JP7005659B2 - コンバータ制御される給電装置による電力供給ネットワークへの電力供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンバータ制御される給電装置、特に、風力発電所または少なくとも１つの風力タービンによる電力供給ネットワークへの電力供給方法に関する。本発明はまた、このような風力発電所および風力タービンに関する。

特に、風力タービンと風力発電所とは、コンバータ制御方式で電力を電力供給グリッドに供給する。この目的のために、それらは、簡単にするためにコンバータまたはインバータと呼ばれる周波数コンバータまたは周波数インバータを使用する。しかし、例えば、ＰＶ設備などの他の発電機も、原則として、コンバータ制御方式で給電を実行する。
コンバータ制御の給電装置を使用して給電を行うことは知られており、電力供給グリッドをサポートするためにますます使用される可能性がある。したがって、コンバータ制御の給電装置は、単に給電の実行だけに集中する必要はなく、特定のグリッド状態への対応など、その動作を適応させる。特に、供給された無効電力の電圧依存の変化と同様に、供給された有効電力の周波数依存の調整が考慮される。この場合の電圧は、電力供給グリッドのグリッド電圧、またはそれに等しいまたは比例する電圧に関係する。

この点で、コンバータ制御の給電装置は、電力供給グリッドの非常に高速な制御装置である。それらは、変化に非常に迅速に対応することができ、それによって規制または管理、したがって支援的な方法で行動することができる。
しかしながら、電力供給グリッド内のこのようなコンバータ制御の給電装置の割合が増加すると、多数の高速制御可能な給電装置のために、電力供給グリッドでも一定量の乱流が発生するという問題が生じる可能性がある。電力供給グリッドでも発生する。コンバータ制御の給電装置の割合が比較的高いということは、電力供給グリッドに直接結合された同期発電機を介して給電を行う大規模な発電所の割合が減少することも意味する。それにより、そのような大規模な発電所またはそれらの大規模な同期発電機の緩慢な効果が減衰する可能性がある。

さらに、このような直接結合された同期発電機は、原則として電圧印加方式で動作するが、コンバータ制御の給電装置は、通常、電流印加方式で動作する。したがって、これにより電圧サポートが減衰する可能性がある。ここでの追加の問題は、コンバータ制御される給電装置が、通常、分散方式でセットアップされることである。これにより、電圧サポートがより困難になる場合もある。

このような問題は、原則として、制御技術の観点からコンバータ制御の給電装置を適応させることで対処できる。または、より安定したグリッドトポロジを作成することができる。しかしながら、グリッドトポロジは、通常、再生可能発電ユニットのセットアップよりもゆっくりと開発される場合が多く、これらは通常、コンバータ制御の給電装置として設計されているか、給電を実行するためにコンバータ制御の給電装置を使用している。このため、コンバータ制御の給電装置を制御技術の観点からこのような減衰グリッドに適合させるか、そのような特性を考慮することがすでに提案されている。対応する提案は、例えば、２つの米国特許出願公開第２０１５／０２８０６２９号明細書および米国特許出願公開第２０１５／０１４８９７４号明細書に記載されている。

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１０ ２０１２ １０７ ６０２号明細書、独国特許第９１０ ９２６号明細書、米国特許出願公開第２０１５／０１４８９７４号明細書、米国特許出願公開第２０１５／０２８０６２９号明細書、欧州特許出願公開第２ １８２ ６２６号明細書。

独国特許出願公開第１０ ２０１２ １０７ ６０２号明細書 独国特許第９１０ ９２６号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１４８９７４号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０２８０６２９号明細書 欧州特許出願公開第２ １８２ ６２６号明細書

したがって、本発明は、上述の問題の少なくとも１つに対処する目的に基づいている。特に、電力供給グリッドの特性の変化を考慮できる解決策を提案することを目的としている。少なくとも、これまでに知られている解決策の代替解決策を提案することを目的としている。
本発明によれば、請求項１に記載の方法が提案される。したがって、この方法は、コンバータ制御の給電装置を介して電力を電力供給グリッドに供給する方法である。特に、給電装置が風力タービンまたは風力発電所であることが提案されている。この場合、コンバータ制御の給電装置は、コンバータまたはインバータを介して、つまり、特に、電力供給グリッドに直接接続された同期発電機を経由せずに、電力供給グリッドに給電することを意味すると理解される。

この場合の電力供給グリッドには、グリッド周波数とグリッド公称周波数のグリッド電圧がある。したがって、グリッドの公称周波数は、理想的に使用されるべきグリッド周波数であり、そのために電力供給グリッド、したがって、それに接続されるすべての消費者および給電業者が設計される。グリッドの公称周波数として、特に、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚが考慮される。

コンバータ制御の給電装置は、グリッド接続ポイントで電力供給グリッドに給電し、考慮中のグリッド電圧は、特に、このグリッド接続ポイントでグリッド側に存在する電圧であり、そこにも記録される。
電力を供給するための給電装置は、ＡＣ電流として供給グリッドに供給電流を供給する。このＡＣ電流には周波数と位相があり、給電電圧が供給される。そのような給電電圧は、特に、コンバータ制御の給電装置の出力、つまりインバータまたはコンバータの出力、または下流チョークの出力に存在する。給電電流は、給電電流の振幅と給電電圧に対する位相によって決定される。給電電流と給電電圧間の位相または位相角は、特に、有効電力と無効電力への分割に使用される。

給電電流の周波数、給電電流の位相、給電電力、給電電圧を設定できるようにするための基準として提案または採用されている。したがって、コンバータ制御の給電装置は、これらの変数に関して調整または制御することができる。
その場合の給電は、まず第一に、電力供給グリッドのグリッド部分におけるコンバータの割合を推定するステップを含む。このコンバータの割合は、コンバータで制御された給電装置とコンバータで制御されていない給電装置の割合を指定する。ただし、この場合の割合は、投入電力に関連している。具体的には、コンバータ制御の給電装置を介して、つまりコンバータまたはインバータを介して給電された給電電力を、全体の給電電力に対する割合として伝達する。つまり、コンバータ制御の給電装置を介して供給される電力と、特に直接結合された同期発電機を介して供給される残りの電力である。この場合、現在のコンバータ制御の給電装置の電力だけでなく、考慮中のグリッドセクション内のコンバータ制御の給電装置すべての電力も考慮される。例えば、検討中のグリッドセクションの全てのコンバータ制御の給電装置が４つのＧＷで給電し、同期発電機が直接結合されている大規模発電所がさらに４つのＧＷを同じグリッドセクションに給電する場合、コンバータの割合は０．５または５０％である。

次に、推定されたコンバータの割合に応じて電力の供給を制御することが提案されている。
したがって、これは、電力供給グリッド内のコンバータの割合が何であるかについて、状態分析がまったく実行されるという概念に当初基づいている。これから、検討中のグリッドセクションの基本的なグリッド動作の傾向を導き出すことができる。これには、そのような割合を１％以内の精度で推定する必要はなく、予想される全体的な動作を評価する必要がある。最初の重要な問題は、特に、直接結合された同期発電機がグリッドセクションで支配的であるかどうか、またはコンバータ制御の給電装置が支配的であるかどうかである。したがって、制御操作はそれに応じて適合させることができる。特に、直接結合された同期発電機が支配的である場合、原則として、これらはそれぞれの慣性によって適切な電圧サポートと周波数サポートも達成すると想定される。しかしながら、コンバータ制御の給電装置が支配的である場合、次に、コンバータ制御の給電装置、またはそれらの少なくとも一部がサポートタスクを引き継ぎ、例えば、直接結合された同期発電機の動作から導出された方法で制御されると便利な場合がある。

グリッドセクションのコンバータの割合とも呼ばれるグリッドセクションのコンバータの割合は、例えば、このグリッドセクションのグリッドトポロジに関する既知の情報が使用され、コンバータの割合が記録とともに推定されるように、例として、電力データまたは提供された電力データと一緒に推定される。グリッドセクションに結合されたコンバータ制御の給電装置の公称電力は既知である。これらのコンバータ制御の給電装置が単なる風力タービンまたは風力発電所である場合、次に、コンバータ制御された給電装置の全体の給電電力は、特に、１つ以上のそのようなコンバータ制御された給電装置の電力から空間的に制限された領域の場合に推測され得る。例えば、検討中のグリッドセクションに接続されている複数の風力発電所のうちの１つの風力発電所がこのように考慮され、この風力発電所が公称電力の約５０％を供給する場合、他の全ての風力はおおよそ推定される可能性がある。このグリッドセクションの発電所、つまり近隣の他のすべての風力発電所は、同様に公称電力の約５０％と、この値、つまりこれら全ての風力の全体の公称電力の５０％を供給する。このグリッドセクションに接続されている発電所は、このグリッドセクションのコンバータ制御の給電装置の給電電力と見なすことができる。直接結合された同期発電機を備えた大規模な発電所の供給電力に関する情報は、多くの場合、送電事業者から入手できる。さらに、当然ながら、風力発電にとっては、例えば、ＳＣＡＤＡシステムと呼ばれるものを介して、データ交換によって電力が知られていることも考慮される。

しかしながら、例えば、グリッド状態から対応する割合を推測するなど、他の可能性も考慮される。
好ましくは、振幅および／またはサイクル時間に関するグリッド周波数の周期的変化を記録し、記録された振幅および／または記録されたサイクル時間に応じてコンバータの割合を推定することが提案される。この点において、グリッド周波数のこのような周期的な変化は、電力供給グリッドのコンバータの割合に関する情報を提供する可能性があることが認識されている。この考慮により、さらに、いずれかの場合、例えば、欧州の統合グリッドなど、電力供給グリッドが非常に大きい場合には、１つのグリッドセクションに制限が明確に加えられる。

この場合、コンバータの割合は、周期的変化の振幅が大きくなるほど大きくなると推定されることが好ましい。さらに、または代替として、サイクル時間を短くするほどコンバータの割合が大きくなると推定される。したがって、コンバータの割合は、周期的な変化の振幅に基づいて推定される。この場合、グリッド周波数は、グリッド内のコンバータの割合が大きくなるほど大きくなる振幅で振動することが認識されている。

同様に、グリッド内のコンバータの割合が大きいほど、サイクル時間が短くなることが認識されている。コンバータの割合が高い場合、グリッド周波数はより速く振動する。
これらの２つの基準も同時に考慮される。特に、変化のサイクル時間に対する変化の振幅の商を基礎とすることが提案されている。この商が大きければ大きいほど、コンバータの割合も大きくなるはずである。この商は、特に、大きな振幅が高いコンバータの割合を示し、変化の短いサイクル時間が同様に高いコンバータの割合を示すという利点がある。商のおかげで、この場合はコンバータの割合が高いため、したがって、両方の変数の重要性が互いにサポートするように、比較的高い振幅は比較的短いサイクル時間で除算される。

例えば、実際の評価の基礎として、経験値またはグリッドシミュレーションを使用することができる。
コンバータの割合の推定として、コンバータの高割合と低割合を区別することが提案されていることが好ましい。この場合、周期的な変化の振幅が予め定義された振幅制限よりも大きい場合、高いコンバータの割合が推定される。追加または代替として、サイクル時間が予め定義されたサイクル時間制限よりも短い場合に、高いコンバータの割合を推定することが提案されている。したがって、これらの制限を使用して、明確に定義可能な基準を確立できる。この場合、結果は推定値であることに注意すべきである。したがって、わずかな偏差が発生する場合がある。これは、それぞれ選択される制限、つまり振幅制限またはサイクル時間制限で考慮に入れることができる。このように、制限は、これも実際に非常に高い場合にのみ高いコンバータの割合が想定されるように設定でき、制御操作を適応させることが推奨される。

ここで両方の基準を組み合わせてもよく、変化のサイクル時間に対する変化の振幅の商を考慮するために商制限を予め定義してもよい。
一実施形態によれば、発生周波数または周波数の発生頻度密度または周波数勾配を記録し、記録された発生周波数または発生頻度密度に応じてコンバータの割合を推定することが提案されている。例として、公称周波数付近の関連する周波数範囲は、０．０５Ｈｚのセクションに分割される。０．０５Ｈｚセクションごとに、次に、対応する０．０５Ｈｚセクションで周波数が発生した期間を合計できる。０．０５Ｈｚセクションごとに、これにより、例えば、秒単位の絶対値が得られる。これは、例えば、テスト期間全体に対するパーセンテージ値として指定することができる。したがって、これらの値は、それぞれの０．０５Ｈｚセクションの対応するグラフにプロットされる。この場合、例えばガウスのベル曲線に似た曲線が生じることが予想される。この曲線は、発生頻度密度を示す。

これの代わりに、最終的にこの発生周波数に対応する発生頻度密度を記録することもできるが、特に、個別のセクションに分割することなく、つまり、例として挙げた０．０５Ｈｚのセクションに分割することなく記録することができる。周波数の発生頻度密度は、発生周波数を、それが確立された周波数セクションの幅で割ったものである。したがって、上記の例は、正確に各周波数セクションの幅、つまり各０．０５Ｈｚセクションの幅であるため、それぞれの発生周波数を０．０５Ｈｚで除算すると発生頻度密度に変換される。

これにより、同様の曲線の品質の点で結果が得られ、この場合も、ガウスのベル曲線に類似したベル曲線が期待される。この曲線のタイプ、つまり、特に、このベルのタイプは、グリッド内のコンバータの割合がどれだけ大きいかについての情報を提供する。特に、比較的狭いベルカーブは、広く平らなベルカーブよりもグリッド内のコンバータの割合が低いことを示す。いかなる場合でも、ただし、ベルカーブの中央は、ほぼ公称周波数になると予想される。欧州の統合グリッドは、周波数が平均で正確に５０Ｈｚになるように原則的に制御されるという点で、特に欧州の統合グリッドで満たされる。

周波数の代わりに、周波数勾配を考慮することができる。周波数勾配は、周波数の時間導関数であり、この目的のために発生周波数または発生頻度密度も記録できる。周波数勾配の発生周波数または発生周波数を考慮する場合、原則として、周波数の発生頻度密度または発生周波数を考慮する場合と同じ評価基準を適用することが可能である。この点において、周波数に関する説明は、特に明記しない限り、または明らかに他の文脈の基礎とならない限り、周波数勾配の考慮に同様に適用される。しかしながら、周波数勾配に基づく検討は、周波数に基づく検討よりも感度が高い場合がある。

この発生周波数または発生頻度密度を評価する実施形態は、発生周波数または発生頻度密度が頻度に応じて発生周波数関数を形成すると仮定する。これは基本的に、すでに述べた予想されるベルのような曲線に対応する。例示の目的のために引用された図において曲線、特に鐘のような曲線をもたらすこの発生周波数関数は、メイン周波数の領域で発生周波数の最大値を有する。メイン周波数は、特にグリッドの公称周波数であるが、それとは異なる場合もある。すでに引用した欧州統合グリッドの例では、これは５０Ｈｚである。米国のグリッドでは、別の例を挙げると６０Ｈｚになる。

発生周波数関数は、メイン周波数よりも低い、予め定義された開始周波数からメイン周波数の領域まで増加する。開始周波数は、５０Ｈｚのメイン周波数の場合、例えば、４８Ｈｚになる。
メイン周波数の領域から、周波数依存発生周波数関数は、メイン周波数よりも大きい、予め定義されたエンド周波数まで低下する。この所定のエンド周波数は、例えば、メイン周波数が５０Ｈｚの場合、５２Ｈｚの値であってもよい。したがって、発生周波数関数は、スタート周波数からメイン周波数まで増加し、そこからエンド周波数まで戻る。

この周波数依存発生周波数関数は、スタート周波数よりも大きく、メイン周波数よりも低い、より低い基準周波数で、より低い周波数の基準値を有する。したがって、この発生周波数の低い基準値は、予め定義されたスタート周波数とメイン周波数との間にある。周波数依存周波数関数は、さらに、メイン基準周波数よりも大きく、エンド周波数よりも低い上位基準周波数での上位周波数頻度値を有する。したがって、発生周波数参照値も、メイン周波数とエンド周波数との間に提供される。

したがって、この周波数依存の発生周波数関数は、スタート周波数から低い基準周波数を超えてメイン周波数まで増加し、その後、そこから低い基準周波数を超えてエンド周波数まで低下する。
次に、発生周波数の最大値に応じて、この周波数依存発生周波数関数のコンバータの割合が推定される。したがって、発生周波数の最大値は、グリッドまたはグリッドセクションのコンバータの割合が高いか低いかに関する情報を提供する。発生周波数の最大値が高い場合は、特に、コンバータの割合を低くする必要があり、逆も同様である。

追加または代替として、一変形形態では、それぞれの場合に発生基準値の予め定義された下限または上限周波数で設定される下限基準周波数と上限基準周波数との間の距離に応じてコンバータの割合を推定することを提案する。ここで、発生基準値の下限および上限は同じであってもよい。言い換えると、ここでは、発生周波数関数の幅が、２つの基準周波数間のこの距離を基準として採用されている。曲線の幅は大きさ、つまりそれぞれの発生周波数値で変化するため、この大きさは、同じ場合の発生基準値の上限および下限周波数によって定義される。それにより、この幅は、再現可能な基準を形成し得る。

コンバータの割合は、これら２つの値の間の距離、つまり基準周波数の上限と下限の間の距離に応じて推定される。この場合、コンバータの割合は、これらの２つの基準周波数間の距離が広くなるほど大きくなるか、大きくなると推定される。
２つの発生周波数の値が同じでない場合には、２つの周波数値の間の距離がまだ基準として機能する場合があり、その場合、曲線の幅を明確に記述する必要はない。

別の方法として、コンバータの割合を、予め定義された下限または上限基準周波数に対してそれぞれ設定する下限および／または上限頻度基準値に応じて推定することが提案されている。ここでは、２つの基準周波数のいずれかを予め定義することにより、逆のアプローチに基づいて選択が行われ、発生周波数基準値と呼ばれる関連周波数の値が再現可能な基準を形成する。

この場合、したがって、発生基準値の一方または両方の周波数の大きさは、グリッド内のコンバータの割合を推定するための基準としての基礎となる場合があってもよい。両方の値は、例えば、平均を形成することによって、同時に検討することもできる。
コンテンツに関しては、発生周波数の最大値が低くなるほど、コンバータの割合の評価または推定が大きくなることが提案されている。追加または代替として、コンバータの割合は、基準周波数の上限と下限の間の距離が大きくなるほど大きくなると推定されるか、代替として、発生基準値の上限または下限の周波数が大きくなるとコンバータの割合が大きくなると推定されることが提案される。

結果として、対応する評価がコンピュータに実装された方法で実行されるように、固定比較値を定義することもできる。発生周波数または発生周波数スペクトルのみを記録する必要があり、それにより、周波数に依存する発生周波数関数が得られる。次に、この発生周波数関数について、前記基準またはその少なくとも１つのみを評価する必要がある。
一実施形態によれば、コンバータの割合の推定値として、コンバータの高割合と低割合を区別することが提案されている。この目的のために、発生周波数の最大値が予め定義された発生周波数の最大値を下回ると、高いコンバータの割合が推定される。周波数依存の発生周波数関数を評価することにより、これにより、予め定義された発生周波数限界値と比較することにより、少なくともコンバータの高割合と低割合との間でこの分割を実行することが容易に可能になる。

追加または代替として、低い基準周波数と高い基準周波数との間の距離が予め定義された基準距離よりも大きい場合、高いコンバータの割合が推定される。この場合も、前記機能は、予め定義された基準セクション間の比較を実行するだけで、コンピュータに実装できる方法を含めて簡単に評価される。
または、対応する代替実施形態では、発生周波数の基準値の上限および／または下限が所定の基本限界値を上回る場合に推定される高いコンバータの割合が提供される。この場合、したがって、発生周波数関数の２つの振幅の１つが、予め定義された基本限界値と比較される。基準周波数の下限と上限での発生周波数関数の値が振幅として使用される。これにより、シンプルで明確なチェック基準を予め定義することができる。

また、これらの基準を組み合わせることが考慮される。各基準は、コンバータの割合が高いか低いかに関する推定値を提供してもよい。この点において、原則として矛盾する評価結果が生じる可能性がある。この場合、コンバータの割合は、ほぼ中間値であると仮定される。ただし、基準が同じ評価結果を与える場合、特に信頼できる値または特に信頼できる結果が想定される。その場合、コンバータの割合が、特に高いまたは特に低いとさらに仮定することもできる。

別の実施形態によれば、基準関数の発生周波数または発生頻度を予め定義し、この基準関数からの発生周波数の偏差に応じてコンバータの割合を推定することが提案されている。したがって、基準関数は、既知のコンバータの割合の発生周波数または発生頻度密度を反映し、ガイドとして機能する。この点で、発生周波数関数は、周波数の関数として、それぞれ現在記録されている発生周波数または発生頻度密度である。正規化された関数の場合、例えば、最大値などの特性値を比較するだけで十分であってもよい。

現在、発生周波数関数は、コンバータの割合が高くなると、より平坦になる傾向があることが認識されている。特に、発生周波数または正規化された発生周波数を考慮する場合、両方の曲線の面積、つまり基準関数と現在記録されている発生周波数関数の面積が同じサイズになることが予想される。この点でより平坦な曲線とは、開始周波数とエンド周波数の領域では基準関数よりも高い値を持つが、メイン周波数の領域では値が低い曲線である。したがって、これらの２つの関数、つまり、発生周波数関数と基準関数とを比較することで、ステートメントを作成することができる。これらの２つの機能は、例えば、特に互いに重ね合わせることができ、その後、基準機能と比較して、記録された発生周波数機能のやや平坦なプロファイルが容易に認識できる。ただし、偏差は、他の方法で評価することもできるし、コンピュータプログラムによって自動的に自動化することもできる。

さらなる実施形態によれば、コンバータの割合がゼロの場合の発生周波数関数を基準関数として選択することが提案されている。したがって、ゼロのコンバータの割合は、開始点としての基準として使用される。そのような基準関数、すなわち、この予め定義された状況の発生周波数関数は、シミュレーションによって事前に推定されてもよい。ただし、この発生周波数関数を調査する対象のグリッド接続ポイントでコンバータの割合がゼロまたは実質的にゼロになる状況を待つことも考慮される。例として、このような状況は、調査対象の電力供給グリッドにＰＶ設備が入らないように、風がないか、少なくとも従来の風力タービンが起動しないほど弱く風が吹いているだけでなく、例えば、夜間などにしばしば発生する。

次に、この基準関数を仮定し、比較的高いコンバータの割合を示す上記で既に説明した指示を、この基準関数に関して常に適用し、コンバータの割合をゼロにすることができる。問題の兆候が強いほど、つまり、１つの例を挙げると、発生周波数の最大値が高いほど、コンバータの割合が大きくなる。この目的のために、中間値または中間関数も記録することができる。これらには、ゼロ以外のコンバータの割合、例えば、１０％、さらに値または２０％の中間基準関数などを割り当てることができる。次に、それに応じて、グリッド内のコンバータの割合に関する量の観点からのステートメントを作成することができる。

原則として、本発明によれば、推定値は常に提案され、比較的小さな誤差も考慮に入れることができる。この場合、特定の制御操作により、コンバータ制御される給電装置に同期機器のように動作する装置、つまり同期機器をエミュレートする装置が含まれている場合には、特に、例えば、コンバータの割合が高い場合でも、実際の割合ほど高くないと推定されることに留意すべきである。しかしながら、この場合、同期機のように動作するコンバータ制御の給電装置は、最終的には補償を必要としないか、必要としないため、このような推定誤差も望ましいか、有利である。

追加または代替として、発生周波数関数と基準関数との差が差分関数として形成されることが提案されている。したがって、この差分関数は、正の領域で、記録された発生周波数関数が基準関数よりもどれだけ大きいかを示す。これは、コンバータの割合を評価するために評価される。この目的のために、偏差積分を形成するために、下部基準周波数より下および上部基準周波数より上の周波数領域の差分関数を積分することが提案されている。したがって、差分関数のこの部分のみが合計される。差分関数全体を積分すると、どのような場合でも値はゼロになる。

一変形例によれば、所定の比較差分値が得られ、この目的のために、比較差分値に到達する周波数値を考慮するまで、低周波数、たとえば０Ｈｚ、特に、公称周波数５０Ｈｚの場合は４０Ｈｚまたは４５Ｈｚ、公称周波数６０Ｈｚの場合は５０Ｈｚまたは５５Ｈｚからの差分関数を積分することが提案されている。コンバータの割合は、この周波数値が小さいほど大きくなると推定されることが好ましい。基準関数の積分値の１０％を、例えば、比較差分値として使用できる。同様に、高周波数値から差分関数を同様に下方積分することも考慮され、すなわち、例えば、公称周波数の２倍（１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚ）、特に、公称周波数５０Ｈｚの場合は６０Ｈｚまたは５５Ｈｚ、または公称周波数６０Ｈｚの場合は７０Ｈｚまたは６５Ｈｚであり、積分が比較差値に到達する場合に到達する周波数値を考慮に入れる。

さらなる変形によれば、２つの所定の周波数値間の積分を考慮し、それを比較積分と比較することが提案されている。これらの周波数値は、公称周波数に近く、互いに近いことが好ましい。例として、公称周波数が５０Ｈｚの場合には、この目的に４９．８Ｈｚと４９．９Ｈｚの値を使用できる。
追加または代替として、偏差積分を形成するために、差分関数の正の領域のみを積分することが提案されている。記録された発生周波数関数と基準関数の２つの交点に上限と下限の基準周波数が設定されている場合には、これは、差分関数が正の領域から負の領域に変化または反転するポイントを正確に指定する。この場合、上記の両方の変数は、差分関数の評価に対応する。

次に、偏差積分に応じてコンバータの割合を推定することが提案される。量の観点から推定を実行できるようにするために、この偏差積分に対して対応する値の範囲を予め定義または設定することができる。そのような値は、例えば、シミュレーションによって予め決定されてもよい。特に、発生周波数または正規化された発生周波数を考慮する場合には、ここでは、絶対値を基準として使用してもよく、例えば、中間コンバータの割合の場合は０．２または０．３である。

一実施形態によれば、値がゼロの偏差積分の場合、前記コンバータの割合は同様に値ゼロを有し、偏差積分の値が０．５の場合、値は１００％であるように、偏差積分の値に応じてコンバータの割合を推定することが提案されている。そして、これらの間の値については、コンバータの割合と偏差積分の値の間の線形関係が仮定される。したがって、推定されるコンバータの割合は、偏差積分の値とともに線形に増加し、０～０．５の偏差積分の値に対しては、０～１００％であることが好ましい。

別の実施形態によれば、特に、メイン周波数がグリッドの公称周波数より上にあるほど、コンバータの割合が大きくなると推定されるように、グリッド公称周波数からのメイン周波数の偏差に応じてコンバータの割合を推定することが提案される。
この実施形態は、コンバータ制御発電機のかなりの割合を有する電力供給グリッドでは、大規模な発電所、つまり直接結合された同期機を有する給電は、特定の周波数補償動作に向かう傾向があるという発見に基づいている。風力タービン、風力発電所、または他のコンバータ制御の給電ユニットが電力供給グリッドに大量の電力を供給するか、これを発表する場合、特に、直接結合された同期発電機を介して電力を供給する再生不可能な大規模発電所は、予想される状況に対応する。これは、再生可能な給電からの電力低下を吸収するための準備が特に整っていることを意味する。ただし、これは、通常、電力の一部を吸収する必要がまったくない場合、通常、この電力を出力しない、つまり、ある種の予備電力として電力に出力せず、供給グリッド、それにより回転速度の増加の傾向があることを意味する。再生可能な給電が優先される場合が多いため、この予備電力も周波数制御の目的で完全には使い果たされないため、この周波数偏差は、連続制御偏差の文脈内で発生する可能性がある。

これは認識されており、グリッドの公称周波数を超えるメイン周波数は、高いコンバータの割合を示すことが認識されている。したがって、メイン周波数がグリッド公称周波数より上にあるほど、コンバータの割合が高くなると推定されることが提案されることが好ましい。
さらなる実施形態によれば、変動スペクトルを記録することが提案されている。この場合の変動スペクトルは、周波数の周波数スペクトル、特にグリッド周波数として、時間の経過に伴う周波数の変動を表す。したがって、周波数値は、例えば、０．１から２秒の範囲の、または別の方法で、例えば、所定の期間にわたって記録される。理想的には、グリッド周波数が変動しない場合、この場合、単一の値、つまりグリッド公称周波数のみが一定値として記録される。この場合、提案された変動スペクトルであるスペクトルには、安定した成分のみが含まれる。グリッドの公称周波数が、例えば、５０Ｈｚの場合には、スペクトルには１つの値、つまり０Ｈｚで５０Ｈｚしかない。したがって、ここで記録される周波数は、５０Ｈｚであり、変動しない。この考慮のために、ここで例として挙げた５０Ｈｚは、安定したコンポーネントを形成する。

しかしながら、実際には、グリッド周波数は、通常一定ではなく、むしろ変動し、これらの変動は象徴的に言及された時間にわたって記録され、したがって、例えば、５０Ｈｚの前記定常成分で周波数の振幅が変動する。したがって、これらの経時的な変動もスペクトルとして調査される。例として挙げた５０Ｈｚの周波数が、例えば、４９．９７Ｈｚから５０．０３Ｈｚの間で１分間に１２回前後に変動する場合、これにより、０．２Ｈｚのスペクトル成分、つまり１２／６０秒が得られる。このスペクトル値の振幅は、この場合０．３Ｈｚである。これは、変動振幅が４９．９７Ｈｚから５０．０３Ｈｚに変動したためである。したがって、グラフに移されると、横軸と縦軸の両方に周波数がプロットされる。

この目的のために、次に、変動スペクトルに依存して、コンバータの割合を推定することが提案される。特に、そのような周波数スペクトル、すなわち、周波数が変動する方法、すなわち、周波数が一定のグリッド公称周波数の理想値からどのように逸脱するか、は、ここでも原則として、従来の場合と同様に、検討中のグリッド接続ポイントに関連する電力供給グリッドの特性である。

したがって、そのような特性に基づいてグリッド内のコンバータの割合を導出することも同様に提案される。例として、大規模な直接結合同期発電機は、発電機ごとに、周波数スペクトルの対応する値に反映される可能性のある一定のグリッド振動を引き起こす可能性がある。コンバータの割合が高い場合には、これらはそのようなグリッド振動を引き起こさないが、より多くの個々のコンバータのためにそれに応じて散乱される可能性のある高周波信号を引き起こす可能性があると仮定する必要がある。この点において、コンバータの割合が高い場合には、周波数スペクトル、つまり、ゆらぎスペクトルで孤立した発振周波数ではなく、ノイズの振る舞いが予想される。

好ましくは、変動スペクトルの変動周波数の少なくとも１つの変動振幅に依存して推定されるコンバータの割合を提案する。したがって、スペクトル内の少なくとも１つの値、すなわち変動振幅が考慮され、これは、ここでは変動周波数と呼ばれるスペクトルの周波数で生じる。したがって、孤立した、特に、顕著な値が考慮され、それに応じてコンバータの割合を推定するために、このための比較尺度が予め定義されてもよい。

しかし、好ましくは、複数のそのような変動振幅が、別のそれぞれの変動周波数で考慮されることが好ましい。特に、この場合も、基準ゆらぎスペクトルとの比較が提案される。電力供給網の変更についての声明は、それぞれ現在記録されている変動スペクトルと基準変動スペクトルとの間の変化から、コンバータの割合に関連して容易に作成することもできる。

好ましくは、変動周波数が０．１Ｈｚから０．５Ｈｚの範囲にあることが提案され、好ましくは、ここで変動振幅が大きくなるほど小さくなると推定されるコンバータの割合が提案される。これは、この変動振幅が、コンバータではなく、少なくとも１つの直接結合された同期発電機によってもたらされるという観察に基づいている。したがって、この振幅が大きくなるほど、直接結合された同期発電機が支配的になり、それに応じてコンバータの割合が低くなる。

このゆらぎスペクトルを計算するために、ＦＦＴ、つまり高速フーリエ変換と呼ばれるものを適用できる。定常成分、すなわち、特に、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚなどのグリッド公称周波数は、記録された周波数プロファイルから最初に差し引かれることが好ましい。
一実施形態によれば、グリッド電圧のＦＦＴによってグリッド電圧の電圧スペクトルを記録し、この電圧スペクトルに応じてコンバータの割合を推定することが提案されている。したがって、略してＦＦＴとも呼ばれる高速フーリエ変換によってグリッド電圧を評価することが提案されている。電力供給グリッドの特性は、この電圧スペクトルに応じて認識でき、コンバータの割合はそこから推測できる。

コンバータの割合は、最大値が大きいほど、または複数の最大値の合計が大きいほど、あるいは複数の最大値の平均が大きいほど小さくなると推定されることが好ましい。原則として、この場合、最大値はメイン周波数、特にグリッド周波数でも予想される。その大きさは、グリッド内のコンバータの割合に関する情報を提供し、この値が大きいほど、コンバータの割合が小さくなると推定される。この電圧スペクトルは、原則として、発生周波数関数について説明したのと同じ方法で評価することもでき、これにより、これも実施形態の形で提案される。発生周波数関数に非常に類似したプロファイルも、原則としてこの電圧スペクトルに対して想定される。ここで提案されているように、基準電圧スペクトルを比較曲線として提供し、同様に発生周波数関数に関連して説明したような比較評価を実行することが有利であってもよい。

しかしながら、電圧スペクトルを取得するためにＦＦＴを適用すると、少なくとも実際的な観点からは違いが生じる。例えば、値が数秒または同様の時間間隔で記録されている場合には、発生周波数または発生頻度密度の記録には、特に、実際に重いフィルタリングが含まれる場合がある。ＦＦＴを使用した評価の場合には、１秒あたりの非常に多数のサンプリング値が代わりに使用され、サンプリング値ごとに周波数も決定されず、電圧がサンプリングされて電圧関数として記録され、全体として評価される。これは、特に、非常に明確に説明できる違いをもたらす可能性がある。具体的には、ＦＦＴを使用して決定された電圧スペクトルの場合、スペクトルの中央の最大値の代わりに、つまり、メイン周波数、特に、グリッド周波数で、２つの最大値を持つプロファイルが生じる場合があり、これらの２つの最大値は、基本的にメイン周波数よりもやや低い周波数と高い周波数にある。したがって、メイン周波数はこれら２つの最大値の間にあり、最大値は、メイン周波数自体には設定されない。これは、メイン周波数がしばしば正確に満たされないか、長期間維持されないという事実によるものであり、むしろ近くの周波数が発生し、このメイン周波数は、やや高い周波数からやや低い周波数に変化するときに短時間だけ達成される。ＦＦＴは、発生周波数または発生頻度密度を決定するために、上記の個々の周波数値の記録では記録されないことが多いこれらの微妙さを記録する。このような２つの最大値の発生の影響は、一次制御操作の不感帯によって生じる可能性がある。これらの２つの最大値は、まず制御が最初に実行され、それによって周波数が最初にそこで固定されるため、まず不感帯の２つのエッジで発生する。

したがって、代替として、最大値を考慮する代わりに、複数の最大値、特に２つの最大値の合計を考慮するか、複数の最大値の平均を考慮することも提案されている。複数の最大値の合計が数で除算される場合には、それは平均に対応し、この点で、ここではスケーリングの違いのみが対象となる。この場合、数で割って合計を平均に縮小するのではなく、平均を合計に拡大することが提案されている。これは、発生周波数関数の結果として、メイン周波数の直前と直後にあるそのような２つの最大値の平均が単一の最大値よりもかなり低いという概念に基づいている。したがって、実際には、２つの最大値の合計を使用すると有利である。しかし、最終的には、これはスケーリングの問題であり、コンバータの割合の推定は、基本的には基準値、特に、基準電圧スペクトルとの比較に帰着する。これらの値が等しくスケーリングされる限り、スケーリングの方法はそれほど重要ではない。

コンバータの割合の推定値として、コンバータの高い割合と低い割合とを区別することが好ましく、最大値の場合、高いコンバータの割合が推定される。複数の最大値の合計または複数の最大値の平均は、予め定義された基準値を下回っている。したがって、この基準値を使用して、容易に再現可能な推定を実行することができる。この推定値は、コンピュータプログラムまたは対応する評価ユニットで容易に実装することもできる。

好ましくは、周波数偏差および／または周波数勾配に依存する電力制御動作により、投入電力を変更することが提案される。さらに、電力制御動作は、推定されるコンバータの割合に依存する。
したがって、そのような周波数依存の電力制御動作は、コンバータの割合に合わせて調整され、したがって記録された状況に適切に対応する可能性がある。

特に、電力制御動作には、コントローラのゲインおよび／またはコントローラ時定数が関係し、コントローラのゲインまたはコントローラ時定数は、推定されるコンバータの割合に依存する。したがって、特定のグリッド状況、特に、高いまたは低いコンバータの割合がグリッド内にあるかどうかに対応するために、前述の周波数依存電力制御動作を様々な厳密さで設定することが提案されている。

特に、推定されるコンバータの割合が大きくなるにつれて、コントローラのゲインを大きくするように選択すること、および／またはコントローラの時定数を小さくするように選択することが提案される。ここでの基礎は、コンバータの割合が高い場合、それに応じて電力供給グリッドに供給する直接結合同期発電機が少なくなるため、原則として電力供給グリッドを安定化するために利用できる慣性が小さくなるという発見である。これは、厳密な制御または高速制御、つまり高いコントローラのゲインを使用することにより、周波数偏差または変更がより迅速に応答されるという事実によって補償することができる。

代替手段として、より高いコンバータの割合が推定されている場合、より高いゲインおよび／またはより小さな時定数を備えた電力コントローラに切り替えることも可能である。このようなコントローラの切り替えにより、継続的な変更ではなく、特に、進行中のプロセスで制御ゲインが絶えず変更される状況を回避することもできる。これにより、好ましくないシナリオでは、望ましくない振動が発生する可能性がある。

一実施形態によれば、推定されるコンバータの割合に応じて、用意された数の異なる電力コントローラから電力コントローラを選択することが提案されており、準備された数の異なる電力制御装置は、異なる制御装置構造および／または異なる周波数電力特性曲線を有してもよい。
この解決策のために、ゲインの点だけでなく、他の制御操作も構造的に提供される可能性があるため、さまざまな大きさのコンバータの割合に起因するさまざまなグリッド状況に対応することが可能である。例として、コンバータの割合が小さい場合、デッドタイム領域を持つ周波数依存の電力曲線が提供され、一方、対応する慣性を持つ同期発電機のより低い割合を補償するために、可能な限り迅速に変化に対応することが意図されている場合には、このようなデッドタイム領域は、コンバータの割合が高い場合に小さくなるように省くか、選択することができる。

異なるコントローラ構造のさらなる例は、コンバータの割合が低い場合に周波数依存の電力制御用の純粋なＰコントローラを提供できることであり、これにより、残留制御偏差も可能になる。しかしながら、コンバータの割合が高く、直接結合された同期発電機による周波数の公称周波数への戻りが減衰する場合には、コンバータで制御された給電装置が、周波数に対して定常的な精度を達成できるコントローラ、特に、Ｉコンポーネントを備えたコントローラを備えている場合がある。

さらなる実施形態によれば、重み付けにより設定される、推定されたコンバータの割合に応じて使用される電圧印加電力制御動作、またはそのコンポーネント、つまり、供給電力の制御における電圧印加電力制御動作のコンポーネントが提案されている。推定されるコンバータの割合が高い場合には、したがって、電圧印加電力制御動作をより大きく重み付けすることが提案されており、これにより、これがより広範囲に組み込まれている。電圧印加電力制御動作、したがって電圧印加給電は、電圧印加方式で給電するだけでなく、制御動作が電圧変化に直接応答することも意味する。この点で、制御操作はすでに体系的に高速である。

このような電圧印加電力制御動作または給電は、グリッドサポートまたはグリッド安定化に関して、電圧変化に間接的にのみ応答することが多い電流印加給電よりも特に高速である。コンバータの割合が高い場合、つまり、直接結合された同期発電機の割合が低い場合には、したがって、この電圧印加電力制御操作または電力供給は、直接結合された同期発電機により弱くなった電圧インプレッションまたは電圧サポートを再び補償することができる。

好ましくは、推定されたコンバータの割合に応じて使用される仮想慣性による電力制御動作、または重み付けによって設定される投入電力の制御に関するそのコンポーネントが提案される。
ここでの基礎は、リターンに直接結合された同期発電機の場合、それらの制御の影響も減少することである。このような直接結合同期発電機は、通常、電力供給グリッド上で補助的に機能する特定の基本的によく知られた動作を持ち、このような直接結合同期発電機の削減を補償するために、したがって、それらの動作は、対応する制御操作によって補償されることが提案されている。したがって、仮想慣性による提案された電力制御操作は、直接結合された同期発電機の動作を少なくとも部分的にエミュレートする制御操作である。

本発明によれば、特に、風力タービンまたは風力発電所等の、コンバータ制御の給電装置も提案されている。このコンバータ制御の給電装置は、グリッド公称周波数を有するグリッド周波数の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ことを意図している。
コンバータ制御の給電装置は、給電電流を、周波数、位相および給電電圧のＡＣ電流として給電するための給電手段と、以下のリストからの変数の少なくとも１つを設定する制御装置と、
－給電電流の周波数、
－給電電流の位相、
－供給電力、
－給電電圧、
－前記電力供給グリッドのグリッドセクション内における、コンバータを介して供給される電力と全体の供給電力の割合を定義するコンバータの割合を推定するように構成された推定装置と、
－推定されたコンバータの割合に応じて電力の供給の制御を調整するための適合装置と、
を備えている。

そのような給電手段は、特に、コンバータまたはインバータとして設計されている。コンバータの入力にＡＣ電圧を有し、インバータの入力にＤＣ電圧を有する。ただし、両方のユニットが出力での供給電流を制御し、この点で、給電装置は、給電手段としてコンバータまたはインバータを備えているため、コンバータ制御の給電装置である。しかしながら、コンバータ制御の給電装置は、複数の、特に、多数のそのようなコンバータまたはインバータを有していてもよい。例えば、給電装置が１つの風力タービンだけであっても、これは複数のコンバータまたはインバータを有してもよい。これらのコンバータまたはインバータの出力は、例えば、風力タービンからの全体の生成電力を給電電流に変換するために、並列に接続されてもよい。

制御装置は、特にコンバータまたはインバータを駆動することを目的としていてもよい。コンバータまたはインバータは、電流印加動作と電圧印加動作の間で切り替えられることが好ましい。
制御装置は、このコンバータまたはインバータを駆動することができ、それによって、特に、対応する給電電圧を維持しながら、給電される電流の周波数、位相、および振幅を予め定義することができる。

複数の風力タービンを有し、特に、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給電する風力発電所を使用する場合には、各風力タービンは、少なくとも１つの給電手段、すなわち、少なくとも１つのコンバータまたは１つのインバータ、それぞれの場合に１つの制御装置を備えていてもよい。加えて、また、制御装置の一部であると理解されるかもしれない中央発電所コントローラが、風力発電所に提供されてもよい。コンバータの割合の評価は、特に、中央発電所コントローラによって中央で実行される。

中央発電所コントローラの一部であり得るが、コントローラの一部でもあり得る推定装置がさらに提供される。この推定装置は、コンバータの割合の少なくとも１つの記述された推定を実行する。
推定されたコンバータの割合に応じて電力の供給の制御を調整する適合装置も同様に提供される。これには、パラメータの変更、および／または異なる制御機能間または異なる特性曲線間の選択が含まれる。例として、適合装置は、この目的のために、対応する選択信号を制御装置または送り込み手段に与えることができる。しかしながら、適合装置は、原則として、給電手段または制御装置の一部であってもよい。

特に、上述の少なくとも１つの実施形態による電力を供給するための方法を実行するように構成されたコンバータ制御式供給装置が提案される。制御装置、および追加または代替として、適合装置は、特にこれを実行するように構成されている。この目的のために、対応するアルゴリズムを制御装置および／または適合装置に実装することができる。特に、コンバータ制御の給電装置としての風力発電所の場合には、中央発電所制御装置での実装が提供されてもよい。

本発明は、添付図面を参照して実施形態に基づいて、以下により詳細に例示的に説明される。

風力タービンの斜視図。 風力発電所の概略図。 コンバータ制御される給電装置の概略図。 参照関数を持つ発生関数の周波数を示す図。 例示的な形式のグリッド電圧の電圧スペクトルのグラフ。 変動スペクトルを説明する３つのグラフ。

図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力タービン１００を示す。３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
図２は、例えば、同一または異なる３つの風力タービン１００を有する風力発電所１１２を示している。したがって、３つの風力タービン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タービンの代表である。風力タービン１００は、電力、特に、発電電流を、電力発電所グリッド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で供給グリッド１２０にそれを供給するために、個々の風力タービン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。発電所グリッド１１４はまた、例えば、変圧器により、例えば、各風力タービン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、異なるように構成されてもよい。

図３は、コンバータ制御された給電装置３００がグリッド接続ポイント３１８で給電する電力供給グリッド３２０と共にコンバータ制御された給電装置３００を概略的に示している。コンバータ制御された給電装置３００は、ここでは、ロータ３０６と発電機３０２とを有する風力タービンとして示されている。したがって、運転中、発電機３０２は、整流器手段３０４で整流されてインバータ３０８に供給される多相ＡＣ電流を生成する。そして、インバータ３０８は、三相交流電流Ｉを生成する。ここで、位相φ、周波数ｆ、および給電電圧Ｕも予め定義されている。このようにして生成されたこのＡＣ電流は、次いで、グリッド接続ポイント３１８で変圧器３１０を介して電力供給グリッド３２０に供給される。供給電流Ｉ、位相角φおよび電圧Ｕを予め定義するか、グリッド電圧Ｕを考慮することにより、電力を電力供給グリッド３２０に供給することが可能になる。

この点に関する図３は、アクティブな電力制御動作の詳細を模式的に示している。この目的のために、制御構造３１２が示されており、これは、原則として、示された風力タービンの一部であり得るが、例示目的で図３に抽出されている。
電力供給グリッド３２０の周波数は、まず測定センサ３１４によって記録される。周波数ｆ、すなわち、グリッド周波数ｆを記録する測定センサ３１４も、ここでは特に、他のまたはさらなる測定センサの代表であると理解される。また、特に、測定センサ３１４が実際に電圧のみを記録し、この電圧が別のポイントで評価されて、そこから周波数を導き出すことができることも特に考慮される。測定は、グリッド接続ポイント３１８で行われてもよい。

このグリッド周波数ｆは、図３に示す実施形態によるいくつかの目的に必要である。それはまず、推定装置３１６に供給される。電力供給グリッド３２０内のコンバータの割合は、この供給されたグリッド周波数ｆに基づいて推定装置３１６で推定される。これは、例えば、図４に関連して以下で説明する方法で実行される。
推定された結果、すなわち、電力供給グリッド３２０内の推定されたコンバータの割合は、その後、適合装置３２２に与えられ、これは％記号で示されている。

次に、適合装置３２２は、推定されたコンバータの割合に従って、制御構造３１２の部分を調整することができる。
第２に、記録されたグリッド周波数ｆは、周波数依存の電力制御操作に使用される。この目的のために、加算要素３２４には、予め定義された基準周波数ｆ_０との比較がある。制御偏差ｅは、実際のコントローラ３２６の入力を形成する。制御誤差ｅを入力するこの制御構造も、他の制御概念の代表であると同様に理解されるべきである。例えば、記録されたグリッド周波数ｆが加算要素３２４に供給される代わりに、周波数依存機能ブロックに直接供給されることが考慮される。

図３に示すコントローラ３２６は、ゲインブロック３２８およびコントローラ機能ブロック３３０に設定可能なコントローラゲインＫを有する。この場合、複数の異なるコントローラ機能ブロック３３０ａ，３３０ｂ～３３０ｎが提供され、これらの間で切り替えることが可能である。スイッチングの目的のための、コントローラ機能ブロック３３０の上流部分と下流部分からなる選択スイッチ３３２が例示として示されている。この選択スイッチ３３２は、適合装置３２２によって駆動されてもよい。この点で、この選択スイッチ３３２は、ここでは他の実装、すなわち、特に、プロセスコンピュータ内で異なる制御ブロック、したがって、異なる制御機能間を切り替えることができる実装の代表であるとみなされる。

ゲインブロック３２８は、適合装置３２２によって駆動されてもよい。別の方法として、ゲインブロック３２８は、それぞれの場合に、コントローラ機能ブロック３３０の一部であってもよい。しかしながら、適合装置３２２が、ゲイン係数Ｋを変更すること、すなわち、ゲインブロック３２８を駆動することにより、または別の方法で、さらに、コントローラ機能ブロック３３０のコントローラ機能ブロックを選択することも考慮される。これにより、各コントローラを調整する際の柔軟性が向上する。したがって、推定されたコンバータの割合に応じて、ゲイン係数Ｋを変更したり、コントローラ機能ブロック３３０を切り替えたりするための対応する駆動が行われる。

次に、それぞれ選択されたコントローラ設定、すなわち、ゲインブロック３２８の設定ゲイン係数と、制御ブロック３３０のうちの１つの選択されたコントローラブロックに従って選択されたコントローラ機能で、周波数依存の有効電力制御操作が実行される。したがって、コントローラ３２６は、記録されたグリッド周波数に応じて、ここでは、すなわち制御誤差ｅに応じて有効電力Ｐを出力し、この有効電力Ｐはインバータ３０８に与えられ、それに応じて給電電流Ｉを生成する。

図４は、発生周波数または発生頻度密度のグラフを示しており、発生周波数はパーセントで、周波数はヘルツでプロットされている。したがって、グラフは、周波数値が発生した周波数をパーセントで示す。この目的のために、発生周波数の測定曲線が記録されており、これも基準曲線または基準関数４００としてここにプロットされている。示されている基準関数４００は、コンバータの割合のない、すなわちコンバータの割合がゼロに等しい電力供給グリッドについて記録されている。電力供給グリッド内のコンバータの割合が高い場合の現在の発生周波数関数に対応する１つの可能な発生周波数関数４０２もプロットされている。基準関数４００と現在の発生周波数関数４０２の両方は、いくつかの周波数値、すなわち、周波数が増加すると、最初は開始周波数４１１、次に低基準周波数４１２、メイン周波数４１３、その後、再び高基準周波数４１４、最後にエンド周波数４１５によって、特徴付けされる。メイン周波数４１３の領域では、基準関数４００と現在の発生周波数関数４０２の両方は、それぞれ発生周波数最大値４２３または４２３’を有する。

発生周波数の低い基準値４２２および発生周波数の高い基準値４２４は、それぞれ下位基準周波数４１２および上位基準周波数４１４に割り当てられてもよい。基準関数４００および発生周波数関数４０２について、下位および上位基準周波数４１２および４１４も、関連する下位発生周波数基準値４２２または上位発生周波数基準値４２４も同じである必要はない。評価に応じて、周波数値または発生周波数基準値は、基準関数４００と発生周波数関数４０２との間で異なっていてもよい。

発生周波数の最大値４２３または４２３’の振幅の評価に加えて、他の評価変数も考慮される。
ある評価の変形例では、発生周波数関数４０２の幅４０４を考慮することが提案されている。幅４０４は、発生周波数の固定値で考慮されることが好ましく、この場合、発生周波数の値５％がこれに使用される。この点で、示された幅４０４は、例示目的でプロットされている。また、５％のこの例示的な値を、発生基準値４２２または４２４の発生周波数の上限と下限の両方として使用し、この目的のために考慮される下限または上限基準周波数４１２または４１４を使用することも考慮され、これらの２つの値の差の距離を決定するためにそれが使用されることが考慮される。

別の実施形態によれば、２つの基準周波数４１２，４１４の外側の領域、すなわち、より低い基準周波数４１２より低く、上限基準周波数４１４より上領域において、基準関数４００と比較して、記録された発生周波数関数４０２の上方偏差を考慮することが考慮される。この領域のこのような増加は、象徴的な増加矢印４０６で示されている。例えば、この目的のために、対応する周波数値も考慮される。例として、この目的のために、上限基準周波数４１４をより高い所定の値に設定することが考慮される。同様に、より低い基準周波数４１２をより低い値に設定するために、これはここでは明示的に示されていないが、破線の領域にあることが可能である。

積分領域４０８、すなわち、発生関数４０２の記録された周波数の下および基準関数４００の上にある領域を考慮することも考慮されるようになる。したがって、これらの２つの基準周波数が、図４に破線以外の矢印で示されているものに従って定義されている場合、これは本質的に、それぞれ上部基準周波数より上、下部基準周波数４１４および４１２より下の領域である。

この積分またはこれら２つの積分は、偏差積分値または偏差積分値として記録され、そこからグリッド内のコンバータの割合を推定するために基準値または基準スケールと比較されてもよい。
さらなる変形として、グリッド電圧ＵのＦＦＴを記録することが考慮される。
その結果、電圧スペクトルが得られ、その一例が図５にプロットされている。図５の例は、この場合、この周波数もほぼメイン周波数である、公称周波数が５０Ｈｚの電力供給グリッドに基づいている。

特に、図５の電圧スペクトルでは、これは基本的に５０Ｈｚの値の周りにグループ化されていることが分かる。しかしながら、この場合には、正確に５０Ｈｚ、つまり正確に公称周波数またはメイン周波数で発生頻度の最大値はないが、ここでは、公称周波数またはメイン周波数に隣接する２つの極大値４０９および４１０がある。グリッド内のコンバータの割合を推定するためには、これら２つの極大値または極大値を評価し、そこから、例えば、合計または平均形成により共通の最大値を形成することができる。これは、コンバータの割合を推定するための基礎として使用される。

上記と組み合わせることもできるさらに別の変形は、変動スペクトルの評価である。図６には、例として、３つのグラフＡからＣが含まれている。
第１のグラフＡは、例えば、図３によるグリッド接続ポイント３１８における電圧プロファイルを示している。この電圧プロファイルは回路図であると理解されるべきであり、例えば、周波数が変動する正弦波プロファイルを象徴することを意図している。したがって、電圧曲線６００は、拡大された方法で、様々な長さの期間持続時間を有する。したがって、電圧曲線６００はコンサティーナに似ている。いずれにせよ、この電圧曲線６００は、時間ｔにわたって正弦波プロファイルに関して変動することを明確にする必要がある。時間ｔは、０～１５秒のグラフＡにプロットされている。今回は、電圧曲線６００は、長周期と短周期の間で約２．５倍前後に変化する。したがって、その周波数は、これらの１５秒間で前後におよそ２．５回変動する。

これは、時間の経過に伴う周波数プロファイルとして表すことができ、グラフＢに示されている。したがって、グラフＢは、経時的な周波数曲線６０２を示している。５０Ｈｚの固定周波数が周波数変動なしに設定されると想定される。この点において、グラフＡが例示的であることがもう一度繰り返される。実際には、変動は別として、グラフＡは、約１Ｈｚの信号を示している。それでも、信号の基本周波数は、５０Ｈｚであると想定されており、この点で、おおよそ正弦波のグラフＡは、５０Ｈｚの信号のみを表すことを目的としている。

いかなる場合でも、グラフＢでは、周波数曲線６０２がこの５０Ｈｚのメイン周波数を中心に振動していることが分かる。
この振動信号、すなわち、この振動周波数曲線６０２は、スペクトルとして評価されてもよい。グラフＢでは、周波数が時間の関数として調査されているため、スペクトルへの変換により、周波数の関数として周波数が得られる。

グラフＣは、この関連する周波数スペクトルを示している。したがって、Ｈｚ単位の周波数は、グラフＣのＨｚ単位の周波数に対してプロットされる。これにより、横軸の値は0 Ｈｚになり、振幅は５０Ｈｚになる。したがって、基本振動は、５０Ｈｚの振幅を有し、変化しないため０Ｈｚである。しかし、グラフＢの周波数曲線６０２も、この５０Ｈｚの値を中心に変動する。この変動は、４９Ｈｚから５１Ｈｚまで変動するようなものである。したがって、変動振幅は１Ｈｚである。また、１０秒で前後に２回変動するため、周波数は０．２Ｈｚになる。したがって、グラフＢの周波数曲線６０２のこの変動は、グラフＣのスペクトル図の０．２Ｈｚの周波数で振幅１Ｈｚの値である。

この点において、変動スペクトルのこの調査は、低周波数調査でもある。しかしながら、図６のグラフＣも同様に、例示であると理解されるべきであり、変動スペクトルのそのような調査の場合、原則として、単一のスペクトル値だけでなく、むしろ複数のスペクトル値が期待されるべきである。いかなる場合でも、グラフＣに示されている周波数スペクトルのこのようなスペクトル値から、グリッド内のコンバータの割合を推測することができる。特に、変動振幅が大きくなるほど、コンバータの割合を小さくすることが提案されている。グラフＣの図によると、図６の信号の変動振幅は、１Ｈｚで、その値は０．２Ｈｚである。

Claims (32)

1. コンバータ制御の給電装置（３００）によって、グリッド公称周波数を有するグリッド周波数（ｆ）でグリッド電圧（Ｕ）を有する電力供給グリッド（３２０）に電力を供給する方法であって、
   電力を供給する給電装置は、周波数（ｆ）、位相（φ）および給電電圧（Ｕ）および少なくとも１つの変数を有する交流電流（Ｉ）として給電電流（Ｉ）を給電し、
   前記変数は、給電電流（Ｉ）の周波数（ｆ）、給電電流（Ｉ）の位相（φ）、給電電力、給電電圧（Ｕ）を含むリストから設定され、
   前記電力供給グリッド（３２０）のグリッドセクション内における、前記コンバータを介して供給される電力と全体の投入電力の割合を定義するコンバータの割合を推定するステップと、
   推定される前記コンバータの割合に応じて電力の投入を制御し、推定される前記コンバータの割合に応じて電力の供給を制御するステップと、
   を備え、
   －振幅および／またはサイクル時間に関するグリッド周波数（ｆ）の周期的変化が記録され、
   －前記コンバータの割合は、記録された振幅および／または記録されたサイクル時間に応じて推定され、および／または、
   －前記コンバータの割合は、サイクル時間が短いほど大きくなると推定される、
   方法。
2. 前記コンバータの割合の推定値として、前記コンバータの割合の高低が区別され、
   －周期的な変化の振幅が予め定義された振幅制限よりも大きい場合、高いコンバータの割合が推定され、および／または、
   －前記サイクル時間が予め定義されたサイクル時間制限より短い場合、高いコンバータの割合が推定される、
   請求項１に記載の方法。
3. －発生周波数（ｆ）または前記周波数（ｆ）の発生頻度密度、または周波数勾配が記録され、
   －前記コンバータの割合は、記録された発生周波数または発生頻度密度に応じて推定される、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記発生周波数または前記発生頻度密度は、前記周波数（ｆ）に応じた発生周波数関数（４０２）を形成し、この発生周波数関数（４０２）は、
   －メイン周波数（４１３）の領域に、発生最大値（４２３，４２３’）の周波数を有し、
   －前記メイン周波数（４１３）より小さい定義済みのスタート周波数から前記メイン周波数の領域（４１３）まで増加し、
   －前記メイン周波数（４１３）の領域から、前記メイン周波数（４１３）より大きい既定のエンド周波数（４１５）まで低下し、
   －前記スタート周波数（４１１）より大きく、前記メイン周波数（４１３）より小さい、より低い基準周波数（４１２）で、より低い発生基準値（４２２）の周波数を有し、
   －前記メイン周波数（４１３）よりも大きく、前記エンド周波数（４１５）よりも小さい上限基準周波数（４１４）での発生基準値（４２４）の上限周波数を有し、
   前記コンバータの割合は、前記発生最大値（４２３，４２３’）の周波数に応じて推定され、
   前記コンバータの割合は、
   －前記発生基準値（４２２，４２４）の予め定義された下限または上限周波数で設定される下限基準周波数と上限基準周波数（４１２，４１４）間の距離に応じて推定され、発生基準値（４２２，４２４）の上限および下限周波数は、同じであって、および／または、
   －それぞれの場合、予め定義された下限または上限の基準周波数（４１２，４１４）に設定される前記発生基準値（４２２，４２４）の下限および／または上限周波数に応じて推定される、
   請求項３に記載の方法。
5. －前記コンバータの割合は、発生最大値（４２３、４２３’）の周波数が低いほど大きくなると推定され、
   －前記コンバータの割合は、上下の基準周波数（４１４，４１２）間の距離が大きくなるほど大きくなると推定され、または、
   －前記コンバータの割合は、前記発生基準値（４２４，４２２）の上限および下限の周波数が大きいほど大きくなると推定される、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記コンバータの割合の推定値として、前記コンバータの割合の高低が区別され、
   －高いコンバータの割合は、発生最大値（４２３，４２３’）の周波数が予め定義された発生限界値の周波数を下回ったときに推定され、および／または、
   －高いコンバータの割合は、上限および下限基準周波数（４１４，４１２）の間の距離が予め定義された基準距離よりも大きいときに推定され、または、
   －高いコンバータの割合は、前記発生基準値（４２４，４２２）の上限および／または下限周波数が予め定義された基本限界値を上回ったときに推定される、
   請求項４または５に記載の方法。
7. 基準関数（４００）は、前記発生周波数または前記発生頻度密度に対して予め定義されており、前記コンバータの割合は、この基準関数（４００）からの発生周波数関数（４０２）の偏差に応じて推定される、
   請求項３から６のいずれか１項に記載の方法。
8. －ゼロのコンバータの割合に対する発生周波数関数（４０２）が基準関数（４００）として選択され、および／または、
   －前記発生周波数関数（４０２）と前記基準関数（４００）との間の差が、差分関数として形成され、
   －より低い基準周波数（４１２）より下で、上側の基準周波数（４１４）より上の周波数領域の差分関数は、偏差積分を形成するように積分され、および／または、
   －前記差分関数の正の領域のみが、偏差積分を形成するように積分され、
   －前記コンバータの割合は、前記偏差積分に応じて推定される、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記コンバータの割合は、グリッドの公称周波数からのメイン周波数（４１３）の偏差に応じて推定される、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. －周波数（ｆ）の周波数スペクトルとして、時間（ｔ）にわたる周波数（ｆ）の変動を表す変動スペクトルが記録され、
    －前記コンバータの割合は、前記変動スペクトルに応じて推定される、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. －前記コンバータの割合は、前記変動スペクトルの変動周波数の少なくとも１つの変動振幅に応じて推定される、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記グリッド電圧（Ｕ）の電圧スペクトルは、前記グリッド電圧（Ｕ）のＦＦＴによって記録され、前記コンバータの割合は、前記電圧スペクトルに応じて推定される、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記コンバータの割合は、最大値（４０９，４１０）、複数の最大値の合計、または複数の最大値の平均が大きいほど小さくなると推定される、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記コンバータの割合の推定値として、前記コンバータの割合の高低が区別され、
    －高いコンバータの割合は、前記最大値（４０９，４１０）、前記複数の最大値の合計、または、前記複数の最大値の平均が予め定義された基準値を下回ったときに推定される、
    請求項１３に記載の方法。
15. 周波数偏差および／または周波数勾配に応じた電力制御操作により、投入電力が変更され、前記電力制御操作は、推定されたコンバータの割合に依存する、
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 電力コントローラは、前記推定されるコンバータの割合に応じて、用意された数の異なる電力コントローラから選択され、前記用意された数の異なる電力コントローラは、異なるコントローラ構造、および／または異なる周波数電力特性曲線を有する、
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記推定されるコンバータの割合に応じて、電圧印加電力制御操作が使用される、または、給電電力の制御におけるそのコンポーネントが重み付けによって設定される、
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記推定されたコンバータの割合に応じて、仮想慣性による電力制御操作が使用される、または、供給電力の制御におけるそのコンポーネントが重み付けによって設定される、
    請求項１から１７のいずれか１項に記載の方法。
19. グリッド公称周波数を有するグリッド周波数（ｆ）でグリッド電圧（Ｕ）を有する電力供給グリッド（３２０）へ電力を供給するコンバータ制御の給電装置（３００）であって、
    －給電電流（Ｉ）を、周波数（ｆ）、位相（φ）、および給電電圧（Ｕ）のＡＣ電流（Ｉ）として給電するための給電手段と、
    －以下のリストからの変数の少なくとも１つを設定する制御装置と、
    －給電電流（Ｉ）の周波数（ｆ）、
    －給電電流の位相φ（Ｉ）、
    －供給電力、
    －給電電圧（Ｕ）、
    －前記電力供給グリッド（３２０）のグリッドセクション内における、コンバータを介して供給される電力と全体の供給電力の割合を定義するコンバータの割合を推定するように構成された推定装置（３１６）と、
    －推定されたコンバータの割合に応じて電力の供給の制御を調整するための適合装置（３２２）と、
    を備え、
    －振幅および／またはサイクル時間に関するグリッド周波数（ｆ）の周期的変化が記録され、
    －前記コンバータの割合は、記録された振幅および／または記録されたサイクル時間に応じて推定され、および／または、
    －前記コンバータの割合は、サイクル時間が短いほど大きくなると推定される、
    コンバータ制御の給電装置（３００）。
20. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成される、
    請求項１９に記載のコンバータ制御の給電装置（３００）。
21. 前記コンバータ制御の給電装置（３００）は、風力発電所（１１２）または風力タービン（１００）である、
    請求項１に記載の方法。
22. －前記コンバータの割合は、周期的変化の振幅が大きいほど大きくなると推定され、および／または、
    －前記コンバータの割合は、サイクル時間が短いほど大きくなると推定される、
    請求項１に記載の方法。
23. －前記コンバータの割合は、変化のサイクル時間に対する変化の振幅の商に応じて推定される、
    請求項１に記載の方法。
24. －メイン周波数（４１３）の領域は、グリッドの公称周波数の領域である、
    請求項４に記載の方法。
25. 前記コンバータの割合は、前記コンバータの割合が、前記メイン周波数（４１３）がグリッドの公称周波数を超えるほど大きくなると推定されるように、推定される、
    請求項９に記載の方法。
26. －周波数（ｆ）の周波数スペクトルは、グリッド周波数（ｆ）の周波数スペクトルである、
    請求項１０に記載の方法。
27. －前記変動周波数は、０．１Ｈｚから０．５Ｈｚの範囲にある、
    請求項１１に記載の方法。
28. －前記コンバータの割合は、前記変動振幅が大きいほど小さくなると推定される、
    請求項１１に記載の方法。
29. －前記電力制御操作には、コントローラゲイン（Ｋ）および／またはコントローラ時定数が含まれ、前記コントローラゲイン（Ｋ）または前記コントローラ時定数は、推定された前記コンバータの割合に依存する、
    請求項１５に記載の方法。
30. －推定されたコンバータの割合が大きくなるほど、前記コントローラゲイン（Ｋ）が大きくなるように選択される、あるいは、前記コントローラの時定数が小さくなるように選択され、または、
    －低いコンバータの割合が推定された場合よりも高いコンバータの割合が推定された場合には、より高いゲインおよび／またはより小さいコントローラ時定数を持つ電力コントローラへの切り替えがある、
    請求項２９に記載の方法。
31. コンバータ制御の給電装置（３００）は、風力タービン（１００）または風力発電所（１１２）である、
    請求項１９に記載のコンバータ制御の給電装置（３００）。
32. 前記制御装置および／または前記適合装置（３２２）が、請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成される、
    請求項２０に記載のコンバータ制御の給電装置（３００）。

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