JP6914358B2 - 分離システムの形成検出方法 - Google Patents
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Description
そのような風力発電所および対応する供給ネットワークには、異なる保護装置が設けられている。電力供給ネットワーク、特に、例えば、欧州の相互接続されたグリッド等では、電力供給ネットワークの部品またはセクションを電気的に分離するために、分離スイッチが提供される。ここで、風力発電所の分離も考慮される。この場合、このような分離は非常に異なる場所で実行される。風力発電所に関しては、ネットワーク接続ポイントの領域で分離が実行され、説明した長い支線が存在する場合は、例えば、この支線の終端または始端において実行される。複数の風力発電所またはその他の分散型フィーダ、例えば、太陽光発電設備が影響を受ける分離が実行される状況も考慮される。したがって、例えば、分離が実行され、その後、セクションが残りの電力供給ネットワークから分離され、この分離されたセクションには、まだ互いに接続されている発電ユニットが含まれていると考えられる。このセクションは、例えば、互いに電気的に接続された複数の風力発電所および太陽光発電設備を備えていてもよい。ただし、個々の風力発電所のみが電力供給ネットワークの一部から分離されていることも考えられる。
この場合、分離ネットワークを形成するには様々な方法がある。分離ネットワークを形成する一つの方法は、分離された分離ネットワークが、任意の直結同期発電機を持っていない、すなわち、任意の従来の大規模な発電所を持っていない発電ユニットだけを含むようにすることである。このような分離ネットワークまたは関連する分離ネットワークの形成は、ここでは、A型の分離ネットワークと呼ばれる。分離ネットワークまたはこの分離ネットワークを形成するこの方法は、この分離された部分において、付加的な大きな負荷が存在しない、または動作しないという事実によっても区別される。任意の風力発電設備は、当然、例えば、プロセスコンピュータを動作させるために負荷を含む。しかし、A型の分離ネットワークを形成するための分離ネットワークのこの説明では、発電ユニットの一部ではない分離部分に負荷はない。上述の例はまた、A型の分離ネットワークのような形成に関連する。
A型の独立したネットワークのこのような形成が発生した場合には、これは、この電力を供給ネットワークの残りの部分に供給することができなくなり、電力を除去するための負荷もないため、この分離ネットワークの風力発電設備やその他の発電機が電力を削減すること、特に、電力をゼロに削減することは有用である。しかし、ここでの問題は、このような分離を簡単に特定できないことである。特に、ネットワーク回路ブレーカまたは別の回路ブレーカによる分離は、事前の通知や警告信号やその他の表示なしで定期的に実行される。また、ここでは、特に風力発電所、または風力発電設備でさえ、対応する絶縁スイッチを制御も監視もしないというケースが定期的にある。中央の風力発電所のコントローラがそのような分離スイッチを監視する場合でも、そのような知識を発電所の風力発電設備に迅速に転送するという問題もある。
本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした:独国特許出願公開第195 03 180号明細書、独国特許出願公開第10 2008 017 715号明細書、独国特許出願公開第10 2014 104 287号明細書、欧州特許第0 444 666号明細書の独語翻訳(DE691 15 081 T2)、米国特許出願公開第2013/0076134号明細書、米国特許第5,493,485号明細書、国際公開第2017/009608号。
本発明は、請求項1に係る方法を提案する。これによれば、電力供給ネットワークに給電する少なくとも1つの発電ユニットが制御される。特に、このような発電ユニットは、風力発電設備である。この場合、この発電ユニットは、1つ以上のコンバータまたはインバータを用いて電力供給ネットワークへ給電する。この場合、コンバータは、別の周波数の交流またはAC電圧を生成するために、ある周波数の交流またはAC電圧を使用する装置である。インバータは、直流またはDC電圧を使用して、目的の周波数で交流またはAC電圧を生成する。インバータは、コンバータの一部であってもよい。決定的な要因は、事前定義可能な周波数で交流またはAC電圧が生成されることである。この点に関して、コンバータに関する以下の説明はすべて、インバータにも同様に適用され、その逆も同様である。
したがって、この方法は、ネットワーク分離または分離ネットワークの形成を検出する目的で提供される。特に、分離ネットワークの形成は、ネットワーク分離の結果である。これは、ネットワーク分離の結果として分離ネットワークが形成されるためである。提案された方法は、少なくとも以下のステップを含む。
そして、制御装置の少なくとも1つの電流制御偏差が検出されることも提案される。したがって、前記電流制御は、電流制御偏差、すなわち、特に、所望の電流値と検出された実際の電流値との間の偏差が存在するという事実を含む。したがって、この電流制御偏差は電流制御の一部であるが、ネットワークの分離または分離ネットワークの形成を検出するために、ここでさらに検出または処理され、評価される。
しかし、電流制御偏差は、給電コントローラ、したがって発電ユニット、特に、風力発電設備の動作ポイントまたは動作範囲に関する情報をさらに提供できることが確認されている。この場合、発電ユニットの基本的な振る舞い、さらに給電コントローラ、特に、電流制御の基本的な振る舞いは既知である。電流制御偏差が通常存在する範囲、つまり、ネットワーク分離または分離ネットワークの形成がない場合に存在する範囲は、特に知られている。したがって、この既知の範囲は、基準範囲として事前定義または事前に決定することができる。
そして、所定の基準範囲からの逸脱が検出された場合、電気供給ネットワークから分離された分離ネットワークが生成されるネットワーク分離が識別される。この場合、対応する発電ユニットが、識別されたネットワーク分離または分離ネットワークの形成によって生成されたこの分離ネットワークにも接続されている場合にのみ、分離ネットワークまたはネットワーク分離の形成が自然に識別される。
本発明はまた、電力供給ネットワークに電力を供給する発電ユニットを制御する方法を提案し、前記発電ユニットは、1つまたは複数のコンバータまたはインバータによって前記電力供給ネットワークに給電し、
−前記方法は、ネットワーク分離を識別するために準備され、その場合、前記電力供給ネットワークから分離され、前記発電ユニットが接続される分離ネットワークが生成され、
−前記方法は、1次の分離ネットワーク障害と2次の分離ネットワーク障害の存在を区別し、
−最初に、1次の分離ネットワーク障害を特定するために確認が実行され、
−1次の分離ネットワーク障害が特定された後、2次の分離ネットワーク障害の存在が確認される。
現在、1次の分離ネットワーク障害が特定されている場合、さらなるステップとして、2次の分離ネットワーク障害の存在を確認することが提案されている。この点で、2段階での確認、すなわち、全ての1次の分離ネットワーク障害の最初が提案されている。そのような障害が存在しない場合には、2次の分離ネットワーク障害を確認する必要はない。
さらに、一実施形態によれば、1次の分離ネットワーク障害が特定された場合、電流制御偏差が検出された電流値をゼロに設定することが提案される。したがって、この1次の分離ネットワーク障害は、ここで具体的に、特に即座に、つまり可能な限り迅速に対応される。この反応は、少なくとも、関連する発電ユニットの電流出力がゼロに制御されることを意図したものでもある。したがって、発電ユニットは、電気的に接続されたままになる、例えば、風力発電所ネットワークに電気的に接続されたままになるが、所望の電流値として値ゼロを受信する。したがって、関連する電流、つまり、特に、発電ユニットの出力電流が値ゼロに制御されるように準備されている。
しかしながら、ここでプロファイルを参照関数としてベースとして使用することもできる。例えば、非常に短時間で非常に高い電流制御偏差が発生する状況が発生する場合がある。例えば、1つのサンプリングステップのみで、その後、かなり低い値に再び低下する場合がある。そのような挙動は、ネットワーク分離または分離ネットワークの形成を示さない挙動であってもよく、この点で、電流制御偏差の所定の基準範囲からの偏差を構成しない挙動を表す。言い換えれば、この電流プロファイルは、例として説明されており、短い高電流値を持っていることが、基準範囲内にある場合がある。
したがって、基準範囲からの偏差を確認するために、検出された電流制御偏差と、例えば、時間的に正規化されたプロファイルとが、確認関数を形成することも考えられる。次に、この確認関数を複数の参照関数と比較することができる。この確認関数が参照関数を超える場合、この場合、アンダーシュートも考慮に応じて考慮されるが、これは受信した確認関数が検査された参照関数と一致しないことを意味する。しかし、この確認関数が該当する別の関数が見つかった場合、基準関数、したがって、結果として電流制御偏差は、所定の基準範囲内にある。
短時間に供給される瞬間的な予備電力、例えば、現在の一般的な風のために電力供給ネットワークに短時間で供給される電力、または公称電力よりも多くの電力が短時間供給されるより多くの電力によって、風力発電設備がサポートモードに変更される場合には、例えば、より大きな電流制御偏差も予想される。これは、特に、瞬時の予備電力を提供することにより、このようなネットワークサポートの高い動的応答が原因である。したがって、参照範囲または参照変数または参照関数を適応させることができる。言い換えれば、風力発電設備の動作モードに応じて、異なる制御電流偏差は、ネットワーク分離または分離ネットワークの形成があるという評価につながってもよい。
電流制御偏差としては、目標値と実際の値との差、または供給される電流の目標電流成分と実際の電流成分とを用いることが好ましい。したがって、特にここでは、供給される電流とその制御偏差とが考慮される。通常、3相電流が生成され、各相で目標値と実際の値との比較も実行されるため、各相で電流制御偏差が考慮される。これに関して、位相は、供給される電流の電流成分であってもよい。この場合、例えば、1つの位相の電流制御偏差のみが考慮されてもよいし、または各相の電流制御偏差が考慮されてもよい。電流制御偏差を組み合わせることも考慮される。変換された変数に望ましい値と実際の値の比較を使用する方法も考慮される。特に、正相シーケンスシステムと負相シーケンスシステムへの変換が考慮される。この場合、正相シーケンスシステムの成分の目標値/実際値の比較が提案される。dおよびq成分への変換も考慮され、この目的のために、両方の成分、つまり、それぞれ個別に目標値と実際の値との比較を実行することが提案されている。さらに、これらの変換された変数は、変数の確認または関数の確認を意味すると理解することもできる。
−電流制御偏差、確認変数、または確認関数が、絶対値で定義済みの制限値を超えている場合、
−前記電流制御偏差、確認変数、または確認関数が事前定義された通常の帯域を離れる場合、または、
−前記電流制御偏差、確認変数、または確認関数は、時間勾配で変化し、その絶対値が、事前定義された限界勾配を超える場合、
に存在する、ことを提案している。
絶対値を使用する代わりに、帯域を事前に定義することもでき、この帯域が上方向または下方向、または関数の場合は上方向および下方向に残された場合に、偏差が存在する。その結果、異なる値で上限と下限とを事前に定義することもできる。
一実施形態は、電流制御偏差、確認変数または確認関数の絶対値が許容帯域幅、特に、平均許容帯域幅に関連することを提案する。このため、特に、偏差の絶対値または偏差和の許容帯域幅に対する比が偏差限界値を超える場合には、ネットワーク分離が識別されることが提案される。
制御装置の少なくとも1つの電流制御偏差を検出するための検出手段も備えられている。したがって、電流制御偏差は、給電コントローラの電流制御だけでなく、さらなる確認にも使用される。この点で、検出手段は、給電コントローラからの信号として電流制御偏差を受信することにより形成されてもよい。特に、検出手段はソフトウェアソリューションとして提供することもできる。給電コントローラの電流制御偏差のさらなる評価も考慮される。この場合、検出手段は、ソフトウェアの対応する評価ブロックになる。
この場合、設置コントローラは、所定の基準範囲からの逸脱が検出された場合にネットワークの分離を識別するように準備されている。この場合、ネットワーク分離とは、電力供給ネットワークから分離された分離ネットワーク、つまり発電ユニットが接続されているネットワークが生成されることである。
本発明はまた、複数の風力発電設備を有する風力発電所を提案する。風力発電設備の少なくとも1つ、好ましくはこれらの風力発電設備の全ては、上述した実施形態に係る発電ユニットまたは風力発電設備である。このような風力発電所の特定の利点は、独立したネットワークを形成できること、またはネットワーク分離の場合にそのような独立したネットワークの重要な部分を形成できることである。しかし、このようなネットワークの分離の検出と提案されている対策の実施によって、風力発電設備の保護、または風力発電所全体の保護が可能になる。したがって、風力発電所に、このような分離または分離ネットワークの形成を検出できる風力発電設備を装備することは有利である。
図2は、一例として、同一または異なる3つの風力発電設備100を有する風力発電所112を示している。したがって、3つの風力発電設備100は、基本的に、風力発電所112における任意の所望の数の風力発電設備の代表である。風力発電設備100は、電力、特に、発電電流を、風力発電所ネットワーク114を介して提供する。この場合、次に一般にPCCとも呼ばれる給電ポイント118で供給ネットワーク120にそれを供給するために、個々の風力発電設備100からそれぞれ生成された電流または電力が追加され、通常、変圧器116が提供され、風力発電所における電圧を上げる。図2は、例えばコントローラが自然に存在する場合であっても、コントローラを示さない風力発電所112の単純化された図にすぎない。風力発電所ネットワーク114はまた、例えば、変圧器により、例えば、各風力発電設備100の出力に存在することにより、他の1つの例示的な実施形態だけを挙げると、異なるように構成することができる。
インバータ302は、発電ユニット300の発電機部分308から電力またはエネルギーを受け取るDC電圧中間回路306を有する。発電機部分308は、ここでは概略的にのみ示されており、例えば、下流整流器を備えた風力発電設備の発電機を表すことができる。したがって、DC電圧中間回路306は、発電機部分308からその電力またはエネルギーを受け取り、これに基づいて、インバータ302は、インバータ出力310で3相出力電流を生成することができる。この出力電流は、ネットワークインダクタまたは3相ネットワークインダクタ312を介して出力され、電流測定手段314を使用して、3相ネットワークインダクタ312の領域で出力電流i(t)として検出することもできる。この点で、この出力電流i(t)は、3相電流全体を表すか、各相の相電流の測定値を表す。
乗算器配置320は、電流比較器316の上流に配置され、この乗算器配置は、分離ネットワークの形成の場合を考慮する目的で提供され、その後、関連するだけになる。分離ネットワークの形成が検出されない限り、特に、分離ネットワーク障害も存在しない限り、乗算器はそれぞれ障害信号EFとして値1を受信し、その結果、変換ブロック318が出力する所望の電流値は、変更されることなく、それぞれの比較器316に到達する。
したがって、結果として、各相でゼロの望ましい電流値が事前定義されるか、ゼロの望ましい電流値が3回事前定義される。値ゼロを有する電流も実際に実質的に検出される場合、電流測定手段314を使用して検出される。発電ユニット300は、依然として接続されたままであることができ、すなわち、特に、ネットワーク変圧器328およびネットワーク接続ポイント332を介して、ネットワーク330に接続されていてもよい。
同様に、提案された解決策を用いて簡単な方法でそのようなネットワーク形成に即座に反応し、提案された方法で所望の電流値を値ゼロに設定することにより、分離ネットワークの形成も考慮され、それ以上の電流は供給されず、それでも発電ユニットは、可能な限り迅速に再びネットワークサポートに関与できるようになるスタンバイ状態に変更される。
給電を制御するために、複数の制御ブロック434の配列も同様に提供される。これらの制御ブロックは、少なくとも部分的に給電コントローラを形成する。ただし、図3の実施形態とは異なり、ここでは電圧制御またはベクトル制御が提供される。特に、三角変調がここで提案される。この目的のために、3相出力電流i(t)は、電流測定手段414を使用して検出され、電流変換ブロック450でq成分iqおよびd成分idに変換される。この目的に必要な変換角γは、電圧測定手段426からの検出電圧v(t)を入力変数として使用するPLLコントローラ424によっても決定される。
2つの差動電流成分ΔidおよびΔiqは、電流比較器416による比較の結果として現れる。したがって、これらの2つの差動電流成分ΔidおよびΔiqは、制御電流偏差を形成し、後者は、データ供給部438を介して確認ブロック436に供給される。
そのような1次の分離ネットワーク障害が現在特定されている場合には、確認ブロック436は検査を継続し、2次の分離ネットワーク障害も発生するかどうかを検査する。また、これは、検出された電流制御偏差に基づいて実行され、この電流制御偏差は、データ供給部438によって確認ブロック436にも供給される。この場合、2次の分離ネットワーク障害が識別されると、分離スイッチ444が作動、すなわち開かれ、したがって、インバータ402は、発電所ネットワーク446から隔離される。この特別な障害EEFは、評価および制御ブロック440にも供給される。
障害が現在除去されている場合、特に、分離ネットワークの形成が終了している場合、またはすぐに終了できる場合には、評価および制御ブロック440を使用して、リセット信号を確認ブロック436に渡すこともできる。結果として、その後、必要に応じて分離スイッチ444を再び閉じることができ、障害信号EFも値1を再びとることができ、その結果、所望の電流は値ゼロを再び残すことができる。1次の分離ネットワーク障害のみが特定され、分離スイッチ444が開かれていない状況も考慮される。しかしながら、評価および制御ブロック440はまた、少なくとも障害信号EFを、特に障害がないことを示す値、特に値1に再び設定するために、リセット信号を確認ブロック436に渡すことができる。
Claims (24)
- 電力供給ネットワーク(330)に電力を供給する発電ユニット(300)を制御する方法であって、前記発電ユニット(300)は、1つまたは複数のコンバータまたはインバータ(302)によって前記電力供給ネットワーク(330)に給電し、
前記方法は、ネットワーク分離または分離ネットワークの形成を検出する目的で提供され、
少なくとも1つの電流制御で動作する給電コントローラ(334)によって給電を制御するステップ、
少なくとも1つの電流制御偏差を検出するステップ、
所定の基準範囲からの偏差のために検出された電流制御偏差を確認するステップ、および、
所定の基準範囲からの偏差が検出されると、前記電力供給ネットワークから切断され、前記発電ユニット(300)が接続される分離ネットワークが形成される場合に、ネットワーク分離を検出するステップ、
を含む、
方法。 - 前記分離ネットワークは、1つ以上の別の発電ユニット(100)のみが接続されているネットワークを示している、
請求項1に記載の方法。 - 電力供給ネットワーク(330)に電力を供給する発電ユニット(300)を制御する方法であって、前記発電ユニット(300)は、1つまたは複数のコンバータまたはインバータ(302)によって前記電力供給ネットワーク(330)に給電し、
前記方法は、ネットワーク分離を識別するために準備され、その場合、前記電力供給ネットワーク(330)から分離され、前記発電ユニット(300)が接続される分離ネットワークが生成され、
前記方法は、1次の分離ネットワーク障害と2次の分離ネットワーク障害の存在を区別し、
最初に、1次の分離ネットワーク障害を特定するために確認が実行され、
1次の分離ネットワーク障害が特定された後、2次の分離ネットワーク障害の存在が確認される、
方法。 - 1次の分離ネットワーク障害が、請求項1または2に記載された方法で特定され、
前記1次の分離ネットワーク障害が特定された場合、電流制御偏差が検出された目的の電流値がゼロに設定され、
2次の分離ネットワーク障害が特定された場合、回路ブレーカ(344)が開かれ、前記電流制御偏差の基になっている電流を遮断する、
請求項3に記載の方法。 - 所定の基準範囲からの偏差のために検出された前記電流制御偏差を確認するために、
電流制御偏差から確認変数または確認関数が決定され、
少なくとも1つの参照変数または参照関数と比較される、
請求項1または4に記載の方法。 - 所定の基準範囲は、前記発電ユニット(300)の動作モードまたは動作状態に基づいて、事前定義または変更される。
請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。 - 所望の電流と実際の電流との差、または供給される電流の所望の電流成分と実際の電流成分との差が、前記電流制御偏差として使用される。
請求項1または4に記載の方法。 - 偏差は、
電流制御偏差、確認変数、または確認関数が、絶対値で定義済みの制限値を超えている場合、
前記電流制御偏差、確認変数、または確認関数が事前定義された通常の帯域を離れる場合、または、
前記電流制御偏差、確認変数、または確認関数は、時間勾配で変化し、その絶対値が、事前定義された限界勾配を超える場合、
に存在する、
請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。 - 前記電力供給ネットワーク(330)は、3相電流で構成される3相供給電流によって供給され、各相電流に対して、所望の電流値が事前に定義されており、
前記電流制御偏差は、各相電流の目標値からの偏差を考慮に入れ、
この方法で検出された前記電流制御偏差が偏差限界値を超える場合、ネットワーク分離または分離ネットワークの形成が識別される、
請求項1、4、8のいずれか1項に記載の方法。 - 前記電流制御偏差、確認変数、または確認関数の絶対値は、許容帯域幅に関連している、
請求項1、4、8、9のいずれか1項に記載の方法。 - 3層供給電流は、前記電力供給ネットワークへ供給され、
給電を制御するために、前記3層供給電流は、d−q変換によってd成分とq成分とに分解され、
前記d成分および/または前記q成分の目標値と実際の値との差は、前記電流制御偏差として使用される、
請求項1、4、8のいずれか1項に記載の方法。 - ネットワーク分離の識別または所定の基準範囲からの逸脱を検出することによる分離ネットワークの形成は、1次の分離ネットワーク障害の識別と解釈され、
前記発電ユニットは、この1次の分離ネットワーク障害が特定された後、さらに動作する、
請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。 - 1次の分離ネットワーク障害が特定された後、
前記発電ユニットは、値ゼロの所望の電流値を用いてさらに動作し、
2次の分離ネットワーク障害の存在が確認され、
給電コントローラに値ゼロの所望の電流値が存在していても、電流制御偏差がまだ特定されている場合には、2次の分離ネットワーク障害の存在が想定される、
請求項12に記載の方法。 - 1次の分離ネットワーク障害が特定された後、前記発電ユニットは、前記電力供給ネットワークまたは分離ネットワークに接続されたまま、および、
2次の分離ネットワーク障害が特定された後、前記発電ユニットは、前記電力供給ネットワークまたは前記分離ネットワークから分離される、
請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。 - 発電ユニット(300)であって、
電力供給ネットワーク(330)に電力を供給する1つ以上のコンバータまたはインバータ(302)と、
ネットワーク分離または分離ネットワークの形成を検出するために設けられた設備コントローラ(304)と、
少なくとも電流制御によって、給電を制御するために設けられた給電コントローラ(334)と、
少なくとも1つの電流制御偏差を検出する検出手段(338)と、
所定の基準範囲からの偏差のために検出された前記電流制御偏差を確認する確認手段(336)と、
を備え、
前記電力供給ネットワーク(330)から分離され、前記発電ユニット(300)が接続された分離ネットワークが形成された場合、所定の基準範囲からの偏差が検出されると、前記設備コントローラ(304)は、ネットワーク分離を識別するために設けられている、
発電ユニット(300)。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の方法を実行するために準備された、
請求項15に記載の発電ユニット(300)。 - 複数の風力発電設備(100)を有する風力発電所(112)であって、
少なくとも1つの前記風力発電設備(100)は、請求項15または16の発電ユニット(300)あるいは風力発電設備(100)の形態である。 - 直接結合同期発電機を持つ前記発電ユニットは、前記分離ネットワークに接続されていない、
請求項2に記載の方法。 - 前記発電ユニット(300)は、前記給電コントローラ(334)である、
請求項1に記載の方法。 - 前記電流制御偏差は、ベクトルメトリックに従って、各相電流の目標電流値からの偏差の絶対値、その合計から形成されている、
請求項1,4,8のいずれか1項に記載の方法。 - 前記電流制御偏差、確認変数、または確認関数の絶対値は、平均許容帯域幅に関連している、
請求項1,4,8のいずれか1項に記載の方法。 - 3層供給電流は、ベクトル制御を用いて電流成分を事前に定義することにより、前記電力供給ネットワークへ供給される、
請求項11に記載の方法。 - 前記発電ユニットは、前記電力供給ネットワークまたは前記分離ネットワークからDC絶縁される、
請求項14に記載の方法。 - 風力発電設備(100)である、
請求項15に記載の発電ユニット(300)。
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