち、風力発電設備、あるいは、ウインドファーム、したがって、そのウインドファームの全ての風力発電設備を一緒にした合計の接続電力である。短絡電力を直接考慮して、それに依存してリザーブレベルを設定することが望ましい。この手段によっても、サポート動作をネットワーク特性に良好に適応させることができる。

しかしながら、例えば、ネットワーク接続ポイントが、特に、別の電気供給ネットワークに対する、あるいは、その供給ネットワークの、現在も分離（decouple）されている部分に対する、結合が存在する結合ポイントに、どの程度近いのかも考慮される。

したがって、更なる可能性として、特定したネットワークインピーダンスを考慮して、それに依存してリザーブレベルを設定する。それに加えて、あるいは、その代わりに、サブネットワークが形成されているサブネットワーク形成が識別されたか否かに依存してリザーブレベルを設定することを提案する。特にこのようなサブネットワーク形成の場合には、大きな瞬時リザーブを提示することが有益な場合もある。ここでは、このようなサブネットワーク形成が識別された場合にのみ実際に瞬時リザーブを提供することも考慮する。サブネットワーク形成が識別されると、瞬時リザーブが、公称瞬時リザーブ及び／又は前回設定された瞬時リザーブに比べて、所定値だけ増大されることが望ましい。特に、それは、ここでは、所定値として少なくとも１０％だけ、あるいは、ある絶対値だけ増大される。

一実施形態に従って、該当する風力発電設備が現在風から電力を生成しているか否かに依存して、瞬時リザーブが提示されることを提案する。また、リザーブレベルが、風力発電設備の動作状態に依存して、設定されるように構成することも望ましい。特に、風が弱く、それに対応して生成される電力が低い時には、風力発電設備は低いリザーブレベルを備えている、すなわち、低い瞬時リザーブを提供する又は提示することを考慮する。しかしながら、反対の場合、すなわち、風が弱い時に著しく高いインバータ容量が利用可能なこともあるので、風が弱い時に高い瞬時リザーブを提供する又は提示する場合、も考慮する。更に、風力発電設備は、例えば風から電力を生成していなくても、例えば瞬時リザーブを提供できるバッテリ貯蔵設備のような電気貯蔵設備を備えている場合には、瞬時リザーブを提供できる。

望ましくは、設定関数による電力の追加的な供給または供給電力の低減が電気供給ネットワークの状態に依存して、且つ、リザーブレベルに依存することを提案する。したがって、二重の依存性を提案する。一例として、追加的に供給される電力は、ネットワーク周波数における変化に依存し得る（別の例についても、同じことが供給電力の低減に同様に当てはまる）。そのようなネットワーク周波数における変化は、時間的周波数勾配（temporal frequency gradient）ｄｆ／ｄｔによっても規定できる。追加的に供給される電力は、上述の周波数勾配に依存しており、上述の周波数勾配が大きければ大きいほど、益々大きくなることが望ましい。リザーブレベルは、その時にこの依存性に追加的に影響を及ぼす。１つの単純な例を述べると、追加的に供給される電力は、周波数勾配に比例して、且つ、リザーブレベルに比例し得る。

１つの構成として、リザーブレベルが、設定関数の増幅率（amplification）としての役割を果たすことを提案する。その時、リザーブレベルは、因数として採用され得る。周波数勾配ｄｆ／ｄｔに対する依存性の一例として、これは、次の等式によって規定され得る。
Ｐ_ｚ＝Ｐ_ｚ０*ｄｆ／ｄｔ*Ｒｅｓ*Ｋ
この等式において、Ｐ_ｚは追加的に供給される電力、Ｐ_ｚ０は電力基準値、ｄｆ／ｄｔは周波数勾配、Ｒｅｓはリザーブレベル、及び、Ｋは、この等式の物理的な単位を適合化してもよい比例定数（proportionality factor）、すなわち、規格化因子（normalization factor）である。この電力基準値と比例定数とは、組み合わせてもよい。

したがって、実現され得ることは、リザーブレベルがどのような値を有するかに依存して、すなわち、瞬時リザーブがどの程度提供されるかに依存して、同一のｄｆ／ｄｔに対する反応度（degrees of reaction）が異なり得るような増幅因子（amplification factor）のようにリザーブレベルが機能することである。

一実施形態に従って、リザーブレベルを変更するための事前に規定された値が少なくとも１つの風力発電設備にインタフェースを介して入力されることを提案する。従って、リザーブレベルは、特に外部から変更できる。これによって、特にネットワークオペレータ（network operator）、セントラルコントロールユニット（central control unit）又はコントロールセンター（control center）は、リザーブレベルを設定する機会が与えられる。その結果、ネットワークにおける現在の状況、あるいは、予想される状況を考慮することもできる。一例として、このようなリザーブレベルの変更によって、瞬時リザーブを、例えば、大規模消費者の予想される接続又は切断、あるいは、ネットワークセクション（network section）の接続又は切断のような事象に合わせて、設定できる。

上述のインタフェースは、有線でも、あるいは、無線でも実現できる。この事前に規定された値を入力することについては、特に、既存のデータ伝達経路、特に既存のデータ回線、を利用することも考慮する。

それに加えて、あるいは、その代わりに、一実施形態に従って、少なくとも１つの風力発電設備が自己の設定されたリザーブレベルを情報として提供することを提案する。その結果、その他の活動中のユニット、特にその他の給電ユニットをそれに適応させることができる。特に、その結果、どのような瞬時リザーブが利用可能であるかが承知される。この情報は、その他の風力発電設備に、それに加えて、あるいは、その代わりに、複数のネットワーク接続ポイントをモニタしているセントラルコントロールユニットに、伝達されることが望ましい。特に、このような複数のネットワーク接続ポイントをモニタしているセントラルコントロールユニットは、ネットワーク制御装置として構成することができ、それによって、電気供給ネットワーク又は該当するサブセクションにおける利用可能な瞬時リザーブの全体的な状勢を調査して、場合によっては、制御措置を開始できる。

リザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブが提供され、これが、組み合わせることも可能な種々の措置によって実行できることが望ましい。ここに提案するこれらの措置の１つは、風力発電設備を回転速度範囲内の回転速度で動作させるための該回転速度範囲を設けることである。この場合、回転速度は、原則として、風力発電設備のロータの回転速度に関係する。ギヤレスの（gearless：ギアを介さない）風力発電設備の場合では、これは、発電機の回転速度と全く同じである。

この回転速度範囲と具体的な回転速度とは、回転速度をこの回転速度範囲のより低い値にまで低減することによって、回転エネルギからリザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブを提供できるように、選択される。先ず、これは、この瞬時リザーブも、その時に完全に取り出されるか、あるいは、部分的に取り出されるかに関係なく、この提供が可能な状態をもたらす事柄である。ここで提案する、回転速度帯と呼称されることもある回転速度範囲の事前規定は、特に、ある洞察も利用しており、その洞察とは、風力発電設備は最適回転速度で動作させることが望ましいけれども、この回転速度は、ここで具体的に回転速度範囲として設定される事前に規定される範囲内で、発電を著しく低下させることなく、変更できるということである。この場合、最高限のリザーブ電力が実際に取り出されることは稀であり、例えば、毎年１度よりも少ないことを考慮すべきである。

もう１つの要素は、より高い瞬時リザーブがサポート措置のより高い増幅率も実現できることである。換言すれば、一般的に、その時に、より高いサポート電力が供給できる。通常の大規模発電所の動作を考慮した場合、そして、直接結合された同期発電機を想定した場合、後者は、例えば、自己の直接結合に起因して、±２％のネットワーク周波数の許容周波数帯（例えば、５０Ｈｚ±１Ｈｚ）において、回転速度における±２％の変化のみで、サポート電力も提供できる。この関係は、周波数と回転速度の間の直接結合の故に、固定される。

ここに提案する方法においても、回転速度範囲を許容周波数帯に、概念上、対応付けることができる。ここにおいても、ｎ_Ｎ±２％の回転速度範囲を、例えばｆ_Ｎ±２％の許容周波数帯に、対応付けることができる。しかしながら、その時、リザーブレベルが、回転速度範囲における増大によって、増大されて提供される場合には、より高い回転速度範囲を、原則として変化しない許容周波数帯に、このように対応付けることもできる。例えば、ｎ_Ｎ±１０％の回転速度範囲を、もしリザーブレベルが対応して増大した場合、一例として述べたｆ_Ｎ±２％の周波数帯に、対応付けることができる。これは、回転発電機の回転エネルギから得られるサポート電力の使用が現時点で制御可能であることを示している。これも、ここに提案する方法の１つの利点である。

しかしながら、それに加えて、例えば、より狭い周波数帯のみを調整することが可能である。その時、回転速度範囲をこのより狭い周波数帯に対応付けることができる。上述の例と結び付けると、その時、例えばｎ_Ｎ±１０％の回転速度範囲をｆ_Ｎ±１％の周波数帯に対応付けることができる。比例するサポート電力は、結果として２倍になる。これは、増幅率における増大に対応する。前述の公式Ｐ_ｚ＝Ｐ_ｚ０*ｄｆ／ｄｔ*Ｒｅｓ*Ｋで、これは、比例定数の対応する増大によって、すなわち、ここでは２倍になることによって、実現できる。

この点に関して、回転速度範囲を過度に大きくなるように事前に規定することは許されず、その理由は、その時、その縁端で、著しい電力の低下が実際に生じ得るからである。このような大きなずれが生じることは非常に稀であることを考慮すべきである。この場合、一方では高い瞬時リザーブを提供する必要性と、他方では風力発電設備を、可能な限り、その最適動作ポイントで動作させる必要性と、を比較検討することが、ここでは、必要である。特に、回転速度は、それがその最適値を呈するように選択できる。その時、回転速度範囲は、この最適値を囲むように配置され、例えば、この回転速度範囲の縁端が、それぞれ、この最適回転速度の上下１０パーセントのところに在るように対称的に配置される。その時、回転速度が、最適回転速度から上述の例における上述の回転速度範囲のより低い範囲に低減されると、すなわち、上述の例における１０パーセントだけ低減されると、回転エネルギがこの場合に送り出される。これは、算定できて、それによって提供可能な瞬時リザーブを形成する。しかしながら、このような大きな変化が生じるのは、極めて稀である。５０Ｈｚのネットワークにおいて、これは、毎年あまり多くは予想されない４７.５Ｈｚ又は５１.５Ｈｚに至る一時的な周波数の低下に対応し得る。

もしネットワークにおいて過度に多くの電力がある場合、回転速度範囲のより高い値、すなわち、選択された回転速度範囲の上限によって、ネットワークへの電力の供給を低減でき、すなわち、特に、電力の低減によるネットワークサポートを行うことができる。

いずれにしても、回転速度範囲を事前に規定するこの一変形態様は、風力発電設備をその最適動作ポイントで、すなわち、特に最適回転速度で更に動作させ続けることができるという利点を備えている。上述の回転速度の低減が実施されるのは、瞬時リザーブを取り出して提供する必要性が実際に生じた場合のみである。ここで瞬時リザーブを事前に規定することによって、一方では、電気供給ネットワークのネットワークサポート用の算定可能な値が提供されて、これは、例えば電気供給ネットワークのオペレータによる算定に使用され得る。しかしながら、これに加えて、この事前に規定される瞬時リザーブは、どの動作ポイントで風力発電設備がこの瞬時リザーブの送り出しによって動作変更されるかについての確かな見込みも提供する。したがって、動作ポイントがどの程度まで低下するかを予め承知して、特に、風力発電設備が、それでも、そのような動作ポイントで動作し続けられることを推定できる。

極めて類似した更なる実施形態に従って、より低い回転速度と、このより低い回転速度に比べて差分回転速度だけ増大されたより高い回転速度と、を設けることを提案する。風力発電設備は、その時、より高い回転速度で動作させられる。したがって、回転速度は、より高い回転エネルギを瞬時リザーブとして提供できるために、故意に増大される。

この場合、差分回転速度は、より高い回転速度をより低い回転速度に低減することによって、回転エネルギをリザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブとして送り出せるように、選択される。更に、回転エネルギを放出するために、回転速度における目標とする減少を可能にする対応する回転速度を設ける。ここでは、特に、風力発電設備を最適回転速度よりも高い回転速度で動作させることも提案する。

それに加えて、あるいは、その代わりに、上述の少なくとも１つの風力発電設備の動作ポイントを対応して変更することを提案する。これも、回転速度の変更に関係し得る。しかしながら、例えば、部分的な負荷範囲においてその他のブレード角を設定することのようなその他の可能性も考慮する。これは、ここでは、変更される回転速度と組み合わせることができ、すなわち、回転速度とブレード角が変更される。

それに加えて、あるいは、その代わりに、貯蔵エネルギがリザーブレベルのレベルで貯蔵されて取り出し可能である電気エネルギ貯蔵設備を設けることを提案する。換言すれば、先ず、例えばバッテリ貯蔵設備であり得るエネルギ貯蔵設備を提案する。しかしながら、それは、自己が貯蔵するエネルギを必要に応じて電気エネルギに変換する、例えばガス貯蔵設備又は独立したフライホイール（flywheel）貯蔵設備のようなその他の貯蔵媒体で構成されてもよい。このような電気エネルギ貯蔵設備を設けることによって実現できることは、風力発電設備が、上述のエネルギ貯蔵設備に応じて、追加の電力、したがって追加の瞬時リザーブを提供できることである。

また、風力発電設備が、それ自体では、原則として、自己の最適動作ポイントで更に動作させられ、且つ、上述の電気エネルギ貯蔵設備のみが、対応する瞬時リザーブを提供することも考慮する。これも、状況に応じた態様に変更できる。一例として、この目的で、比較的低い瞬時リザーブを事前に規定する、あるいは、提示する場合には電気貯蔵設備だけを提供して、それに加えて、高い瞬時リザーブを提示する場合にのみ、上述の風力発電設備のロータの回転エネルギを提供することを提案する。尚、この実施形態は、エネルギ貯蔵設備の場合における取り出し可能な貯蔵エネルギに基づいている。これは、例えば、破損が生じ得る一定の放電レベルにまで単に放電するバッテリ貯蔵設備に関係し得る。この場合、エネルギが、まだ貯蔵されているが、もはや、取り出し可能であるとは言えない。

別の一実施形態に従って、電気供給ネットワークにおける発振周波数を表すネットワーク発振が電気供給ネットワークにおいて検出されて、リザーブレベルがこの検出されたネットワーク発振に依存して設定されることを提案する。もし、このように、周波数が、発振する態様で、増減を繰り返していることが検出されたならば、これは、それぞれ提示される瞬時リザーブを変更する理由となり得る。その結果として、該当する風力発電設備のネットワークサポート用の特性を変更すること、及び、したがって、電気供給ネットワークの固有のダイナミックレンジ（dynamic range）も変更すること、が可能である。これは、特に非常に多くの風力発電設備が、対応する措置を実施する場合に、有効に機能する。

原則として、上述の実施形態は、組み合わせ可能である。特に、ここで指摘すべきことは、検出されたネットワーク発振に依存するリザーブレベルの変更と、リザーブレベルがネットワーク接続ポイントの特性に依存して設定されるという提案と、を有益に組み合わせることもできる、ということである。この点に関して、特に、電気供給ネットワーク全体に、又は、複数のネットワーク接続ポイントを含む少なくとも１つのネットワークセクションに、関係するネットワーク発振が検出された場合には、個別のネットワーク接続ポイントのリザーブレベルが、別々に、設定される又は変更されることを提案する。

リザーブレベルは、ネットワーク接続ポイントの結合の強さに依存して設定されることが望ましい。このような結合の強さは、ネットワーク接続ポイントが電気供給ネットワークにどの程度強く結合されているかの尺度である。これは、電気供給ネットワークにおける変化、特に電圧の変化、及び／又は、電力バランスの変化が、どの程度、該当するネットワーク接続ポイントに影響を及ぼすかの問題に関係する。その影響が少ないほど、結合の強さは益々低くなる。瞬時リザーブは、結合の強さが低いほど、益々小さくなるように設定されることが望ましい。

一構成に従って、ネットワークサポートのために、生成済み電力に加えて、エネルギが、電気供給ネットワークに対して、最高でリザーブレベルのレベルにまで、給電されることを提案する。これは、電気供給ネットワークのネットワーク電圧における変化に依存して実施されることが望ましい。特に、ネットワーク電圧が定格電圧よりも下に低下した場合に、サポート用の電力を供給することを提案する。最高で提示済み瞬時リザーブまでの電力の追加的な供給、あるいは、供給電力の低減は、電力バランスの指標になり得るネットワーク周波数に依存して実施することもできる。

それに加えて、あるいは、その代わりに、追加電力を、電気供給ネットワークのネットワーク周波数における変化に依存して、供給することを提案する。したがって、電気供給ネットワークの絶対周波数ではなく、むしろ、その変化を考慮する、あるいは、電気供給ネットワークの絶対周波数だけではなく、その変化も考慮する。特に、周波数勾配ｄｆ／ｄｔを考慮することができ、周波数勾配の絶対値が大きいほど、サポート用に、益々多くの電力を電気供給ネットワークに供給する、あるいは、供給電力を益々低減することを提案する。

それに加えて、あるいは、その代わりに、電気供給ネットワークにおける被生成電力と被消費電力の間の電力差に依存して、追加エネルギを給電することを提案する。特に、生成ユニットによって供給される電力よりも多くの電力が消費される場合には、そのような追加エネルギを補償用に、したがって、サポート用に、給電できる。

それに加えて、あるいは、その代わりに、外部から伝えられる要件に依存して追加エネルギを給電することを提案する。これは、特に、電気供給ネットワークのオペレータによる要件に依存して実施できる。その結果として、電気供給ネットワークのオペレータ、すなわち、ネットワークオペレータは、そのような風力発電設備を制御手段として使用できる。特に、もしネットワークオペレータ又はその他のあるセントラルコントロールユニットが、共に、リザーブレベルを設定できて、且つ、そのリザーブレベルによって入力されるそのような瞬時リザーブも実際に給電するかを事前に規定できるならば、組み合わせることもここでは有益である。一例として、サブネットワークにおける周波数の同期化のために、より高い電力を、短期間の間、供給するように構成できる。

別の一実施形態に従って、ネットワークサポートのために、電力の追加的な供給、あるいは、供給電力の低減を実施する一方で、少なくとも１つのキャパシタ手段の貯蔵エネルギ、上述の少なくとも１つの風力発電設備の回転エネルギ、及び、少なくとも１つのバッテリ貯蔵設備の貯蔵エネルギ、を引き出し、あるいは、貯蔵し、その際に、引き出すべき、あるいは、貯蔵すべきエネルギの量に依存して、先ず、キャパシタ手段において貯蔵エネルギを引き出すか、あるいは、貯蔵し、次に、更なるエネルギが必要である場合に上述の少なくとも１つの風力発電設備から得られる回転エネルギを使用し、次に、その時に、更なる別のエネルギが必要である場合にバッテリ貯蔵設備から得られる貯蔵エネルギを使用することを提案する。回転エネルギの使用は、特に、風力発電設備の空力ロータの回転エネルギに関係する。したがって、ここでは、空力ロータから得られる回転エネルギを使用すること、あるいは、空力ロータにおける回転エネルギとしてエネルギを貯蔵すること、を提案する。

これによって実現されることは、先ず、大量の制御エネルギが、複数のエネルギソース及び／又はエネルギシンクの使用によって提供されることである。先ずキャパシタ手段、次にロータ、最後にバッテリ貯蔵設備を使用する、目標とするこの順序によって、これらの相異なる貯蔵媒体が巧みに利用される。キャパシタ手段の貯蔵エネルギは、瞬時リザーブとして十分であり得て、キャパシタ手段によって迅速に且つ記憶効果（memory effect）なしに提供され得ることが多い。

もしより多くのエネルギが必要であるならば、空力ロータが使用される。この場合、空力ロータも記憶効果なしに動作すること、及び、エネルギソースとしてキャパシタから空力ロータに移行することが有益であり得ること、が分かっている。バッテリ貯蔵設備が使用されるのは、これさえも不十分である場合のみである。

更に、複数のネットワーク接続ポイントにおいて、各々、少なくとも１つの風力発電設備によって、電気供給ネットワークに電力を供給する方法であって、各々、上述の実施形態の少なくとも１つによる方法が、ネットワーク接続ポイントの各々における給電のために使用され、リザーブレベルが、ネットワーク接続ポイントの各々について別々に設定可能である、方法を提案する。

その結果として、特に、電気供給ネットワーク又はこの電気供給ネットワークの少なくとも影響を受けるセクションのダイナミックレンジの目標とする調整された変更又は設定を行うことが可能である。これは、セントラルコントロールユニット、特にネットワーク制御装置によって実施されることが望ましく、それに加えて、あるいは、その代わりに、ネットワークオペレータにそのような集中的な設定の実行可能手段を提供することを提案する。

複数のネットワーク接続ポイント全てについて、全体的に提示される瞬時リザーブがレベルに関して事前に規定されることが望ましい。その際、これに依存して、上述のネットワーク接続ポイントの各々について、リザーブレベルが、特にこれらのリザーブレベルの合計が上述の全体的に提示される瞬時リザーブのレベルに対応するように、決定される。その結果として、複数の、特に多数のネットワーク接続ポイントのリザーブレベル、あるいは、多数のネットワーク接続ポイントの風力発電設備のリザーブレベル、の調整された設定によって、著しい大きさの瞬時リザーブを全体的に提供することも可能になる。この点に関して、第１のステップにおいて、全体的に必要である又は少なくとも望ましい瞬時リザーブを事前に規定できる。次に、第２のステップにおいて、瞬時リザーブの対応する配分を追加的に提供して、電気供給ネットワークのダイナミックレンジに影響を及ぼすことができる。したがって、先ず、絶対的なレベルにあるネットワークサポートが実現可能になり、次に、例えば、電気供給ネットワーク又は該当するネットワークセクションの発振動作に影響を及ぼすことが可能になる。

更に、ネットワーク接続ポイントにおいて電気供給ネットワークに電力を供給する風力発電設備を提案する。このような風力発電設備は、風から電力を生成するための空力ロータ及び発電機と、生成された電力又はその一部分を電気供給ネットワークに供給する給電ユニットと、電気供給ネットワークをサポートするために、電気供給ネットワークに給電するための瞬時リザーブを提示する制御ユニットと、電気供給ネットワークをサポートするために、ネットワーク特性及び／又は外的要件に依存して、提示される瞬時リザーブ又はその一部分を電気供給ネットワークに給電するように風力発電設備を制御する制御手段と、を備えており、この風力発電設備は、提示される瞬時リザーブのレベルをリザーブレベル（提示レベル）として設定する設定手段を備えている。

したがって、この風力発電設備について、風が空力ロータによって回転運動に変換されて、その結果、電力が発電機によってその風から生成される。この電力は、場合によっては損失又はその他の電力漏れによって低減されることもあるが、給電ユニットによって、電気供給ネットワークに供給される。この給電ユニットは、特にインバータとして構成できる。

電気供給ネットワークをサポートするために、瞬時リザーブ又はその一部分が給電される場合、この瞬時リザーブは、制御ユニットによって提示される。制御手段は、電気供給ネットワークの所望のサポートを実現するために、ネットワーク特性に依存して、それに加えて、あるいは、その代わりに、外的要件に依存して、提示される瞬時リザーブ又はその一部分を電気供給ネットワークに給電するように風力発電設備を制御する。

終わりに当たって、リザーブレベルを設定する設定手段が設けられている。したがって、この設定手段は、提示される瞬時リザーブのレベルを設定する。この設定手段は、制御ユニットに該当するが、追加の構成要素として、あるいは、このような風力発電設備に、何れにしても、存在する制御ユニットの一部分として、設けることができる。

特に、風力発電設備が、上述の実施形態の少なくとも１つによる方法を実施するように構成されていることを提案する。特に、風力発電設備が、この目的のために制御装置を備えていることを提案する。この制御装置は、瞬時リザーブを提示する制御ユニットを備えることができ、それに加えて、あるいは、その代わりに、提示される瞬時リザーブのレベルを設定する設定手段を備えることができ、あるいは、制御ユニット及び／又は設定手段は、独立した構成要素として設けられている。この制御装置は、例えば、データの交換用の、すなわち、情報の受信と送信の両方用のインタフェースを駆動することもできる。

この風力発電設備は、瞬時リザーブ又はその一部分を提供するための少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵設備を備えていることが望ましい。したがって、リザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブが、この少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵設備によって提供でき、あるいは、この提供は、この電気エネルギ貯蔵設備によって行われて、風力発電設備のロータの回転エネルギによって補足される。

更に、複数の風力発電設備を備えたウインドファームであって、それらの風力発電設備のうちの１つの風力発電設備、複数の風力発電設備又は全ての風力発電設備が、上述の少なくとも１つの実施形態に従って記載されたものである、ウインドファームを提案する。それに加えて、あるいは、その代わりに、このウインドファームは、上述の少なくとも１つの実施形態による少なくとも１つの方法を実施するように構成されている。特に、このウインドファームは、この目的のために、対応する方法のステップを実施する又は少なくとも調整する制御装置を備えることができる。

更に、電気供給ネットワークに電力を供給する複数の給電装置を制御するネットワーク制御装置を提案する。これらの給電装置の各々は、風から電力を生成する少なくとも１つの風力発電設備を備えている。給電装置は、ここでは、各々、ウインドファームを備えることもでき、あるいは、ウインドファームであってもよい。

更に、各々の給電装置は、電力又はその一部分を、それぞれ、ネットワーク接続ポイントを介して電気供給ネットワークに供給する給電ユニットを備えている。したがって、ネットワーク接続ポイントが、各々の給電装置について設けられている。ネットワーク接続ポイントは、給電装置の一部分と見なすこともできる。

各々の給電装置は、電気供給ネットワークをサポートするために、この電気供給ネットワークに給電するための瞬時リザーブを必要に応じて提供するために、この瞬時リザーブを提示する制御ユニットも備えている。更に、この給電装置は、提示される瞬時リザーブのレベルをリザーブレベルとして設定する設定手段を備えている。

更に、ネットワーク制御装置は、ネットワーク制御装置と給電装置との間でデータを交換するデータ伝達手段を備えている。このようなデータ伝達手段は、無線接続、有線接続、あるいは、それらの組み合わせであってもよい。既存の電気通信装置を付随して使用することもできる。

更に、ネットワーク制御装置は、給電装置が、提示する瞬時リザーブのレベルを、相異なるリザーブレベルに基づいて、設定できるように、給電装置に対して、それぞれ、それらの相異なるリザーブレベルを事前に規定する事前規定手段を備えている。したがって、このネットワーク制御装置は、その影響を受ける給電装置を、それらが提示する瞬時リザーブに関して、集中的に制御する又は少なくとも調整することができる。したがって、ネットワーク制御装置は、各々の給電ユニットが、どの程度の瞬時リザーブを提示するか、そして、適切な場合に給電するか、を調整する。

給電装置は、各々、特にウインドファームの少なくとも１つの実施形態に従って上述したような態様で、ウインドファームとして構成されることが望ましい。それに加えて、あるいは、その代わりに、各々の給電装置は、上述の実施形態の１つに従う少なくとも１つの風力発電設備を備えている。したがって、このネットワーク制御装置は、相異なるネットワーク接続ポイントを介して給電する複数の風力発電設備又はウインドファームを、それに応じて、調整できる。

ネットワーク制御装置は、電気供給ネットワークのネットワーク状態、特に電気供給ネットワークの電圧レベル、を記録する少なくとも１つの測定記録装置を備えており、それによって、電気供給ネットワークの周波数も記録できることが望ましい。それに従って、次に、評価装置によって、記録されたネットワーク状態の少なくとも１つに依存してリザーブレベルを決定できる。一例として、評価装置は、ネットワーク状態の別の可能性であるネットワーク発振を確認すると、それに対応して、相異なるリザーブレベルを相異なる給電装置に提供できる。

ネットワーク制御装置は、上述の実施形態に従って複数のネットワーク接続ポイントにおいて電力を供給する方法を実施する又は調整するように構成されることが望ましい。特に、ネットワーク制御装置は、必要であると認められた、あるいは、個々の給電装置の間で外部から事前に規定された全体的な瞬時リザーブを分配するようにも構成されている。

以下、下記の添付図面を参照して、本発明を、例として、実施形態に基づいて、更に詳しく説明する。

風力発電設備を斜視図で示す図である。 ウインドファームを概略図で示す図である。 中央地域と分散地域とを例示するための１つのあり得るネットワーク構成を概略的に示す図である。 種々の回転速度特性曲線を例示する図である。 回転速度と電力の関係を例示する図である。 電気供給ネットワークのネットワークセクションを例示する図である。

図１には、タワー１０２とナセル１０４を備えた風力発電設備１００が示されている。ナセル１０４には、３枚のロータブレード１０８とスピナー１１０とを備えたロータ１０６が配置されている。動作中、ロータ１０６は、風によって回転運動をさせられて、それによってナセル１０４内の発電機を駆動する。

図２には、例えば、全く同じであっても、あるいは、相異なってもよい３つの風力発電設備１００を備えたウインドファーム１１２が示されている。このように、これら３つの風力発電設備１００は、基本的にウインドファーム１１２の任意の数の風力発電設備を代表している。風力発電設備１００は、自己の電力、すなわち、特に生成済み電流を、電気ファームネットワーク１１４を介して、提供する。この場合、個々の風力発電設備１００のそれぞれ生成された電流、すなわち、電力が加算され、また、トランスフォーマ１１６が、通常、設けられており、一般的にＰＣＣとも呼ばれる給電ポイント１１８において供給ネットワーク１２０に給電するために、ファーム内の電圧を増大する。図２は、ウインドファーム１１２の単なる簡略化された説明図であり、これには、例えば、当然存在しているコントローラは示されていない。更に、一例として、ファームネットワーク１１４は、単なる代表的な別の一実施形態と言える、例えばトランスフォーマが各々の風力発電設備１００の出力にも存在するような別の構成にできる。

図３には、電気供給ネットワーク５０又はその一部分が、概略的な説明図で示されている。この電気供給ネットワーク５０には、一例として、大規模発電所５２、例えば製鋼所又はその他の生産施設のような産業消費者５４、及び、町／都市５６も示されている。それらに加えて、様々な比較的小さな村落５８と４つの風力発電設備ＷＴ１からＷＴ４が示されている。このネットワークには、電圧が相異なる種々のネットワークセクション、すなわち、超高電圧ネットワークＨＨ、高電圧ネットワークＨ、複数の中電圧ネットワークＭ、及び、複数の低電圧ネットワークＮが含まれている。トランスフォーマＴが、これらの相異なるネットワーク相互間、並びに大規模発電所５２、産業消費者５４及び風力発電設備ＷＴ１からＷＴ４、にそれぞれ配置されている。トランスフォーマＴも村落５８も、当然それらの個々の具体的な構成については相異なるが、それらの参照記号については両者とも差別化していない。また、風力発電設備、すなわち、ウインドタービンＷＴ１からＷＴ４も、各々が、それぞれ複数の風力発電設備を備えたウインドファームを代表することができる。風力発電設備ＷＴ１からＷＴ４のそれぞれの１つのトランスフォーマＴは、ここに説明された開示事項を理解するために、ネットワーク接続ポイントと見なすこともできる。

この電気供給ネットワーク５０において、大規模発電所５２は、エネルギの供給量に関して、大規模発電機を構成している。この意味において、産業消費者５４は、大規模消費者を構成している。町／都市５６は、同様に比較的大規模な消費者を形成し、村落５８は、各々、かなり小規模な消費者を形成している。ウインドタービンＷＴ１からＷＴ４は、いずれにしても、大規模発電所５２に比べて小規模なエネルギ生成装置と見なすことができる。しかしながら、ここでのウインドタービンＷＴ１からＷＴ４が、各々、ウインドファームを代表することもできることを考慮すべきである。この場合、それらは、ウインドファームとして、エネルギの生成に大きく貢献できる。ところが、それらの利用可能な、少なくとも潜在的な、回転エネルギの割合は更に大きい。ここでは、この点に着目して、この回転エネルギを有益に使用することについて、いくつかの提案を行う。

通常の動作において、特に、産業消費者５４が稼働しており、且つ、大規模発電所５２が稼働している場合、大規模発電所５２から産業消費者５４への大きなエネルギの流れと、大規模発電所５２から町／都市５６への大きなエネルギの流れと、が生じる。産業消費者５４が、自己の電力消費を変更する場合、特に、ネットワークから離脱する、あるいは、ネットワークに接続される場合、これは、ウインドタービンＷＴ２に対して特に大きな影響を及ぼす。同じことが、大規模発電所５２における変化にも、特にこれがネットワークから離脱する場合にも、当てはまる。したがって、ウインドタービンＷＴ２のネットワーク接続ポイントは、電気供給ネットワーク５０に特に強く結合されている。

電気供給ネットワークの中心部（center）又は副中心部（subcenter）における結合は、周辺部（periphery）よりも強いことが多い。ここでは、中心部を「Ｚ」として説明用に例示する。２つの周辺部として、２つの地域を「Ｐｅｒ」によって識別する。但し、この中心部及び周辺部の識別が説明用の例示であることを理解されたい。実際、大規模発電所５２の付近の超高電圧線ＨＨにおける点線は、そこでも電気供給ネットワークが続いていることを示しており、したがって、更なる中心部又は副中心部も生じ得る。

結合の強さは、必ずしも中心部への近さに依存する訳ではなく、あるいは、これのみに依存する訳でもない。例えば送電線の特性のようなその他の条件も関与する。結合の強さは、状況に依存して、及び／又は、時間に依存して変化し得る。それは、例えば日中と夜とでは、異なり得る。特に、強さが変動する、個々のネットワーク接続ポイントの結合を、この例に基づいて、説明する。

このように、ウインドタービンＷＴ２のネットワーク接続ポイントは、電気供給ネットワークに非常に強く結合されている。ウインドタービンＷＴ１は、どちらかと言えば、ある程度、離れた所に在り、したがって、そのネットワーク接続ポイントは、電気供給ネットワークに対して比較的弱く結合されているはずである。産業消費者５４において電力が大きく変動した場合に、ウインドタービンＷＴ１又はそのネットワーク接続ポイントに対するその影響の程度は、ウインドタービンＷＴ２に比べて小さい。

図３におけるその他のウインドタービンＷＴ３とＷＴ４は、それらのネットワーク接続ポイントの結合の強さに関する限り、これらの２つのウインドタービンＷＴ１とＷＴ２の間に在る。ウインドタービンＷＴ３又はそのネットワーク接続ポイントは、ウインドタービンＷＴ２に比べて弱く結合されているが、ウインドタービンＷＴ１に比べて強く結合されており、その理由は、町／都市５６も接続されている同じ中電圧ネットワークに給電しているからである。この点に関して、ウインドタービンＷＴ４は、ウインドタービンＷＴ３に比べて更に弱く結合されているが、ウインドタービンＷＴ１に比べて強く結合されており、その理由は、ウインドタービンＷＴ１が、１つの村落５８が接続されている中電圧ネットワークに給電している一方で、ウインドタービンＷＴ４が、２つの村落５８が接続されている中電圧ネットワークに給電しているからである。ここでは、これらの全てを、その他の多くの要因を無視した単なる説明用の例として、理解されたい。一例として述べる結合の強さについては、分類（classification）又は数値査定（numerical assessment）、例えば０から１までの値による査定を用いることができる。これらの分類又は査定を用いて瞬時リザーブ（instantaneous reserve：瞬時予備力）を別々に提示すること（offer）ができ、また、必要に応じて、それらを提供できることが望ましい。したがって、リザーブレベル（reserve level：予備力レベル）は、結合の強さの分類又は査定に依存して設定できる。特に、リザーブレベルを、結合の強さが大きいほど、すなわち、それに与えられた査定が大きいほど、益々大きくなるように設定することを提案する。これは、図３に示された構造の例について述べれば、最大の瞬時リザーブ、すなわち、最大のリザーブレベルをウインドタービンＷＴ２に提供し、最小のものをウインドタービンＷＴ１に提供すべきであることを意味している。

特に、このような瞬時リザーブについての所要のエネルギを提供することについては、風力発電設備をより高い回転速度で動作させることが有利な場合があり、すなわち、それに対応する大量の回転エネルギを提供できるように、少なくとも、より大きな回転速度帯（rotational speed band）で動作できるようにすることが有利な場合がある。通常、各々の風力発電設備については、各々の動作ポイント、特に各々の風速において最適な回転速度があり、これは、たとえ風速の測定によるその設定が実際には行われていなくても、説明に実に役立つ。

それでもやはり、風力発電設備は、高い損失あるいは高い負荷を受ける必要なく、より高い又はより低い回転速度でほぼ最適に動作させることができる。換言すれば、例えば図３のウインドタービンＷＴ２のような風力発電設備に特に大きな瞬時リザーブを提供させようとするならば、これは、風力発電設備１００のロータ１０６における回転エネルギによって実現され得る。仮に回転速度が例えば１０％増大されるならば、結果として、単に物理的には約２０％増しの回転エネルギが存在する。しかしながら、取り出し可能な回転エネルギのみを検討する場合、設備がその後も稼働し続けるような量だけの回転エネルギを取り出すことが適切であり、この点に関して、取り出し可能な回転エネルギに対する、一例として上述した回転速度の１０％の増大によって、上述の２０％よりももっと遥かに高いエネルギの提供を実現できる。

実施に際しては、風力発電設備は、種々の可能な回転速度特性曲線の中から対応する回転速度特性曲線、すなわち、例えばウインドタービンＷＴ２にとって望ましければ、より高い回転速度を有するものを選択できる。

図４に、そのような相異なる回転速度特性曲線が例示されている。これには、一例として、３つの回転速度特性曲線Ｋ_１、Ｋ_２及びＫ_３が描かれている。しかしながら、通常、風力発電設備には、回転速度／風速特性曲線ではなく、回転速度／電力特性曲線が記憶されているので、図４は単なる説明用の例示に過ぎない。図４で、部分的な負荷範囲において、すなわち、風力発電設備がまだ全電力を供給できない範囲であり且つ始動風速Ｖ_ＷＳと公称風速Ｖ_ＷＮとの間に在る範囲において、最適定常状態動作を前提とする各々の風速に電力を対応付けることもできる。いずれにしても、より高いエネルギを提供することについて、より高い回転速度が望ましいか否かに依存して、上述の部分的な負荷範囲内で、相異なる特性曲線Ｋ_１、Ｋ_２又はＫ_３を選択できる。

公称回転速度ｎ_Ｎが公称風速Ｖ_ＷＮにおいて又はそれよりも早く到達された場合、公称回転速度よりも高い回転速度は、通常、設備の安全上の理由で、使用できない。しかしながら、例外的な状況では、特にネットワークサポートが、短期間の間、期待されるべき場合には、より高い回転速度を考慮に入れることができる。これは、図４において、公称風速Ｖ_ＷＮ後の範囲内における点線の特性曲線によって、示されている。

図５には、１組の電力／回転速度曲線、すなわち、３ｍ／ｓから１３ｍ／ｓまでの様々な風速についての電力／回転速度曲線が示されている。この説明図は、数値の無い単なる概略的なものである。ロータの公称回転速度と定格電力とに対する正規化（normalization）もそれぞれ考えられる。

まず、各々の曲線において回転速度ｎの関数として示されている電力Ｐが回転速度と共に最大限まで上昇することは明らかである。そこに電力最適度が在る。３から１０ｍ／ｓの風速については、この最適度は、上述の１組の曲線と交差している動作特性曲線によって示されている。それは、１０ｍ／ｓについての曲線の場合に最大限回転速度に到達しており、したがって、その時までの回転速度の最適度を示している。更に高い風速については、回転速度の最適度は、ｎ＿ｍａｘとして示されている最大限回転速度の上方に在る。したがって、動作特性曲線は、１０ｍ／ｓについての電力／回転速度曲線から始まり、上方に垂直に伸びており、その理由は、設備がその時に回転速度に関して制限されるからである。

一例として、動作特性曲線に対してずれており、且つ、それぞれ、最適回転速度よりも約１０％低い及び高い所に在る２つの動作ポイントが、１０ｍ／ｓについての電力／回転速度曲線内に示されている。最適回転速度からのこの回転速度のずれによって招かれる電力の減少が、結局、著しく小さいことは明らかである。これらの２つのずれた動作ポイントによって、風力発電設備が瞬時リザーブを提供するために動作できる回転速度帯が規定され得る。この回転速度帯は、相異なる風力発電設備について、相異なるネットワーク接続ポイントについて、及び／又は、相異なる状況について、周辺の条件に依存して、相異なる幅で選択できることが望ましい。

したがって、ここに提案する解決手段によって、電気供給ネットワークの構造に適応させ得る瞬時リザーブの目標とする提供によるネットワークサポートについての可能性が得られる。結果として、電気供給ネットワークの動的な動作も、全体的に良好な影響を受け得る。

図６には、大規模発電所６５２、集落６５８、産業消費者６５４、町／都市６５６及び複数のウインドファームＷＰ１からＷＰ３によって構成されたネットワークセクション６５０が例示されている。これらの構成要素は、各々、一例として自己のタイプの別の構成要素も代表しており、図示の例では、各々、トランスフォーマＴを介して共通線に接続されている。この説明図は、図３における説明図に部分的に基づいているが、簡略化のために、ネットワークの相異なる電圧レベルは区別化されていない。

代表的なウインドファームＷＰ１からＷＰ３によって、電力が電気供給ネットワーク６５０に供給され得る。これらのウインドファームＷＰ１からＷＰ３は、原則として独立して動作する。しかしながら、ここでは、それらが瞬時リザーブを提示して提供でき、これがネットワーク制御装置６５１によって調整されることを提案する。この目的のために、ネットワーク制御装置６５１は、ウインドファームＷＰ１からＷＰ３の各々についてリザーブレベルを事前に規定して、それをそれぞれのウインドファームＷＰ１、ＷＰ２及びＷＰ３に伝達できる。この伝達の目的のために、データ伝達チャンネル６５３を介してデータをウインドファームＷＰ１〜ＷＰ３に伝達する伝達手段が設けられており、これらのデータは、各々、インタフェースを介してウインドファームＷＰ１〜ＷＰ３に入力される。この目的のために、各々のウインドファームＷＰ１からＷＰ３は、ネットワーク制御装置６５１によって事前に規定されたリザーブレベルを、ウインドファームの複数の風力発電設備の間で、分配するために、セントラルファームコントロールユニット（central farm control unit）を備えることができる。

ウインドファームＷＰ１〜ＷＰ３とネットワーク制御装置６５１との間の通信は、両方向の矢印を有する、データ伝達チャネルのそれぞれの説明図によって明らかにされているように、双方向でも行なわれ得る。この伝達は、有線でも、無線でも、あるいは、両者の組み合わせでも実施できる。

その結果として、ネットワーク制御装置６５１は、それぞれのウインドファームのデータを考慮することもできる。それぞれのウインドファームＷＰ１、ＷＰ２及びＷＰ３の状態を考慮する効果を実現できる。この双方向の情報の伝達によって、ウインドファームが測定センサとして機能し、電気供給ネットワーク６５０の測定値、特に電圧と周波数とを記録し、これらの測定データを、別の用途用に、ネットワーク制御装置に伝達することも可能になる。

尚、瞬時リザーブの実際の給電に関する情報がネットワーク制御装置６５１に伝達されることが望ましい。また、ネットワーク制御装置６５１が、提示される瞬時リザーブを承知して、次に、それを別のコントロールセンターに転送できる、及び／又は、それを評価して、それぞれのリザーブレベルを決定できることが望ましい。

Claims (21)

1. 少なくとも１つの風力発電設備及び／又は複数の風力発電設備を備えた少なくとも１つのウインドファームが、前記少なくとも１つの風力発電設備及び／又は前記少なくとも１つのウインドファームにそれぞれ対応する個別のネットワーク接続ポイントにおいて電気供給ネットワークに電力を供給する方法であって、
   各風力発電設備及び／又は各ウインドファームが、風から電力を生成するステップと、
   前記各風力発電設備及び／又は前記各ウインドファームが、対応するネットワーク接続ポイントを介して、前記生成した電力の全部又は一部を前記電気供給ネットワークに供給するステップと、
   前記電気供給ネットワークをサポートする場合に、前記各風力発電設備及び／若しくは前記各ウインドファーム、又は当該各風力発電設備及び／若しくは当該各ウインドファームに連結された制御装置が、補償のために前記電気供給ネットワークに対する電力の追加的供給及び／又は供給電力の低減を実施するレベルを示す瞬時リザーブを提示するステップと、
   前記電気供給ネットワークをサポートする場合に、前記各風力発電設備及び／又は前記各ウインドファームが、前記電気供給ネットワークの特性及び／又は外部から伝えられる要件に依存して、最高で前記瞬時リザーブのレベルまで電力を追加的に供給し及び／又は供給電力を低減するステップと、
   を備え、
   前記瞬時リザーブのレベルは、リザーブレベルとして設定可能であり、
   前記リザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブが、
   対応する風力発電設備を動作させる回転速度の範囲を規定する回転速度範囲を設定する措置であって、前記回転速度範囲及び前記回転速度は、前記回転速度を前記回転速度範囲の低い値まで低下させることによって前記リザーブレベルのレベルにある前記瞬時リザーブが回転エネルギから提供されるように、選択される、措置と、
   第１の回転速度と、前記第１の回転速度よりも差分回転速度だけ大きい第２の回転速度とを設定し、対応する風力発電設備を前記第２の回転速度で動作させる措置であって、前記差分回転速度は、前記第２の回転速度を前記第１の回転速度に低下させることによって回転エネルギが前記リザーブレベルのレベルにある前記瞬時リザーブとして放出されるように、選択される、措置と、
   からなるリストから得られる少なくとも１つの措置によって提供される、前記方法。
2. 前記リザーブレベルが、対応する前記ネットワーク接続ポイントの特性に依存して設定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記リザーブレベルが、
   対応する前記ネットワーク接続ポイントにおける短絡電力と、
   対応する前記ネットワーク接続ポイントにおけるネットワークインピーダンスと、
   対応する前記ネットワーク接続ポイントにおける短絡電流比と、
   前記電気供給ネットワークにおけるサブネットワークの形成と、
   を含むリストから選択された少なくとも１つの基準に依存して、設定される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 電力の追加的な供給又は供給電力の低減を規定する設定関数が、前記電気供給ネットワークの状態に依存し、且つ、前記リザーブレベルに依存する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記リザーブレベルが、前記設定関数の因数として使用される、請求項４に記載の方法。
6. 前記リザーブレベルが、外部から変更可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記リザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブが、
   対応する風力発電設備の動作ポイントを変更する措置であって、前記動作ポイントは、当該対応する風力発電設備の回転速度を含む、措置と、
   貯蔵エネルギが前記リザーブレベルのレベルで貯蔵されて取り出し可能である電気エネルギ貯蔵設備を設ける措置と、
   を更に含む前記リストから得られる少なくとも１つの措置によって提供される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記電気供給ネットワークにおける周波数の発振を表すネットワーク発振が、前記電気供給ネットワークにおいて検出されて、前記リザーブレベルが、前記検出されたネットワーク発振に依存して設定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記リザーブレベルが、対応する前記ネットワーク接続ポイントがどの程度強く前記電気供給ネットワークに結合されているかの尺度である、対応する前記ネットワーク接続ポイントの結合の強さに依存して、設定される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記電気供給ネットワークをサポートする場合における電力の追加的な供給及び／又は供給電力の低減が、
    前記電気供給ネットワークのネットワーク電圧の変化と、
    前記電気供給ネットワークのネットワーク周波数の変化と、
    前記電気供給ネットワークにおける被生成電力と被消費電力との電力差と、
    外部から伝えられる要件と、
    からなるリストから得られる少なくとも１つの基準に依拠して、実施される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記電気供給ネットワークをサポートする場合において、電力の追加的な供給及び／又は供給電力の低減を実施するとともに、
    少なくとも１つのキャパシタ手段の貯蔵エネルギと、
    前記少なくとも１つの風力発電設備の回転エネルギと、
    少なくとも１つのバッテリ貯蔵設備の貯蔵エネルギと、
    を引き出し又は貯蔵し、
    その際、引き出すべき又は貯蔵すべきエネルギの量に依存して、
    先ず、貯蔵エネルギが、前記キャパシタ手段から引き出され若しくは前記キャパシタ手段に貯蔵され、
    次に、更なるエネルギが必要な場合に、前記少なくとも１つの風力発電設備から得られる回転エネルギが使用され、
    その次に、更なる別のエネルギが必要な場合に、前記バッテリ貯蔵設備から得られる貯蔵エネルギが使用される、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 複数のネットワーク接続ポイントにおいて、対応する複数の風力発電設備及び／又は複数のウインドファームによって、前記電気供給ネットワークに電力が供給され、前記リザーブレベルが、前記複数のネットワーク接続ポイントの各々について別々に設定可能である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記複数のネットワーク接続ポイント全てについて、全体的に提示される瞬時リザーブのレベルが事前に規定されており、前記複数のネットワーク接続ポイントの各々について、対応する個々のリザーブレベルが、当該個々のリザーブレベルの合計が前記全体的に提示される瞬時リザーブのレベルに一致するように、決定される、請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも１つの風力発電設備及び／又は複数の風力発電設備を備えた少なくとも１つのウインドファームが、前記少なくとも１つの風力発電設備及び／又は前記少なくとも１つのウインドファームにそれぞれ対応する個別のネットワーク接続ポイントにおいて電気供給ネットワークに電力を供給するシステムにおける前記少なくとも１つの風力発電設備であって、
    風から電力を生成するための空力ローター及び発電機と、
    前記生成された電力の全部又は一部を、対応するネットワーク接続ポイントを介して前記電気供給ネットワークに供給する給電ユニットと、
    前記電気供給ネットワークをサポートする場合に、補償のために前記電気供給ネットワークに対する電力の追加的供給及び／又は供給電力の低減を実施するレベルを示す瞬時リザーブを提示する制御ユニットと、
    前記電気供給ネットワークをサポートする場合に、前記電気供給ネットワークの特性及び／又は外部から伝えられる要件に依存して、最高で前記瞬時リザーブのレベルまで電力を追加的に供給し及び／又は供給電力を低減するように前記風力発電設備を制御する制御手段と、
    前記瞬時リザーブのレベルをリザーブレベルとして設定する設定手段と、
    を備え、
    前記リザーブレベルのレベルにある瞬時リザーブが、
    対応する風力発電設備を動作させる回転速度の範囲を規定する回転速度範囲を設定する措置であって、前記回転速度範囲及び前記回転速度は、前記回転速度を前記回転速度範囲の低い値まで低下させることによって前記リザーブレベルのレベルにある前記瞬時リザーブが回転エネルギから提供されるように、選択される、措置と、
    第１の回転速度と、前記第１の回転速度よりも差分回転速度だけ大きい第２の回転速度とを設定し、対応する風力発電設備を前記第２の回転速度で動作させる措置であって、前記差分回転速度は、前記第２の回転速度を前記第１の回転速度に低下させることによって回転エネルギが前記リザーブレベルのレベルにある前記瞬時リザーブとして放出されるように、選択される、措置と、
    からなるリストから得られる少なくとも１つの措置によって提供される、風力発電設備。
15. 請求項２〜１１のいずれか一項に記載された方法を実施するように構成されている、請求項１４に記載の風力発電設備。
16. 前記瞬時リザーブ又はその一部を提供するための、少なくとも１つのバッテリ貯蔵設備を含む少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵設備、及び／又は、キャパシタバンクを含むキャパシタ手段を更に備えている、請求項１４又は１５に記載の風力発電設備。
17. 少なくとも１つの風力発電設備及び／又は複数の風力発電設備を備えた少なくとも１つのウインドファームが、前記少なくとも１つの風力発電設備及び／又は前記少なくとも１つのウインドファームにそれぞれ対応する個別のネットワーク接続ポイントにおいて電気供給ネットワークに電力を供給するシステムにおける前記少なくとも１つのウインドファームであって、
    対応する前記複数の風力発電設備の一部又は全部が、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載されたように構成されており、
    各ウインドファームが、請求項２〜１１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ている、前記ウインドファーム。
18. 複数の給電装置が、前記複数の給電装置にそれぞれ対応する個別のネットワーク接続ポイントにおいて電気供給ネットワークに電力を供給するシステムにおける前記複数の給電装置を制御するネットワーク制御装置であって、
    前記複数の給電装置が、各々、
    風から電力を生成する少なくとも１つの風力発電設備と、
    前記生成された電力の全部又は一部を、対応するネットワーク接続ポイントを介して前記電気供給ネットワークに供給する給電ユニットと、
    前記電気供給ネットワークをサポートする場合に、補償のために前記電気供給ネットワークに対する電力の追加的供給及び／又は供給電力の低減を実施するレベルを示す瞬時リザーブを提示する制御ユニットと、
    前記瞬時リザーブのレベルをリザーブレベルとして設定する設定手段と、
    を備えている、ネットワーク制御装置であって、
    前記ネットワーク制御装置と前記複数の給電装置との間でデータを交換するデータ伝達手段と、
    前記複数の給電装置において、提示される瞬時リザーブのレベルがそれぞれ設定されるように、前記複数の給電装置に対して、それぞれ、相異なるリザーブレベルを事前に規定する事前規定手段と、
    を備えている、前記ネットワーク制御装置。
19. 前記複数の給電装置は、各々、請求項１７に記載のウインドファーム又は請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の風力発電設備で構成されている、請求項１８に記載のネットワーク制御装置。
20. 前記電気供給ネットワークのネットワーク状態を記録する測定記録装置と、
    前記記録されたネットワーク状態に依存して、前記複数の給電装置に対する前記各リザーブレベルを決定する評価装置と、
    を更に備えている、請求項１８又は１９に記載のネットワーク制御装置。
21. 請求項１２又は１３に記載の方法を実施するように構成されている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のネットワーク制御装置。
    

Images