KR101820251B1 - 전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급하기 위한 방법 - Google Patents

전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 풍력 발전 설비(4)를 포함하는 풍력 단지(2)를 이용해서 전력 공급 네트워크(8) 내로 전력을 공급하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 네트워크 접속점(6)에서 전력을 공급하는 단계, 단지 제어 유닛(14)을 이용해서 네트워크 접속점(6)에서 적어도 하나의 네트워크 상태 변수를 검출하는 단계, 과도 과정이 있는지 대해 공급 네트워크(8)를 체크하는 단계 및 과도 과정이 있음이 검출되었을 때, 단지 제어 유닛(14)에 의해 기록된 측정값들 및/또는 단지 제어 유닛(14)에 의해 결정된 제어값들(iQS1, iQS2, iQS3)을 풍력 발전 설비(4)에 전송하고 및/또는 증가한 클럭 속도로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급하기 위한 방법{METHOD FOR FEEDING ELECTRIC POWER INTO AN ELECTRIC SUPPLY NETWORK}
본 발명은 풍력 단지를 이용해서 전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 해당하는 풍력 단지에 관한 것이다.
다수의 풍력 발전 설비를 포함하는 풍력 단지를 이용한 전력 공급은 일반적으로 공개되어 있다. 이 경우 다수의 풍력 발전 설비는 하나의 풍력 단지 내에서 작동적으로 통합되고, 특히 네트워크 접속점 또는 PCC(Point of Common Coupling)라고도 하는 공통의 네트워크 공급점을 통해 전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급한다. 풍력 단지는 풍력 단지에 대해 공통의 작업을 수행하는 단지 제어부 또는 단지 제어 유닛을 포함한다. 예를 들어 네트워크 운영자와 풍력 발전 설비 사이의 정보의 전송 또는 공급될 유효 전력을 위한 외부 전력 프리세팅의 실행이 이에 포함된다.
또한, 풍력 단지를 포함해서 풍력 발전 설비들이 능동적으로 관련 전력 공급 네트워크의 소위 네트워크 지원에 관여하는 것이 공개되어 있다. 전력 공급 네트워크 내의 전압의 안정화를 지원하는 것이 이에 포함된다. 또한, 네트워크 단락과 같은 네트워크 장애 시 안정화 조치를 취하는 것도 이에 포함된다. 전력 공급 네트워크의 운영자의 네트워크 접속 조절 시 풍력 단지 또는 풍력 발전 설비의 이러한 특성이 (네트워크 운영자에게) 제공되고, 경우에 따라서 풍력 단지 또는 풍력 발전 설비의 운영자에 의해 검출되어야 한다.
단지 제어부는 예를 들어 미국 출원 US 2006 0142899 A1호에 공개되어 있다. 네트워크 지원을 위한 방법은 예를 들어 DE 197 56 777호, US 6 965 174호 및 US 7 462 946호에 기술되어 있다.
네트워크 접속점에서 공급되는 전력 및 네트워크 접속점에서 공급되는 전류 - 또는 정확히 말해서 공급되는 위상 전류 - 는 개별 풍력 발전 설비들이 생성하는 전류들로 구성된다. 말하자면 풍력 발전 설비들은 각각의 전류 및 결과적으로 공급되는 전체 전류를 양과 위상에 따라 형성하여 제공한다. 이는 최근의 풍력 발전 설비에서 각각 하나의 또는 다수의 주파수 인버터의 이용에 의해 이루어진다. 풍력 발전 설비들은 따라서 네트워크 안정화 및 네트워크 지원을 위한 적절한 조치도 실시한다. 특히 문제점은, 풍력 발전 설비, 특히 풍력 단지에 의한 네트워크 지원에 대해 점점 증가하는 요구 사항들을 충족하는 것이다. 또한 요구되는 네트워크 지원 특성의 검출 결과를 제시하는 것도 어려울 수 있다.
특히 전압 강하 시 네트워크 지원 조치의 신속한 실행이 문제가 될 수 있다. 이 경우 네트워크 장애, 특히 네트워크 전압 강하의 신속한 검출은 물론 해당하는 네트워크 장애의 발생 시 네트워크 지원 조치의 신속한 실행이 문제가 된다. 신속한 측정을 위한 제안들이 US 20120169059 A1호에 기술되어 있다. 따라서 네트워크 상태, 특히 네트워크 전압의 검출을 위한 매우 신속한 방법이 가능하다. 네트워크 장애 시 신속한 실행은 그럼에도 불구하고 여전히 문제가 될 수 있다.
본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 적어도 하나의 문제를 해결하는 것이다. 특히 특성의 가급적 양호한 검출과 동시에 높은 품질 및/또는 높은 반응 속도의 네트워크 지원을 위한 해결 방법이 제안되어야 한다. 적어도 대안 해결 방법이 제공되어야 한다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 방법에 의해 해결된다. 본 발명에 따라 청구범위 제 1 항에 따른 방법이 제안된다. 따라서 다수의 풍력 발전 설비를 포함하는 풍력 단지는 상기 방법을 기반으로 한다. 상기 풍력 단지는 요컨대 단지 제어 유닛을 이용해서 적어도 하나의 네트워크 상태 변수가 검출되는 네트워크 접속점에서 전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급한다. 이러한 상태 변수는 특히 네트워크 접속점에서 전력 네트워크 전압이다. 기본적으로 제안된 방법은 전력 공급 네트워크 내로 전력을 공급하는 하나의 풍력 발전 설비를 위해서도 이용될 수 있다.
또한 공급 네트워크는, 네트워크 내에 과도 과정이 있는지에 대해 체크된다. 보통의 경우 및 정상적인 경우에 전력 공급 네트워크는 고정 주파수와 고정 진폭을 갖는 거의 정현파 전압을 갖는다. 주파수 및 진폭은, 정상적인 상태의 기준을 벗어나지 않으면서 매우 좁은 한계 내에서 변할 수 있다. 또한 정현파적 변화의 편차, 특히 대칭 및 비대칭 고조파가 존재할 수도 있다. 전압 진폭으로서 이 경우 전압의 실효값의 이용이 충분할 수 있다. 또한 주로 단상의 전압만을 이용하는 것도 충분할 수 있다.
전압이 예를 들어 전압 공칭값의 90% 이하의 값으로 강하함으로써, 전압이 전술한 정상 상태와 현격하게 차이가 있으면, 과도 과정이 나타난다. 과도 과정은 따라서 정상 정현파 전압 변화로부터 현격하게 벗어남을 의미한다. 이 경우 정상 정현파 전압 변화로부터 벗어난 상기와 같은 상태로 변동도 고려된다. 특히 이러한 과도 과정의 예는 네트워크 내 단락으로 인한 네트워크 전압의 강하이다. 이로 인해 전압은 갑작스럽게 0으로 강하할 수 있다. 전압은 그러나 부분적으로만 강하할 수도 있다. 이러한 부분적인 강하는 특히, 전압이 단락 위치에서 바로 0으로 강하하고, 관련 공급 네트워크는 그럼에도 계속 작동될 때 나타나므로, 단락 위치로부터 적절하게 멀리 떨어져 있는 공급 네트워크 내 다른 지점에서 전압이 유지될 수 있다. 그러나 각각의 경우에 관련 지점에서 전압이 0으로 강하하지 않더라도 신속한 전압 강하가 나타날 수 있다.
과도 과정은 이와 관련해서 공급 네트워크 내의 비정상적 상태를 의미하기도 하고, 따라서 이러한 과정은 과도 과정이라고도 한다.
과도 과정이 검출되면, 단지 제어 유닛에 의해 기록된 측정값들이 개별 풍력 발전 설비에 전달된다. 따라서 네트워크 접속점에서 특히 공급 네트워크 내 전압의 측정값들은 처음에 개별 풍력 발전 설비에 전달되는 것이 아니라, 과도 과정이 검출되고서야 전달된다. 풍력 발전 설비들은 즉 정상 상태에서, 아직 과도 과정이 검출되지 않았을 때에는 실질적으로 독자적으로 작동할 수 있고, 과도 과정이 검출되었을 때보다 적어도 더 독자적으로 작동할 수 있다.
대안으로서, 기록된, 특히 실효값들로 평균화된 또는 계산된 측정값들은 정상적인 상태에서도 단지 제어 유닛에 의해 더 낮은 클럭 속도로, 예를 들어 초당 하나의 값씩 개별 풍력 발전 설비에 전달된다. 과도 과정이 검출되면, 상기 전송 클록 속도는 예를 들어 20 ms로, 즉 20 ms당 하나의 값 또는 값패킷으로 높아진다. 이러한 값은 50 Hz-네트워크의 경우에 사이클당 하나의 값 또는 값패킷에 해당한다.
이로써 풍력 발전 설비는 과도 과정의 검출 시 값을 네트워크 접속점으로부터 직접 특히 매우 높은 클럭 속도로 수신하고, 이로 인해 적절한 필수 네트워크 지원으로 제어를 전환할 수 있다. 네트워크 접속점으로부터 값들이 전송됨으로써, 관련 풍력 단지 내의 풍력 발전 설비 전체가 동일한 값을 수신하는 것이 보장된다. 이로 인해 풍력 발전 설비들의 상호간의 매우 긴밀한 조정이 달성될 수 있다.
낮은 클럭 속도의 측정값들은 특히 예를 들어 네트워크 상태 모니터링에 의해 계산된 측정값이다. 상기 값들은 그러한 점에서 더 높은 클럭 속도의 측정값들과 다르고, 상기 측정값은 하이 샘플링된 측정값이라고 할 수도 있고, 상기 측정값에서 클럭 속도 또는 듀티 사이클은 이것이 검출과 관련된 경우에 적어도 1 kHz, 바람직하게는 5 kHz이다.
측정값들의 검출은 물론 측정값들의 제안된 전송 및 계속해서 설명되는 제어값들의 결정과 전송도, 구체적인 실시예에 따라 달리 명시적으로 제안되지 않는 한, 높거나 낮은 클럭 속도로 이루어질 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 단지 제어 유닛이 직접 제어값을, 특히 세팅할 설정값을 개별 풍력 발전 설비에 전송하는 것이 제안된다. 협조 제어는 특히 네트워크 지원 조치를 위해 고려되고, 이러한 네트워크 지원 조치는 따라서 간단하게 단지 제어 유닛에 의해 실행될 수 있다. 단지 제어 유닛은 이를 위해 전력 공급 네트워크 내로 전류의 공급 및 조정을 위한 고유의 주파수 인버터 또는 유사한 장치를 포함하지 않아도 된다. 단지 제어 유닛은 풍력 발전 설비의 상응하는 장치들을 제어함으로써 협조 제어를 달성한다. 바람직하게는 단지 제어 유닛은 네트워크 접속점에서 현재 공급의 세부사항, 특히 공급되는 전류, 즉 풍력 단지의 공급되는 전체 전류의 레벨과 위상을 검출한다.
실시예에 따라, 네트워크 접속점에서 네트워크 상태 변수로서 거기에서 공급 네트워크의 전압이 검출되고, 적어도 하나의 공급된 전류의 위상각 및/또는 공급된 무효 전력이 검출되는 것이 제안된다. 추가로 또는 대안으로서 공급된 전류의 양이 검출될 수 있고, 이 경우 공급된 전류의 양과 위상으로부터 전압을 고려하여 무효 전력이 결정될 수 있다. 네트워크 접속점에서 이러한 중앙 측정값들의 검출 및 경우에 따라서 제공을 위해 풍력 단지의 전력 공급은 풍력 단지의 풍력 발전 설비에 의해 조정될 수 있다. 또한 이로 인해 풍력 단지의 공급 특성의 검출도 전체적으로 개선될 수 있고, 비로소 가능해질 수 있다.
바람직하게는 공급될 전류의 위상은 제어값으로서 개별 풍력 발전 설비에 전송된다. 이로 인해 공급될 전체 전류, 특히 공급될 무효 전류가 영향을 받을 수 있다.
실시예에 따라, 풍력 발전 설비에 전달된 제어값들은 각각의 풍력 발전 설비에 대해 개별화되는 것이 제안된다. 먼저 특히 네트워크 전압에 대한 값과 공급된 전력 및 공급된 무효 전력의 전체 값들이 제공된 단지 제어 유닛은 우선 공급될 전체 무효 전력 및/또는 공급될 전체 무효 전류에 대한 설정값을 결정할 수 있다. 이러한 전체 값들은 개별 풍력 발전 설비로 분배될 수 있다. 개별 풍력 발전 설비를 위해 그로부터 또는 다른 값들로부터 각각 하나의 개별 설정값이 계산되어, 관련 풍력 발전 설비에 전송될 수 있다. 단지 제어 유닛은 이 경우 풍력 단지 내 개별 풍력 발전 설비에 관한 정보 및 전체 설정값들에 대해 고려할 수 있다. 풍력 단지 내 모든 풍력 발전 설비들이 동일하고 모두 운전 중인 경우에, 풍력 발전 설비들은 동일한 값을 수신할 수 있다. 풍력 단지 내 상이한 풍력 발전 설비의 경우에, 특히 그 공칭 전력에서 이러한 차이를 고려하는 것이 가능하다. 이를 위해 상기 제어값들은 개별화된다. 특히 동일하거나 실질적으로 동일한 그룹화된 풍력 발전 설비의 경우에 이러한 제어값들을 그룹별로만 개별화하는 것이 바람직하고 충분할 수 있다. 하나의 그룹의 각각의 풍력 발전 설비는 동일한 그룹 내의 다른 풍력 발전 설비와 동일한 제어값을 수신한다.
이 경우 제어값들은 특히 공급될 무효 전류의 각각의 무효 전류 설정값을 지정한다. 모든 풍력 발전 설비의 무효 전류 설정값의 합은 전체 무효 전류 설정값을 나타내고, 상기 전체 무효 전류 설정값은 네트워크 접속점에서 공급될 무효 전류의 레벨을 제시한다. 요컨대 제어값으로서 단지 제어 유닛에 의해 제공되는 풍력 발전 설비의 각각의 무효 전류 설정값은 관련 풍력 발전 설비의 현재 공급 용량 및 네트워크 접속점의 전체 무효 전류 설정값에 의존한다.
또한 실시예에 따라, 각각의 풍력 발전 설비는 특히 전력함으로 형성될 수 있는 다수의 공급 유닛을 포함하는 것이 제안된다. 이러한 공급 유닛들은 각각 전력 공급 네트워크 내로 공급을 위한 전류를 생성하고, 전류 인버터로서 형성될 수 있거나 전류 인버터를 포함할 수 있다. 바람직하게 각각의 공급 유닛은 공급 전력과 관련해서, 특히 상기 유닛에 의해 생성 가능하고 공급 가능한 전류와 관련해서 동일한 크기이고, 특히 풍력 발전 설비들이 상이한 크기를 갖더라도 풍력 단지 내 다른 풍력 발전 설비와 달리 동일한 크기이다. 이로써 전류 인버터의 상이한 개수에 의해 상이한 공급 용량이 실현되는 컨셉이 제안되어 기초가 된다. 개별화된 무효 전류 또는 공급될 다른 전류의 계산과 지정은 개별 풍력 발전 설비의 경우에 바람직하게는 제공된 상기 풍력 발전 설비의 공급 유닛의 각각의 개수, 즉 전류 인버터 유닛의 개수에 의존해서 이루어진다.
단지 제어 유닛은 이 경우 풍력 단지 내 각각의 풍력 발전 설비의 공급 유닛의 개수를 계산할 수 있고, 따라서 개별화된 제어값들을 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 각각의 풍력 발전 설비의 또는 풍력 발전 설비의 각각의 그룹의 무효 전류 설정값 및/또는 유효 전력 설정값은 각각의 풍력 발전 설비의 공칭 유효 전력 및/또는 공칭 유효 전류에 의존해서 결정되고, 풍력 발전 설비에 적절하게 전송되는 것이 제안된다. 바람직하게는 현재 운전 중이거나 운전 준비된 풍력 발전 설비만 및/또는 공급 유닛만이 고려된다.
각각의 공칭 유효 전력 또는 공칭 유효 전류는 따라서 공급 가능한 용량을 나타낸다. 현재 운전 중인 풍력 발전 설비의 모든 공칭 유효 전력 또는 공칭 유효 전류의 합은 이로써 충분한 풍력이 주어지는 한, 풍력 단지로부터 가용한 전체 유효 전력 용량 또는 유효 전류 용량을 나타낸다.
공칭 전류의 고려는, 얼마나 많은 전류가 실제로 각각 공급될 수 있는지에 대한 기준을 제시한다. 풍력 발전 설비, 상기 설비의 개별 공급 유닛 및/또는 제공된 라인들의 설계는 이러한 공칭 전류에 기초해서 이루어지고 및/또는 이러한 공칭 전류를 제한할 수 있다. 풍력이 거의 없을 때에도, 높은 무효 전력, 종종 심지어 유효 전력보다 높은 무효 전력을 공급하는 것이 가능할 수 있다. 풍력이 약할 때에도 작은 유효 전류만, 경우에 따라서는 더 높은 무효 전류가 생성될 수 있다. 전체 전류 및 무효 전류는 풍력 발전 설비, 특히 공급 유닛 및/또는 접속 라인의 기술적 설계에 의해 제한된다. 따라서 이를 고려하는 것이 제안되고, 이것은 각각의 공칭 전류의 고려에 의해 이루어질 수 있다.
실시예에 따라, 풍력 발전 설비(4)에 전달된 제어값들(iQS1, iQS2, iQS3)은
- 위상에 따라 상이하고,
- 비대칭도를 포함하고 및/또는
- 정상분과 역상분에 의해 지정되고, 이 경우 전달된 제어값들은 특히 공급될 무효 전류의 각각의 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)을 지정한다.
이로써 일반적인 3상 시스템이 전제되고, 위상들 사이에 비대칭이 나타날 수 있는 것이 고려된다. 이러한 비대칭은 전송될 제어값들에 대해서도 고려된다. 이를 위해 대칭 성분 방법을 이용하여 상응하게 제어값들을 정상분과 역상분에 의해 지정하는 가능성을 포함해서 다양한 가능성이 제안된다. 특히 공급될 무효 전류에 대해 설정값들이 지정된다.
바람직하게 과도 과정은,
- 네트워크 전압이 예정된 전압 한계값 아래로 강하함으로써,
- 네트워크 전압이 예정된 전압 상한값을 초과함으로써,
- 네트워크 전압이 크기에 있어서 변동 한계값을 초과하는 시간 구배에 따라 변동됨으로써 및/또는
- 네트워크 전압과 기준값의 차이 및 네트워크 전압의 시간 구배가 각각 가중되어, 전체 기준에 추가됨으로써 그리고 전체 기준이 전적으로 또는 크기에 있어서 전체 한계값을 초과함으로써 검출된다.
네트워크 전압이 예를 들어 전력 공급 네트워크의 공칭 전압의 90%일 수 있는 예정된 전압 한계값 아래로 강하하면, 전압 강하가 검출되고 따라서 과도 과정이 검출된다. 추가로 또는 대안으로서, 네트워크 전압의 변동 속도를 검출할 수 있고, 이를 위해 네트워크 전압의 시간 구배에 따라, 즉 시간과 관련해서 어떤 기울기에서 네트워크 전압이 변동되는지 모니터링하는 것이 제안된다. 특히 이 경우 전압 강하, 즉 네가티브 기울기 및 네가티브 구배가 검출되고, 크기에 있어서 변동 한계값과 비교된다. 이러한 변동 한계값은 예를 들어 ms 당 1 V일 수 있거나, 예를 들어 초 당 1%의 증가와 같은 정규화된 값이 기초가 될 수 있고, 이 경우 100%의 전압은 전력 공급 네트워크의 공칭 전압에 해당한다. 이로써 전압이 그 절대값에 있어서 현저하게 변동되기 전에, 크기에 있어서 구배가 클 때 네트워크 단락 또는 다른 장애가 검출될 수 있다.
전압 강하 외에 심한 전압 상승도 전력 공급 네트워크 내 장애일 수 있다. 따라서, 이러한 전압 상승도 과도 과정으로서 검출하는 것이 제안된다. 특히, 현재 네트워크 전압이 전력 공급 네트워크의 정상적인 네트워크 전압, 특히 공칭 전압을 10%이상 초과하는 경우에, 즉 110%보다 큰 경우에, 심한 전압 상승이 나타난다.
바람직하게는, 네트워크 전압을 그 절대값에 따라 관찰하는 것과 전압의 구배를 관찰하는 것이 제안된다. 이는, 한편으로 네트워크 전압과 기준값 사이의 전압차 및 다른 한편으로 네트워크 전압의 시간 구배가 관찰되도록 고려될 수 있다. 이러한 전압차 및 구배는 각각 가중되어 추가되고, 경우에 따라서는 크기에 따라 추가된다. 2개의 가중은 일반적으로 상이하고, 한편으로는 절대 전압 및 다른 한편으로 전압 구배의 상이한 단위들이 고려될 수도 있다. 바람직하게 2개의 가중은, 가중된 값들이 단위를 갖지 않도록 선택된다.
이로써 예를 들어 네트워크 전압이 기준값보다 작고, 전압 구배가 상기 전압이 다시 상승 중인 것을 나타내는 경우에, 과도 과정으로 간주될 수 있다.
실시예에 따라, 공급 네트워크 내의 과도 과정이 검출되었을 때, 정적 제어로부터 과도 제어로 전환되고 및/또는 과도 과정이 종료되었음이 검출되었을 때, 과도 제어로부터 다시 정적 제어로 전환되는 것이 제안된다. 이로써, 과도 과정이 존재하는지 여부에 의존해서 기본적으로 다른 제어, 즉 특히 기본적으로 다른 단지 제어부를 이용하는 것이 제안된다.
정적 제어의 경우에, 공급될 무효 전류에 대한 프리세팅값 및/또는 조정될 위상각에 대한 프리세팅값을 각각의 풍력 발전 설비에 제공하지 않는 것이 제안된다. 이로써 정적 제어의 경우에 단지의 풍력 발전 설비들은 훨씬 더 독자적으로 작동한다.
정적 제어의 경우에 실시예에서, 네트워크 접속점에서 단지 제어부가 검출한 전압 측정값들은 평균값으로서 제 1 클럭 속도로 풍력 발전 설비에 전송되거나 이러한 전압 측정값들은 풍력 발전 설비에 전혀 전송되지 않고, 풍력 발전 설비들은 오히려 각자의 측정값을 이용한다. 제안된 제 1 클럭 속도는 비교적 작은 클럭 속도이고, 이것은 예를 들어 1 ms일 수 있다.
과도 제어의 경우에, 공급될 무효 전류 및/또는 조정될 위상각에 대한 프리세팅값들은 각각의 풍력 발전 설비에 제공되는 것이 제안된다. 따라서 이 경우 명확하고 철저하게 개별 풍력 발전 설비의 조절 또는 제어의 독립성에 개입된다. 풍력 발전 설비들은 지금까지 각각의 필수 위상각을 독자적으로 조정하였을 뿐만 아니라 독자적으로 결정하였다. 이는 이러한 실시예에 따라 과도 제어의 경우에, 즉 과도 과정이 검출되었을 때 이용되는 제어의 경우에는 더 이상 실시되어서는 안 된다. 특히 네트워크 단락 또는 이와 같은 것으로 인한 전압 강하를 암시하는 과도 과정의 경우에, 특히 여기에서 검출되어 구현된 바와 같이 신속한, 의도한 그리고 바람직하게는 명확하게 재현 가능한 제한된 과정이 바람직하다. 단지 제어 유닛에 의해 설정값이 지정됨으로써 풍력 발전 설비들은 공급 네트워크의 이러한 문제가 되는 민감한 상태에 대해 의도대로 조정된다.
바람직하게는 과도 제어의 경우에 네트워크 접속점에서 전압 측정값들은 순시값으로서 또는 준순시값으로서 결정되어 풍력 발전 설비에 전송된다. 물리적으로 순시값의 실시간 검출 및 이용은 기본적으로 불가능하지만, 특히 네트워크 수단 내에서 다수의 주기에 걸쳐서가 아니라, 각각의 실제 주기에만 할당된 가능한 한 신속한 측정값이 이용될 수 있다. 상기 값은 단지에서 볼 때 순시값, 적어도 준순시값이다. 이러한 측정값을 검출하는 가능성은 예를 들어 특허 출원 DE 10 2009 031 017호 또는 US 2012 0169059 A1호에 기술되어 있고, 이 경우에도 특히 3상 전압 네트워크 내 전압의 측정값 검출을 위한 상기 간행물에 기술된 방법의 이용이 제안된다. 그러한 점에서 상기 특허 출원의 대상은 본 상세한 설명의 부분으로 간주될 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 전압 측정값들을 제 1 클럭 속도에 비해 증가한 제 2 클럭 속도로 풍력 발전 설비에 전송하는 것이 제안된다. 풍력 발전 설비들은 이로 인해 매우 신속하게 그리고 또한 서로 동시에 전력 공급 네트워크의 전압에 관한 각각의 현재 값을 네트워크 접속점에서 수신한다. 제 2 클럭 속도는 이 경우, 관련 값들이 풍력 발전 설비에 신속하게 및 신속하게 조정되어 전송될 수 있도록 높게 선택되므로, 네트워크 고장, 특히 네트워크 단락의 변동이 복잡하고 신속한 경우에 적절한 네트워크 지원은 해당하는 필수 속도로 실시될 수 있다.
바람직하게 풍력 단지는, 네트워크 접속점에서 공급될 최소 전체 유효 전력에 의존해서 미달되지 않도록 제어된다. 이 경우, 단락 전류 공급 시에도 임의의 최소 전력 공급이 보장되는 것이 달성될 수 있다. 이러한 최소 유효 전력은 공급된 또는 공급될 유효 전력에 의존할 수 있다.
다른 실시예에서, 전력 공급 네트워크를 제어하는 네트워크 제어센터에 과도 과정의 검출이 보고되는 것을 제안한다. 따라서 상기 네트워크 제어센터는 이러한 과도 과정, 즉 네트워크 장애에 관해 정보를 받을 수 있다. 또한 네트워크 제어센터를 향한 이러한 정보는, 풍력 단지의 해당 거동이 예상될 수 있고 또는 이러한 네트워크 제어센터에서 풍력 단지의 거동을 확인할 수 있다는 것도 포함한다.
바람직하게, 네트워크 접속점에서 적어도 하나의 상태 변수, 특히 네트워크 전압이 연속적으로 감소하지 않은 클럭 속도로 측정되는 것이 제안된다. 과도 과정의 검출 시에만 측정된 이러한 네트워크 상태 변수들은 풍력 발전 설비에 전송되거나 적어도 과도 과정의 검출 시에만 이러한 전송은 가능한 한 높은 클럭 속도로, 특히 해당 네트워크 상태 변수들이 측정되는 클럭 속도로 이루어지는 것이 제안된다.
이로 인해, 높은 속도로, 즉 시간 지연이 가급적 작도록 네트워크 제어가 검출되는 것이 달성될 수 있다. 네크워크 장애의 검출은 그러나 매우 많은 예외가 있고, 따라서 실제로 과도 과정, 즉 네트워크 내 장애가 검출되었을 때에도, 해당 데이터를 전송하거나 감소하지 않은 클럭 속도로, 가능한 한 신속하게 전송하는 것이 제안된다.
본 발명에 따라 또한 네트워크 접속점에서 전력 공급 네트워크 내로 전력의 공급을 위해 준비된 풍력 단지가 제안된다. 이러한 풍력 단지는 다수의 풍력 발전 설비와 하나의 단지 제어 유닛을 포함한다. 풍력 단지, 특히 상기 단지의 단지 제어 유닛은, 전술한 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따른 방법을 실시하도록 준비된다.
계속해서 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 실시예를 참고로 예시적으로 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따라 제어 가능한 풍력 단지를 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 포함하는 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 나셀(104)에 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하고, 이로 인해 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 공통의 네트워크 접속점(6)에서 간단히 네트워크라고 할 수도 있는 전력 공급 네트워크(8) 내로 전력을 공급하는 예를 들어 3개의 풍력 발전 설비(4)를 포함하는 풍력 단지(2)를 도시한다. 풍력 발전 설비들(4)은 각각의 공급할 전류를 생성하고, 상기 전류들은 단지 네트워크(10)에서 집전되어 변압기(12)에 전달된다. 변압기(12)에서 단지 네트워크(10) 내의 전압은 공급 네트워크(8)의 적절한 전압으로 승압된다.
네트워크 접속점(6)에서 및 도시된 실시예에서 변압기 후방(12)에서, 즉 네트워크(8)를 향한 상기 변압기 측에서 공급된 실제 전류(Iist) 및 존재하는 실제 전압(Uist)이 측정되고, 고려 및 평가를 위해 측정값으로서 단지 제어 유닛(14)에 제공된다.
FCU라고도 할 수 있는 단지 제어 유닛(14)은 FCU-버스(16)를 통해 개별 풍력 발전 설비(4)와 통신한다. 단지 제어 유닛(14)은 또한 SCADA-시스템(18)과 통신하고, 상기 시스템에 의해 단지 및 개별 풍력 발전 설비의 통합된 제어 및/또는 모니터링이 실행될 수 있다. SCADA-시스템(18)은 또한 SCADA-버스(20)를 통해 풍력 발전 설비들과 통신한다.
실시예에 따라, 전력 공급 네트워크(8) 내의 과도 과정을 검출하기 위해 네트워크 접속점(6)에서 측정된 값들이 단지 제어 유닛(14)에 의해 평가되는 것도 제안된다. 현재 측정값들은 가능한 한 신속하게 그리고 높은 클럭 속도로 FCU-버스(16)를 통해 풍력 발전 설비(4)에 전달된다. 특히 네트워크 접속점(6)에서 검출된 각각의 현재 전압이 이에 포함될 수 있다. 공급된 전류의 위상각에 관한 정보, 즉 공급된 실제 전류와 검출된 실제 전압 사이의 위상각에 관한 정보도 높은 클럭 속도로 전달된 상기 실제 측정값에 포함될 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 단지 제어 유닛(14)은 네트워크(8) 내의 과도 과정의 검출 시 제어값들을 개별 풍력 발전 설비(4)에 FCU-버스(16)를 통해 전송하는 것이 제안된다. 마찬가지로 높은 클록 속도로 전달되어야 하는 전달될 제어값들로서 특히 무효 전류 설정값(iQS)이 전달되고, 특히 각각의 풍력 발전 설비(4)마다 개별 무효 전류 설정값(iQ1, iQ2 또는 iQ3)이 전달된다. 각각의 위상에 대한 값들도 개별적으로 전송될 수 있다. 이는, 값이 비대칭도와 함께 전송되도록, 또는 설정값, 예를 들어 대칭 성분 방법과 관련해서 정상분 및 역상분에 대한 무효 전류의 설정값이 전송되도록 이루어질 수도 있다. 따라서 네트워크 접속점(6)에서 전류와 전압에 대한 측정값들로부터 직접 상기 설정 전류들이 단지 제어 유닛(14)에서 계산될 수 있고, 이 경우 상기 측정값들은 서로 매칭되고, 관련 풍력 발전 설비(4)에 전달된다. 그리고 나서 풍력 발전 설비들(4)은 요구되는 이러한 무효 전류들을 직접 설정할 수 있다. 단지 제어 유닛(14)은 이로써, 풍력 발전 설비들(4)이 지정된 설정값들을 전술한 방식으로도 구성할 수 있는 것이 전제되면, 어떤 전체 전류가, 특히 어떤 전체 무효 전류가 공급되는지 조절할 수 있고 조기에 검출할 수도 있다.
이러한 방법에 의해 FRT(Fault Ride Through)라고도 하는 오류 경우로 인한 풍력 단지(2)의 전력 공급의 제어도 개선될 수 있고, 풍력 단지의 실재 거동이 검출될 수 있다. 특히 이로써 전력 공급 네트워크(8)에 풍력 단지(2)의 접속에 필요한 필수적인 검출 결과가 제시될 수도 있다. 특히 이러한 특수한 임계적인 경우에 풍력 단지의 인증 가능성도 개선된다.
이와 관련해서 제안된 이러한 해결 방법은 각각의 풍력 발전 설비가 FACTS-제어를 포함해서 단독으로 제어를 실시하는 풍력 단지 내의 기존의 상황들과도 다르다. 이러한 제어는 단지 제어 유닛(14)에 의해 중앙에서 실시된다. 각각의 생성될 전류의 실재 변환은 여전히 개별 풍력 발전 설비에 의해 실행된다. 이는 특히, 각각의 개별 풍력 발전 설비마다 공급점에서 정확한 전압 레벨과 실재 위상각이 여러 번 공개되지 않는 장점을 제공한다. 바람직하게 측정은 네트워크 접속점에서 소위 공간 벡터 방법에 의해 이루어진다. 이러한 방법은 간행물 US 2012/0169059호에 기술되어 있고, 네트워크 상태 모니터링이라고도 할 수 있다.
무효 전력 설정값의 지정 시 먼저 단지 전체에 대해 전체 무효 전력 설정값이 결정된 후에, 단지 내의 각각의 풍력 발전 설비를 위해 개별 설정값으로 분배된다. 이는 균일하게 이루어질 수 있고, 전력함, 즉 사용된 공급 유닛 또는 전류 인버터 유닛의 개수에 따라 이루어질 수 있고, 각각의 이용 가능한 전력함에 따라 이루어질 수 있고, 이 경우 이를 위해 단지 제어 유닛(14)에 어떤 전력함, 즉 전류 인버터가 현재 이용 가능한지 그리고 이용 준비가 되어 있는지에 관한 정보가 제공된다. 고려할 기준은 관련 풍력 발전 설비가 대체로 문제의 순간에 작동하는지 여부일 수도 있다. 지금까지 기존의 풍력 단지에서 네트워크 장애 또는 네트워크 오류(Fault Ride Through; FRT)의 발생은 풍력 발전 설비의 영역에서 이루어졌고, 단지 영역에서 이루어지지 않았고, 풍력 발전 설비들은 이를 각각 독자적으로 처리하였다. 이로 인해 또한 풍력 단지의 네트워크 접속점에서 FRT-거동의 검출도 어려워지고, 이는 제안된 해결 방법에 의해 개선된다.
기존의 컨셉에서 문제점은, 개별 풍력 발전 설비 내의 FACTS-제어에 네트워크 접속점에서 전압 레벨과 위상각이 어떤지 공개되지 않았다는 것이었다. 특히 이제는 전압 신호들을 네트워크 접속점으로부터 풍력 발전 설비로 전송하는 것이 제안되므로, 거기에서 네트워크 접속점에서 최적의 네트워크 지원을 위해 실재 무효 전류 제공을 위한 상대적 조정이 이루어질 수 있다. 값들의 전달은 공간 벡터 방법으로 이미 계산된 값으로 또는 정현파 형태로 이루어질 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 전체 무효 전류 진폭 설정값을 결정하고, 이를 풍력 단지의 구성에 따라 풍력 발전 설비에 전송하는 것이 제안된다.

Claims (11)

  1. 다수의 풍력 발전 설비(4)를 포함하는 풍력 단지(2)를 이용해서 전력 공급 네트워크(8) 내로 전력을 공급하기 위한 전력 공급 방법으로서,
    - 네트워크 접속점(6)에서 전력을 공급하는 단계,
    - 단지 제어 유닛(14)을 이용해서 상기 네트워크 접속점(6)에서 적어도 하나의 네트워크 상태 변수를 검출하는 단계,
    - 과도 과정이 있는지에 대해 상기 전력 공급 네트워크(8)를 체크하는 단계, 및
    - 과도 과정이 있음이 검출되었을 때, 상기 단지 제어 유닛(14)에 의해 기록된 측정값들 또는 상기 단지 제어 유닛(14)에 의해 결정된 제어값들(iQS1, iQS2, iQS3) 또는 상기 측정값들과 제어값들 양자 모두를 상기 풍력 발전 설비(4)에 증가한 클럭 속도로 전송하는 단계에 있어서, 상기 증가한 클럭 속도는 상기 단지 제어 유닛의 정상 상태의 클럭 속도보다 증가된 것인 단계
    를 포함하고,
    상기 풍력 발전 설비(4)에 전달된 제어값들(iQS1, iQS2, iQS3)은 각각의 풍력 발전 설비(4) 또는 풍력 단지(2)의 상기 풍력 발전 설비(4)의 그룹에 대해 개별화되고,
    - 제어값들은 공급될 무효 전류의 각각의 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)을 지정하거나,
    - 모든 풍력 발전 설비(4)의 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)의 합은 상기 네트워크 접속점(8)에서 공급될 무효 전류의 레벨을 제시하는 전체 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)을 나타내거나, 또는
    - 하나의 풍력 발전 설비(4)의 각각의 무효 전류 설정값은 관련 풍력 발전 설비(4)의 현재 공급 용량, 또는
    - 네트워크 접속점(6)의 전체 무효 전류 설정값에 의존하는 것이고,
    각각의 풍력 발전 설비(4)는 전력 공급 네트워크(8) 내로 공급하기 위한 전류를 생성하는 다수의 공급 유닛을 포함하고, 각각의 풍력 발전 설비(4)의 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)은 크면 클수록 관련 풍력 발전 설비(4)가 더 많은 공급 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 접속점(6)에서 네트워크 상태 변수로서
    - 상기 공급 네트워크(8)의 전압,
    - 적어도 하나의 공급된 전류의 위상각,
    - 적어도 하나의 공급된 전류의 양, 또는
    - 공급된 무효 전력이
    검출되거나, 또는
    - 공급될 전류의 위상은 제어값으로서 개별 풍력 발전 설비에 전송되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 각각의 풍력 발전 설비(4)의 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)은 각각의 공급 유닛의 개수에 비례하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3) 또는 유효 전력 설정값은 각각의 풍력 발전 설비(4)의 공칭 유효 전력 또는 공칭 전류에 의존해서 결정되거나, 상기 각각의 풍력 발전 설비(4)가 운전 중인 경우에, 공칭 유효 전력 또는 공칭 전류에 정규화된 값으로서 전송되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 공급 네트워크(8)는 3상이고, 상기 풍력 발전 설비(4)에 전달된 제어값들(iQS1, iQS2, iQS3)은
    - 위상에 따라 상이하거나,
    - 비대칭도를 포함하거나, 또는
    - 정상분과 역상분에 의해 지정되고, 전달된 제어값들은 공급될 무효 전류의 각각의 무효 전류 설정값(iQS1, iQS2, iQS3)을 지정하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    과도 과정은
    - 네트워크 전압이 예정된 전압 한계값 아래로 강하함으로써,
    - 네트워크 전압이 예정된 전압 상한값을 초과함으로써,
    - 네트워크 전압이 크기에 있어서 변동 한계값을 초과하는 시간 구배에 따라 변동됨으로써, 또는
    - 네트워크 전압과 기준값의 차이 및 네트워크 전압의 시간 구배가 각각 가중되어 전체 기준에 추가됨으로써 그리고 전체 기준이 전적으로 또는 크기에 있어서 전체 한계값을 초과함으로써,
    검출되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    - 상기 전력 공급 네트워크(8) 내의 과도 과정이 검출되었을 때, 정적 제어로부터 과도 제어로 전환되거나, 또는
    - 과도 과정이 종료되었음이 검출되었을 때, 과도 제어로부터 다시 정적 제어로 전환되고,
    - 정적 제어의 경우에 상기 단지 제어 유닛(14)으로부터
    - 공급될 무효 전류 또는 조정될 위상각에 대한 프리세팅값들이 각각의 풍력 발전 설비(4)에 제공되지 않거나, 또는
    - 상기 네트워크 접속점(6)에서 전압 측정값들은 평균값으로서 제 1 클럭 속도로 풍력 발전 설비(4)에 전송되거나 또는 전혀 전송되지 않거나, 또는
    - 과도 제어의 경우에 단지 제어 유닛(14)으로부터
    - 공급될 무효 전류 또는 조정될 위상각에 대한 프리세팅값들이 각각의 풍력 발전 설비(4)에 제공되고,
    - 상기 네트워크 접속점(6)에서 전압 측정값들은 순시값으로서 또는 제 1 클럭 속도에 비해 증가한 제 2 클럭 속도로 상기 풍력 발전 설비(4)에 전송되거나, 또는
    - 상기 풍력 단지(2)는, 상기 네트워크 접속점(6)에서 공급된 또는 공급될 전체 무효 전력에 의존해서 상기 네트워크 접속점(6)에서 공급될 최소 전체 유효 전력이 미달되지 않도록 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 공급 네트워크(8)를 제어하는 네트워크 제어센터에 과도 과정의 검출이 보고되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 네트워크 접속점(6)에서 적어도 하나의 네트워크 상태 변수가 연속적으로 감소하지 않은 클럭 속도로 측정되고, 과도 과정의 검출시에만 상기 풍력 발전 설비(4)에 전송되거나 더 높은 클럭 속도로 상기 풍력 발전 설비(4)에 전송되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 방법.
  10. 네트워크 접속점(6)에서 전력 공급 네트워크(8) 내로 전력을 공급하기 위한 풍력 단지(2)로서,
    - 다수의 풍력 발전 설비(4) 및
    - 하나의 단지 제어 유닛(14)을 포함하고,
    상기 풍력 단지(2)는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전력 공급 방법을 실시하도록 준비되는 것을 특징으로 하는 풍력 단지.
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