JP6928126B2 - 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

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 (11)

1. ウインドパーク（１１２）の複数のユニット（１００）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、
   を含み、
   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）を生成し、
   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、
   前記方法。
2. 操作用制御変数又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. 所定の日付の前に、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又は２に記載の方法。
4. 前記ユニット（１００）に対して個別のデフォルト値が提供され、前記デフォルト値が、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１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 請求項１〜４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。
6. ウインドパーク（１１２）のユニット（１００）によって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、
   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）内で使用し、
   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、
   前記方法。
7. 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が含まれている、請求項６に記載の方法。
8. 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６又は７に記載の方法。
9. 前記ユニット（１００）が、同じグループ（１２２、１２４）の別のユニット（１００）と同じデフォルト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）とは異なるデフォルト操作用制御変数を有する、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項６〜９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。
11. 請求項５に記載のウインドパーク制御装置（１０、２１）と、請求項１０に記載の複数のユニット（１００）と、を備えたウインドパーク。

Images