KR20110137264A - 전기적 파워 제어 시스템 및 전기적 파워 제어 시스템을 포함하는 전기적 파워 설비 - Google Patents

전기적 파워 제어 시스템 및 전기적 파워 제어 시스템을 포함하는 전기적 파워 설비 Download PDF

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Abstract

전기적 파워 제어 시스템 및 상기 전기적 파워 제어 시스템을 포함하는 전기적 파워 설비.
복수의 파워 생산 엔티티(entity)들(204)의 파워 출력 신호들을 제1 파워 신호로서 결합시키기 위하여 상기 복수의 파워 생산 엔티티들이 접속할 수 있는 제1 노드(205); 상기 제1 노드에 상기 제1 파워 신호를 노드에 접속가능한 제2 노드에 제2 파워 신호로 변환시키기에 적합한 트랜스포머(219) ― 상기 제2 파워 신호는 상기 제1 파워 신호보다 더 큰 전압을 가짐 ―; 상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 커패시터(211, 223); 상기 파워 생산 엔티티들로부터 상기 로드로의 상기 파워 출력 신호들의 전송 손실에 의해 야기되는 파워 손실이 최소화되도록 상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드로의 상기 적어도 하나의 커패시터의 접속을 제어하도록 적응된 제어 유니트(209)를 포함하는 전기적 파워 시스템이 설명된다.

Description

전기적 파워 제어 시스템 및 전기적 파워 제어 시스템을 포함하는 전기적 파워 설비{Electric power control system and electric power facility comprising the electric power control system}
본 발명은 복수의 파워 생산 엔티티들을 제어하기 위한 전기적 파워 제어 시스템에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 복수의 파워 생산 엔티티들과 전기적 파워 제어 시스템을 포함하는 전기적 파워 설비에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 복수의 파워 생산 엔티티들을 제어하기 위한 전기적 파워 제어 시스템에 관한 것이고, 여기서 전기적 파워 제어 시스템은 전기적 파워 제어 시스템 내의 로드에 접속가능한 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
전기적 파워 설비는 풍력 터빈(wind turbine)들과 같은, 복수의 파워 생산 엔티티들을 포함할 수 있고, 이것은 유틸리티 그리드 네트워크(utility grid network)로 그들의 생성된 파워를 제공하기 위해서 공통 커플링의 지점(Point of common Coupling ; PCC)에 접속될 수 있다. 미국에서 용어 PCC는 그리드 운영자와 로컬 파워 생산자 사이의 접속을 지칭할 수도 있다. 그래서 공통 커플링의 지점은 그리드 회사가 트랜스포머(transformer)를 소유하는 경우에 MV 측에 있을 수 있다. 그것은 HV 측 상에서 트랜스포머의 반대 측 상에 적당할 수 있거나, 그것은 로컬 파워 생산자가 풍력 발전소로 나갈 라인을 설치했어야 하는 경우 상류(upstream)로 멀리 떨어져 있을 수 있다.
파워 품질을 향상시키거나 공통 커플링의 지점에 상호접속 규약(interconnection agreement)에 따르기 위해서, 풍력 터빈들은 특히, 그리드 상의 로드(load)에 따라 얼마간의 전압 암페어 리액티브(voltage ampere reactive;VAr) 제어를 요구할 수 있는 가변속도 풍력 터빈(variable speed wind turbine)들일 수 있다.
US 7,071,579 B2는 그리드에 접속된 풍력 기지(wind farm)를 위한 풍력 기지 VAr(전압 암페어 리액티브, 또는 var로서 지칭됨) 지원 제어기 및 고조파 필터 제어기(harmonics filter controller)를 개시한다. var 지원 및 고조파 필터는 로컬 규제(local regulation)들에 따른 저전압 또는 중간 전압을 고전압으로 변환하는 풍력 기지 트랜스포머와 풍력 터빈 트랜스포머 사이에서 그리드의 저전압 측에 적용된다. 전압(VAr) 지원은 PPC 지점에 요건들을 만족시키기 위해서 생산 엔티티(터빈들), 변전소(sub station) 트랜스포머의 MV 측면 또는 변전소 트랜스포머의 MV 측면에 적용된다.
US 7,042,110 B2는 가변속도 풍력 터빈을 개시하고, 여기서 풍력 터빈의 발전기 컨버터(generator converter)는 필드 오리엔테이션(field orientation) 방법에 의해 발전기 토크(torque)를 제어한다. 그리고 그리드 컨버터는 MW, 전압(MVAr 또는 cos(Φ))과 같은 그리드 특성들을 제어한다. 그러나, var 제어기 및 cos(Φ) 제어기는 상세하게 설명되지는 않는다.
US 7,606,638 B2는 전압 제압을 가지는 풍력 기지(wind park)를 개시하고, 여기서 네트워크에 파워 송전을 증가시키기 위해 풍력 터빈들에 대한 전압 레퍼런스들과 액티브 커패시터 뱅크들의 최상의 조합을 설정하기 위해서 파크 마스터(park master)는 풍력 에너지 설비들을 제어하기 위한 통신 라인들을 가진다.
복수의 파워 생산 엔티티들을 포함하는 파워 설비는 최상의 효율 미만으로 작동될 수 있다는 것이 관찰되었다. 게다가, 종래의 제어 방법들은 고레벨의 효율에 도달하기 위해서 융통성을 제공할 수 없다는 것이 관찰되었다.
파워 생산 설비의 효율을 개선하기 위해서 개개의 파워 생산 엔티티들에 전압(MVAr 또는 cos(Φ)) 레퍼런스들을 분배하는 복수의 파워 생산 엔티티를 제어하기 위한 전기적 파워 제어 시스템에 대한 필요성이 있을 수 있다. 게다가, 전기적 파워 설비의 효율에 관하여 특히 개선된 전기적 파워 제어 시스템을 포함하는 전기적 파워 설비에 대한 필요성이 있을 수 있다. 게다가, 변화하는 로드 상태들 아래에서 효율적으로 파워를 제공하는 전기적 파워 설비에 대한 필요성이 있을 수 있다.
이 같은 필요성이 독립항들에 따른 청구 대상에 의해 충족될 수 있다. 본원 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 의해 기재된다.
실시예에 따른 전기적 파워 제어 시스템은 복수의 파워 생산 엔티티들이 그들의 파워 출력 신호들을 제1 파워 신호로서 결합시키기 위한 접속가능한 제1 노드; 상기 제1 노드에 상기 제1 파워 신호를 로드로 접속가능한 제2 노드에 제2 파워 신호로 변환시키도록 적응된 트래스퍼머 ― 상기 제2 파워 신호는 상기 제1 파워 신호보다 더 높은 전압을 가짐 ―; 상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 커패시터; 파워 출력 신호들을 제1 노드에 결합시키는 것 그리고/또한 제2 파워 신호를 로드로 공급하는 것에 의해 야기되는 파워 손실을 최소화하기 위하여, 특히 PCC 지점 또는 레귤레이션(regulation) 지점에서 파워 생산 엔티티들에 의해 생산된 파워의 전송에 의해 야기되는 파워 손실을 최소화할 수 있도록, 파워 생산 엔티티들에 전압(MVAr 또는 cos(Φ)) 레퍼런스들을 전송하는 것뿐만 아니라 제1 노드 및/또는 제2 노드에 적어도 하나의 커패시터의 접속을 제어하도록 적응된 제어 유니트를 포함한다.
제1 노드는 복수의 파워 생산 엔티티들이 접속가능하거나 접속되는 전기적 접속 지점이고, 예를 들면 복수의 스위치를 통하여 제1 노드에 복수의 파워 생산 엔티티들의 각각을 접속 또는 단절시키도록 한다. 복수의 파워 생산 엔티티들의 각각은 풍력 터빈과 같은 전기적 에너지를 생산할 수 있는 임의의 엔티티일 수 있다. 전기적 에너지는 바람 에너지, 파도 에너지, 및/또는 태양 에너지와 같은 역학적 에너지로부터 생성될 수 있다.
복수의 파워 생산 엔티티들의 각각은 역학적 에너지를 전기적 에너지로 변화시키기 위한 전기기계의 트랜지듀서(transducer)를 포함할 수 있다. 특히, 복수의 파워 생산 엔티티들의 각각은 전기적 발전기(generator)를 포함할 수 있다. 게다가, 복수의 파워 생산 엔티티들의 각각은 발전기로부터의 전기적 파워 신호 출력을 공공 그리드(public grid)와 호환가능한, 특히 미리 결정된 주파수와 미리 결정된 전압 및/또는 전류를 가지는, 특히 3상 파워 신호인, 전기적 파워 신호로 변화시키기 위한 AC/DC/AC 컨버터를 포함할 수 있다. 게다가, 복수의 파워 생산 엔티티들의 각각은 파워 생산 엔티티 메인 단자들에서 파워 품질을 더욱 개선하기 위한 필터 회로를 포함할 수 있다.
복수의 파워 생산 엔티티들의 각각에 대하여 동작 전압은 조절가능할 수 있고 ― 동작 전압은 파워 생산 엔티티에 의한 파워 신호 출력의 전압을 나타냄 ―. 특히 동작 전압은 컨버터에서, 특히 풍력 터빈의 컨버터에서, 조절가능할 수 있다.
복수의 파워 생산 엔티티들의 전기적 파워는 (특정한 전압을 가지는 그리고 특정한 전류를 가지는 제1 파워 신호로서) 제1 노드에서 결합한다. 전류뿐만 아니라 전압은 시간에 대한 사인 또는 코사인과 같은, 삼각 함수에 따라 변화될 수 있다. 변화하는 제1 파워 신호의 주파수는 예를 들면 공칭 50Hz 또는 60 Hz일 수 있다.
제1 파워 신호의 전압과 전류는 동일 위상이 아닐 수 있으나, 서로에 대해 위상 이동(phase-shift)될 수 있다. 상대적인 위상 각도는 Φ로서 지칭된다. 그러므로, 전류는 위상 Φ 만큼 전압에 앞설 수도 있고, 또는 그 반대일 수도 있다. 제1 파워 신호의 전류와 전압 사이의 상대적인 위상 이동 Φ는 복수의 파워 생산 엔티티들 각각의 전기적 특성들, 제2 파워 신호가 접속된 로드 및 기타 요인들에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 로드가 전적으로 저항인 경우, 제1 파워 신호의 전압과 전류는 동일 위상(Φ=0)일 수 있어 그것 그들의 극성을 동시에 역전시킨다. 예들 들어, 로드가 전적으로 리액티브(reactive)인 경우, 이후에 제1 파워 신호의 전압과 전류는 90°로 위상이 차이날 수 있다(즉, Φ=90°).
전기적 신호의 전송된 파워는 전기적 신호의 전압과 전류의 곱이다. 그것에 의하여, 파워는 전압 곱하기 전류 곱하기 상대적인 위상 각(Φ)의 코사인과 같도록 상대적인 위상 관계가 또한 참작되어져야한다. 양
Figure pat00001
x I x V x cosine(Φ)는 "유효 파워(real power)"로 명명될 수 있고, 양
Figure pat00002
x I x V x sine(Φ)는 "무효 파워(reactive power)"로 명명될 수 있다(임의의 수식에서 x는 곱셈을 표현함). 또한, 양 I x V는 "피상 파워(apparent power)"로 명명될 수 있다. 그것에 의하여, I는 제1 파워 신호의 전류를 표시하고 V는 제1 파워 신호의 전압을 표시한다. 로드에서 파워 생산 설비로 역 전송되는 리액티브 파워는 때때로 단위 VAr(Volt-Amperes reactive)에 의해 정량화된다. 반대로 실제 파워는 단위, 와트(W)로 특정된다.
예를 들어, 로드가 전적으로 리액티브(Φ=90°)인 경우, 로드로의 에너지의 순전달(net transfer)은 없다. 리액티브 위상 각(Φ)이 0°에서 90°사이에 있는 경우, 특정한 시간대에 로드로의 에너지의 순전달이 있을 것이고 특정한 다른 시간대에 역방향으로 로드로부터의 순전달이 있을 것이다.
트랜스포머는 장거리 전선로들을 통하여 파워 신호의 더 효율적인 전송을 허용하기 위해서 제1 파워 신호보다 더 높은 전압을 가지는 제2 파워 신호로 제1 파워 신호를 변환할 수 있다.
적어도 하나의 커패시터는 전하들을 저장할 수 있는 임의의 전기적 디바이스일 수 있다. 예를 들면, 커패시터는 유전 매체(dielectric medium)에 의해 분리된 두 개의 전극들에 전하를 저장할 수 있고, 여기서 에너지는 두 개의 전극들 사이에서 생성되는 전기장에 저장된다. 적어도 하나의 커패시터는 3상 파워 그리드 상에서 용량성 특성들을 보일 수 있다. 그것은 스위칭된 커패시터(switched capacitor)들 또는 다른 디바이스들에 기초를 둘 수 있다.
실시예에 따른 제어 유니트는 제1 노드 및/또는 제2 노드의 몇몇 디바이스에서 커패시턴스의 양을 조절하도록 적응될 수 있다.
그리드 요건을 만족시키는 터빈들로 전송된 전압 레퍼런스들과 액티브 커패시터 뱅크들의 각각의 가능한 조합들에 대하여, 제어기는 PSS E 모델(지멘스에 의한 제품) 또는 회로 전체에 걸쳐 발생하는 전류들과 전압들을 계산하기 위한 전기적 인프라 구조의 임의의 다른 모델을 사용할 수 있고, 그리고 이 모델 결과에 기초하여 파워 생산 엔티티들에서 측정 지점으로의(설계에 의해 지시되는 바와 같이, 도 2의 로드(205 또는 221)에서) MW 손실에 대한 값을 설정할 수 있다. 그리드 요구들은 필요로 하는 매우 큰 리액티브 기여를 야기할 수 있고, 그래서 요구된 교환을 충족시키는 것에 관여된 커패시터들의 복수의 조합이 있을 수 있다. 다른 동작 상태들 동안에 매우 큰 리액티브 소비에 대한 필요성이 있을 수 있고, 그래서 매우 소수 개의 조합들 또는 아마도 단지 터빈들에서의 규제만이 요구된 리액티브 파워 교환을 만족시킬 수 있다.
예를 들면, 그리드 상호접속 규약이 주어진 상태하에 호환될 수 있도록 풍력 발전소가 15 MVAr를 생산해야 할 것을 요구하는 경우, 이것은
터빈 기여:+15 MVAr; 로드(205)에 전달된 커패시터들(211)의 기여:+0 MVAr; 노드(221)에서 커패시터들(223)의 기여:0 MVAr; 또는
터빈 기여:+10 MVAr; 로드(205)에 전달된 커패시터들(211)의 기여:+5 MVAr; 로드(221)에서 커패시터들(223)의 기여:0 MVAr; 또는
터빈 기여:+0 MVAr; 로드(205)에 전달된 커패시터들(211)의 기여:+15 MVAr; 로드(221)에서 커패시터들(223)의 기여:0 MVAr; 에 의해서 달성될 수 있다.
커패시터들의 크기와 커패시터의 개수에 종속에 따라 다른 조합들이 가능할 수 있다. 제어기(209)는 모든 조합들을 고려할 수 있고 최소의 전송 손실을 가지는 조합을 결정할 수 있고 따라서 커패시터들의 접속을 설정할 수 있다.
터빈 레벨에서 15 MVAr를 생성하는 전압 레퍼런스를 설정하는 것은 LV 측에서 전압을 증가시킬 것이고 여기에서 손실들을 감소시킬 것이다. 그러나 적어도 몇개의 커패시터 뱅크들을 작동시키는 것은 생산 엔티티들로부터 측정 지점으로 더 낮은 에너지 손실을 야기할 수 있을 것이다. 최상의 해결책은 또한 메인 그리드 전압에 종속할 수 있다.
그리드 상호접속은 간단한 영구적인 목표 값이 아닐 수 있다. 몇몇 상호접속들에 대하여는 동적 전압 레퍼런스일 수 있고 다른 상호접속들에 대하여는 그리드 운영자가 임의의 주어진 시간에 무엇을 필요로 하는지에 따라 동적 MVAr 또는 cos(Φ) 레퍼런스 일 수 있다. 몇몇 상호접속들에 대하여는 심지어 주어진 풍력 발전소가 전압 제어와 MVAr/cos(Φ) 모드와 같은, 상이한 동작 모드들 사이에서 스위칭할 수 있는 것이 요구될 수도 있다.
실시예에 따라 적어도 하나의 커패시터를 제1 노드로 접속시키는 것이 유리할 수 있다. 다른 실시예에 따라 적어도 하나의 커패시터를 제2 노드로 접속시키는 것이 유리할 수 있다. 또 다른 실시예에 따라 적어도 하나의 커패시터를 제1 노드 및 제2 노드 어디로도 접속시키지 않는 것이 유리할 수 있다.
실시예에 따라 파워 손실은 복수의 파워 생산 엔티티들에 의해 생성되는 원래의 파워와 로드에 전송되는 전송된 파워 사이의 차이로서 정의될 수 있다. 그것에 의하여, 원래의 파워는 파워 신호가 컨버터, 필터 및 파워 생산 엔티티의 다른 전기적 컴포넌트들로 공급되기 전에 각각의 발전기들에 의해 생성되는 복수의 파워 생산 엔티티들의 파워일 수 있다. 그것에 의하여, 적어도 파워 손실의 일부분이 파워 생산 엔티티에서 제1 노드로 파워 신호들을 전송하는 것에 의해 발생할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 적어도 파워 손실의 일부분은 아마도 제1 파워 신호를 제2 파워 신호로 변환하는 것에 의해 야기되는, 제1 노드에서의 제2 노드로의 제1 파워 신호 전송 때문일 수 있다.
복수의 파워 생산 엔티티들과 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 파워 생산 설비를 제어하기 위하여 제어 유니트에 의해 수행되는 제어 방법은 파워 신호가 로컬 규칙들에 충실하도록 보장하면서 파워 생산 설비의 효율성을 개선할 수 있다.
실시예에 따라 적어도 하나의 커패시터는 제1 노드에 접속가능한 적어도 하나의 제1 커패시터와 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 제2 커패시터를 포함하고, 여기서 제어 유니트는 파워 손실을 최소화하기 위하여 제1 노드로의 제1 커패시터의 접속을 제어하고 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속을 제어하도록 적응된다. 하나 이상의 제1 커패시터 및 하나 이상의 제2 커패시터가 제공되는 경우, 제어 유니트는 파워 손실을 최소화하기 위하여 제1 노드로의 모든 제1 커패시터들의 접속을 제어하고 제2 노드로의 모든 제2 커패시터들의 접속을 제어하도록 적응된다.
본 출원의 맥락에서 용어 제1 커패시터는 복수의 커패시터들을 포함할 수 있고 용어 제2 커패시터는 복수의 제2 커패시터들을 포함할 수 있다.
제1 노드에 접속가능한 적어도 하나의 커패시터와 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 제2 커패시터를 제공하는 것은 (특히 복수의 제1 커패시터들과 복수의 제2 커패시터들이 제공될 때, 제1 노드로의 제1 커패시터의 접속들과 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속들의 많은 조합에 의하여) 파워 손실을 감소시키기 위한 많은 기회들을 제공할 수 있고, 그것에 의하여 파워 생산 설비의 효율을 개선할 수 있다.
실시예에 따라 적어도 하나의 제1 커패시터는 제1 노드에 접속되고 적어도 하나의 제2 커패시터는 제2 노드에 접속된다. 다른 실시예에 따라 적어도 하나의 제1 커패시터는 제1 노드에 연결되고 적어도 하나의 제2 커패시터는 제2 노드로부터 단절된다. 다른 추가적인 실시예에 따라 제1 커패시터는 제1 노드로부터 단절되고 제2 커패시터는 제2 노드에 연결된다. 다른 추가적인 실시예에 따라 제1 커패시터는 제1 노드로부터 단절되고 제2 커패시터 또한 제2 노드로부터 단절된다.
실시예에 따라 제어 시스템은 제1 노드로의 제1 커패시터의 접속들 및 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속들의 모든 가능한 조합들을 고려하고 파워 생산 설비의 가장 낮은 파워 손실을 야기할 접속 모드를 선택한다.
실시예에 따라 파워 생산 엔티티들이 그들의 파워 출력 신호들의 동작 전압들을 조절할 수 있도록 하고, 여기서 제어 유니트는 파워 손실을 최소화하기 위해서 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 제어하도록 더 적응된다.
파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 조절하는 것은 각 파워 엔티티의 역률(power factor)을 조절할 수 있도록 할 수 있다. 그것에 의하여, 각 파워 생산 엔티티에 의해 생성되는 파워 신호의 전압과 전류 사이의 위상 관계는 변화될 수 있다. 특히, 적어도 두 개의 생산 엔티티들의 동작 전압들이 서로서로 상이할 수 있다.
실시예에 따라 제어 유니트는 전압(MVAr 또는 cos(Φ)) 레퍼런스들을 생산 엔티티들에 분배하고 결과 파워 특성들이 상호접속 요구들을 만족시키는 것을 보장하도록 적응된다. 게다가, 제어 유니트는 제1 노드로의 제1 커패시터, 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속들의 모든 가능한 조합들 및 파워 엔티티들에 적용된 동작 전압들의 모든 조합들을 고려하고 최소의 파워 손실을 야기하는 조합을 결정하도록 적응될 수 있다. 이후 제1 노드로의 제1 커패시터 및 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속 및 생산 엔티티들에 동작 전압들의 조절들은 최소의 파워 손실을 야기하는 결정된 조합에 따라 수행될 수 있다. 그것에 의하여, 파워 생산 설비의 효율이 개선될 수 있다.
실시예에 따라 풍력 발전소 인프라구조의 고유 주파수(natural frequency)의 영향이 최소화될 수 있도록 제어 유니트는 제1 커패시터 및/또는 제2 커패시터의 접속(들) 및/또는 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들(MVAR 또는 cos(Φ))을 제어하도록 적응된다.
오실레이션(oscillation)은 공칭 그리드 주파수(nominal grid frequency)의 배수인 주파수에서 발생할 수 있다. 예를 들면, 공칭 주파수는 50Hz 또는 60Hz일 수 있다. 공칭 주파수의 배수는 더 높은 고조파 주파수(harmonic frequency)로서 또한 지칭될 수 있다. 오실레이션은 복수의 파워 생산 엔티티들을 제1 노드로 접속하는 네트워크 내에서 발생할 수 있고 추가적으로 또는 대안적으로 제1 노드와 제2 노드 사이의 전기적 엘리먼트들 내에서 그리고/또한 제2 노드와 노드 사이의 전기적 접속들과 엘리먼트들 내에서 또한 발생할 수 있다. 실시예에 따라 오실레이션은 로드를 나타내는 복수의 소비자들로 파워 생산 설비를 접속하는 유틸리티 네트워크(utility network)를 포함하는 전체의 파워 생산 설비 내에서 발생할 수 있다. 하나 이상의 고유 주파수(natrual frequency)들에서의 오실레이션은 파워 생산 설비의 효율성 또는 신뢰성에 불리하게 영향을 미칠 수 있다. 그래서 풍력 발전소들 내부 그리드 상에 용량성 엘리먼트들을 적극적으로 관리하는 것은 고유의 자연 공명(resonance)들 또는 고조파들의 악영향을 감소시키는 것에 기여할 수 있다. 오실레이션은 전압 및/또는 전류 오실레이션을 포함할 수 있고, 그래서 전압 및/ 전류는 시간에 따라 변화할 수 있다.
실시예에 따라 제어 유니트는 제1 커패시터 및/또는 제2 커패시터의 접속 및/또는 전기적 특성들을 예상하는 전기적 파워 제어 시스템의 모델에 기초하여 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들(또는 적어도 하나의 동작 전압)을 제어하도록 또한 적응된다.
특히 적어도 하나의 제1 커패시터는 제1 노드에 독립적으로 접속가능한 복수의 제1 커패시터들을 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 제2 커패시터는 제2 노드에 독립적으로 접속가능한 복수의 제2 커패시터들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따라 적어도 하나의 제1 커패시터는 조절가능한 전하의 양을 저장할 수 있는 커패시터일 수 있다. 실시예에 따라 적어도 하나의 제2 커패시터는 조절가능한 전하 양을 저장할 수 있는 전기적 디바이스일 수 있다. 이들 실시예들에 따라 제어 유니트는 적어도 하나의 제1 커패시터에 의해 그리고/또한 적어도 하나의 제2 커패시터에 의해 저장되는 전하의 양을 조절하도록 적응될 수 있다. 그러므로 제어 유니트는 조절가능한 용량(capacity)(제어 유니트에 의해 제어가능한 용량)을 가지는 전하 저장소(charge storage)로 제1 노드를 (스위칭된 커패시터 시스템에 대하여 스위치들을 닫는 것에 의하거나 동적 VAr 디바이스에 대하여 MVAr 또는 전압 레퍼런스를 설정하는 것에 의해) 접속시키도록 적응될 수 있고, 조절가능한 용량(제어 유니트에 의해 조절가능한 용량)을 가지는 전하 저장소를 제2 노드로 접속시키도록 또한 적응될 수 있다.
실시예에 따라 상기 모델은 복수의 파워 생산 엔티티들, 파워 생산 엔티티들에서 제1 노드로의 복수의 접속 경로들, 제1 노드와 제2 노드 사이의 전기적 컴포넌트들의 전기적 특성들을 포함하는 전체의 파워 생산 설비 모델일 수 있고, 상기 모델은 또한 로드로 파워를 제공하는 유틸리티 그리드의 일부분을 포함할 수 있다.
예를 들면 상기 모델은 로드로 파워 신호들의 전달 경로들 내에서 (복소) 임피던스((complex)impedance))들을 포함한다. 모델은 PSS E 모델(지멘스에 의한 모델링 소프트웨어를 사용하여 만들어진 모델) 또는 파크 제어기 플랫폼(park controller platform)상에 거주할 수 있는 임의의 유사한 모델링 표현을 포함할 수 있다. 게다라 모델은 전송 선로들의 모델 및 커패시터들, 인덕터들 및 저항들과 같은, 전기적 디바이스들의 모델을 포함할 수 있다. 게다가, 모델은 파워 생산 엔티티에 포함될 수 있는 AC/AC 컨버터의 모델을 포함할 수 있다. 그것에 의하여. 제1 커패시터 및/또는 제2 커패시터 및/또는 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들의 제어는 파워 손실을 최소화하도록 수행될 수 있다.
실시예에 따라 상기 모델은 고조파 분석(harmonic analysis)을 포함한다. 고조파 분석은 파워 생산 설비 내 또는 파워 생산 설비의 적어도 일부분들 내에서의 오실레이션들의 분석을 포함할 수 있고 파워 생산 설비 및/또는 유틸리티 그리드 내에서 발생하는 오실레이션들의 분석을 또한 포함할 수 있다. 고조파 분석은 전기적 인프라구조의 고조파 특성들의 푸리에 분석 또는 임의의 다른 표현을 포함할 수 있다. 그것에 의하여, 오실레이션들은 기본 주파수(base frequency)의 배수에 대응하는 주파수에서 발생할 수 있다. 기본 주파수는 로컬 그리드의 주파수일 수 있다. 그것에 의하여, 파워 생산 설비의 성능에 불리하게 영향을 미치는 오실레이션들의 주파수는 식별될 수 있고 제1 노드로의 제1 커패시터와 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속들이 이러한 식별(또는 변화)될 수 있고 이것은 식별된 주파수에서의 오실레이션을 적어도 부분적으로 방지하거나 감쇠시킨다.
실시예에 따라 제어 유니트는 제1 커패시터(들) 및/또는 제2 커패시터(들)의 접속(들) 그리고/또는 제1 노드에서 측정된 그리고/또는 제2 노드에서 측정된 전압 및/또는 MVAr 및/또는 역률에 기초하여 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 제어하도록 또한 적응된다.
제1 노드에서 전압과 전류를 측정하는 것에 의해 제1 노드에 공급되는 파워는 결정될 수 있다. 게다가, 제2 노드에서 전압과 전류를 측정하는 것에 의해 제2 노드로 전달되는 파워가 결정될 수 있다. 예를 들면 각 발전기로부터의 파워 출력을 측정하는 것에 의해 각 개개의 파워 생산 엔티티로부터의 파워 출력을 측정하는 것이 가능할 수 있다. 그것에 의하여, 측정된 값들에 의한 파워 손실을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 그것에 의하여, 파워 손실을 최소화하는 것이 더 쉬울 수 있다. 게다가 전압과 전류의 위상 관계는 제1 노드 및/또는 제2 노드에서 역률를 유도하기 위해서 측정될 수 있다. 측정된 값들을 피드백하는 것에 의해 제1 커패시터 및 제2 커패시터의 접속 모드의 제어 및 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들의 조정 제어가 개선될 수 있다.
실시예에 따라 제어 유니트는 제1 노드에 접속된 제1 개수의 적어도 하나의 제1 커패시터와 제2 노드에 접속된 제2 개수의 적어도 하나의 제2 커패시터의 모든 가능한 조합에 대한 파워 손실 및 생산 엔티티들에 전송되는 전압을 유도하도록 적응되고, 그리고 적어도 하나의 제1 커패시터 및/또는 적어도 하나의 제2 커패시터의 접속들 및/또는 최소한의 파워 손실을 가지는 조합에 따라 전압 레퍼런스를 선택하는 것을 제어하도록 적응된다. 파워 손실은 위에서 설명된 바와 같이 파워 생산 설비의 모델을 사용하는 각 조합에 대하여 결정될 수 있다. 그것에 의하여 파워 생산 설비의 제어는 그 성능을 올리도록 개선될 수 있다. 제1 개수 및/또는 제2 개수는 또한 영이 될 수 있다.
실시예에 따라 제어 유니트는 파워 생산 엔티티들에서 조절되는 동작 전압들의 모든 가능한 조합에 대하여 파워 손실을 유도하도록 또한 적응될 수 있고; 그리고 적어도 하나의 제1 커패시터 및/또는 적어도 하나의 제2 커패시터의 접속들을 제어하고 그리고/또는 최소화된 파워 손실을 가지는 조합에 따라 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 조절하도록 적응될 수 있다. 그것에 의하여, 파워 생산 설비의 효율성은 훨씬 더 개선될 수 있다.
실시예에 따라 파워 생산 엔티티들의 파워 출력 신호들의 합산의 변화 시 또는 로드의 변화 시에 제어 유니트는 제1 노드로의 적어도 하나의 제1 커패시터 접속(들)을 변화시키고 그리고/또한 제2 노드로의 적어도 하나의 제2 커패시터의 접속(들)을 변화시키도록 또한 적응될 수 있다. 그러므로, 제어 유니트는 바람 상태들이 변화할 때와 같이, 파워 생산 엔티티들에 의해 생성되는 파워 출력 신호들이 변화하는 것에 반응하도록 파워 생산 설비를 동적으로 제어할 수 있다. 제1 노드로의 제1 커패시터 및 제2 노드로의 제2 커패시터의 접속을 적절하게 제어하고 파워 엔티티들의 동작 전압들을 적절하게 조절하기 위해서 제어 유니트는 연속적으로 또는 반복적으로 파워 생산 설비의 전기적 특성들을 모니터링한다.
실시예에 따라 전기적 파워 설비는 위에서 설명한 바와 같은 실시예에 따라 전기적 파워 제어 시스템 및 제1 노드에 복수의 파워 생산 엔티티들의 파워 출력 신호들을 결합시키기 위하여 접속된 복수의 파워 생산 엔티티들을 포함한다. 그것에 의하여, 전기적 파워 설비는 전기적 파워 제어 시스템에 의하여 개선된 제어로 인해 개선된 성능을 가질 수 있고, 그것에 의하여 그것들의 효율성을 개선할 수 있다.
실시예에 따라 복수의 파워 생산 엔티티들의 적어도 하나는 풍력 터빈, 광 발전 셀, 및/또는 파력 시스템을 포함할 수 있다. 그러므로, 파워 생산 엔티티들 또는 복수의 파워 생산 엔티티들의 적어도 하나는 바람 에너지, 태양으로부터의 에너지 및/또는 물결들 또는 조류들과 같은 파도들에 포함된 에너지로부터 전기적 에너지를 생성할 수 있다. 파워 생산 엔티티들의 각각은 발전기 또는 역학적 에너지를 전기적 에너지로 변화시키기 위한 전기기계적 트랜스듀서(transducer)를 포함할 수 있다. 특히 복수의 파워 생산 엔티티들은 복수의 풍력 터빈들을 포함할 수 있다.
실시예에 따라 복수의 파워 생산 엔티티들의 적어도 하나는 파워 출력의 동작 전압을 조절할 수 있는 디바이스(특히 풀 파워 컨버터(full power converter))를 포함한다. 디바이스(예를 들어, 컨버터)는 (변화하는 주파수와 변화하는 전압 진폭을 가지는 신호일 수 있는) 발전기에 의해 생성된 1차 파워 신호를 그리드 주파수와 미리결정된 전압 진폭을 가지는 2차 파워 신호로 변환시키도록 적응될 수 있다. 특히 컨버터로부터 출력된 2차 파워 신호의 전압 진폭은 컨버터에 적용된 동작 전압 레퍼런스로서 조절가능할 수 있다. 그것에 의하여, 파워 생산 엔티티들의 동작 전압은 파워 설비의 성능을 개선하도록 제어를 간단하게 하기 위하여 쉽게 조절될 수 있다.
풍력 발전소에 대한 전압(MVAr 또는 cos(Φ)) 레퍼런스는 그리드 운영자에 의하여 거의 변화되지 않는 지시된 고정 값일 수 있거나 OPC, MODBUS, TCP 또는 기타 데이터 전송 프로토콜, 또는 하드웨어 인터페이스를 통한 외부 소스로부터 풍력 발전소 제어 시스템으로 자동적이고 동적으로 발생될 수 있다. 풍력 발전소 제어기(HPPP-209)는 가능한 범위에서 할당된 레퍼런스에 따를 수 있다. 측정 지점에서의 실제 전압이 할당된 전압 레퍼런스보다 더 낮은 경우에, 풍력 발전소 제어기는 전압을 증가시키기 위하여 풍력 발전소부터 MVAr 엑스포트(export)를 야기하는 파워 생산 엔티티들에 대한 전압 레퍼런스들을 배출(issue)할 수 있다. 측정 지점에서의 실제 그리드 전압이 할당된 전압 레퍼런스보다 더 높은 경우에 풍력 발전소 제어기는 전압을 더 낮추기 위하여 리액티브 파워 임포트(import)를 야기하는 전압 레퍼런스를 배출할 수 있다. 교환된 MVAR의 양은 전압 델타 값(delta value), 전압 저하(droop) 제어 설정들 및 그리드 임피던스 등에 의존할 수 있다. 일반적으로 변화된 MVAr의 양은 풍력 발전소의 리액티브 용량 내 전압 델타 값에 비례할 수 있다.
실시예에 따른 로드에 전기적 에너지를 공급하는 방법이 제공되고, 여기서 상기 방법은 복수의 파워 생산 엔티티들에 의해 파워 출력을 생성하는 단계; 제1 파워 신호로서 제1 노드에 상기 파워 출력을 결합시키는 단계; 상기 제1 파워 신호를 제2 노드에 제2 파워 신호로 변환하는 단계 ― 상기 제2 파워 신호는 상기 제1 파워 신호보다 더 높은 전압을 가짐 ―; 상기 제2 파워 신호를 로드에 공급하는 단계; 그리고 MV에서 HV로의 그리고 로드로의 전송에 의해 유발되는 파워 손실을 최소화하기 위해서 제1 노드 및/또는 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 커패시터의 접속을 제어하는 단계를 포함한다. MW 손실을 최소화하는 것에 기초하고 고조파들의 영향을 감소시키는 것에 기초한 규제가 설명되었고 실시예에 따라 이용된다. 제어기에 기초한 모델을 사용하여, 양쪽 기준으로부터 기여도를 가중하고 주어진 상태에서 적용될 수 있는 최상의 바람직한 조합을 선택하는 것이 다른 실시예들에서 또한 가능할 수 있다. 그것에 의하여, 파워 생산 설비의 효율성이 개선될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상이한 청구 대상들과 관련하여 설명되었다는 것이 인식되어야 한다. 특히 몇몇 실시예들은 방법 타입의 청구항들과 관련하여 설명되었고 반면에 다른 실시예들은 장치 타입의 청구항들과 관련하여 설명되었다. 그러나 당업자는, 달리 언급되지 않은 한, 위에서 그리고 이하에서의 설명으로부터 모을 수 있을 있고, 청구 대상의 한 가지 유형에 속하는 특징들의 임의의 조합뿐만 아니라 또는 다른 주요 사항들과 관계있는 특징들 사이의 임의의 조합, 특히 방법 타입 청구항들의 특징들과 장치 타입의 청구항들의 특징들 간의 임의의 조합이 본 명세서에서 개시되는 것으로서 고려된다.
위에서 정의된 양상들 및 본원 발명의 추가 양상들은 이하에서 설명될 실시예들의 예시들로부터 분명하고 실시예의 예시들과 관련하여 설명된다. 본 발명은 실시예의 예시들과 관련하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이나 여기에 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 종래의 제어 방식에 따른 파워 생산 설비를 도식적으로 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 파워 생산 설비를 도식적으로 설명한다.
도면에서 실례는 도식적이다. 상이한 도면들에서, 유사하거나 동일한 엔티티들은 동일한 참조 부호들 또는 대응하는 참조 부호들과 첫 번째 자리수 내에서만 단지 상이한 참조 부호들이 제공된다.
도 1은 풍력 발전소 제어기 및 MV 커패시터 뱅크(capacitor bank)들 및 HV 콘덴서 뱅크들에 대한 반독립적인(semi independent) 제어 알고리즘들을 가지는 일반적인 종래의 설치에 따른 파워 생산 설비를 도식적으로 설명한다. 파워 생산 설비(100)는 파워 출력 신호를 접속 포인트(105)로 결합시키기 위하여 병렬로 접속되는 풍력 터빈들(104)의 세트(103)를 포함한다. 커패시터 제어들(117 및 127) 및 HPPP(109)는 서로 독립적이다. 그러므로, 접속 포인트(105)와 접속 포인트(121)로의 커패시터 접속들의 어떠한 최적 조합도 설정될 수 없다.
도 2는 터빈과 커패시터 뱅크 제어들이 결합된 파워 생산 설비의 실시예(200)를 도식적으로 설명한다. 도 1에서 설명된 파워 생산 설비(100)에서와 같이, 도 2에서 설명되는 파워 생산 설비(200)는 제1 노드(205)에 접속가능한 복수(203)의 풍력 터빈들(204)을 포함한다.
각 풍력 터빈(204)은 타워(tower)의 꼭대기에 탑재된 너셀(nacelle)을 가지는 풍력 터빈 타워를 포함하고, 여기서 너셀은 복수의 회전날개(rotor blade)들이 탑재된 허브를 포함한다. 충돌하는 바람이 회전날개들을 움직이게 하여 회전축(rotor shaft)에 연결된 허브가 회전된다. 차례로 회전축은 그것의 역학에너지를 풍력 터빈들(204)의 각각에 포함된 발전기(generator)로 전달한다. 각 터빈(204)의 발전기는 컨버터(미도시)에 의해 그리드 주파수(grid frequency) 및 조절가능한 전압 진폭을 가지는 신호로 변환된 1차 파워 신호(primary power signal)를 출력한다. 이 같은 파워 신호는 터빈(204) 내에 필터 컴포넌트에 의해 추가적으로 필터링되어질 수 있다. 추가적으로 풍력 터빈들(204)은 필터링된 파워 신호를 20kV 내지 40kV와 같은, 몇 kV의 전압으로 변환시키기 위해 개개의 트랜스포머들을 포함할 수 있다.
그러므로 필터링된 파워 신호는 라인(206)을 경유하여 스위치(208)에 공급된다. 선택된 스위치(208)의 작동에 의해 풍력 터빈들(204)은 제1 노드(205)에 접속되거나 제1 노드(205)로부터 단절될 수 있다. 개개의 스위치들(208)을 작동시키는 것은 표시되지 않은 제어 라인들을 경유하여 제어 시스템(209)에 의해 수행되거나 과전류 또는 접지 사고 보호(over current or ground falult protection) 디바이스와 같은 그리드 보호 디바이스를 나타내는 스위치와 영구적으로 접속될 수 있다. 그것에 의하여, 제1 노드(205)로 공급되는 신호는 중간 전압(몇 10kV)에 있을 수 있다.
또한 커패시터들(213)의 세트가 제1 노드(205)에 접속가능하다. 각 커패시터(213)는 다른 커패시터들(213)로부터 독립적으로 스위치(215)를 경유하여 제1 노드(205)에 접속가능하다.
제1 노드(205)에 공급되는 제1 파워 신호는 트랜스포머(219)에 의해 제2 노드(221)에 공급되는 제2 파워 신호로 변환되고, 여기서 제2 파워 신호는 제1 노드에 공급되는 제1 파워 신호보다 더 높은 전압을 가진다. 커패시터(223)는 스위치(225)를 작동시키는 것에 의해 제2 노드(221)에 접속가능하다.
다른 실시예들에서 커패시터들의 세트(211)는 하나 이상의 커패시터들을 포함하고, 일 실시예에서 제2 노드(221)에 접속가능한 커패시터(223)는 하나 이상의 추가적인 커패시터들을 포함한다. 다른 실시예들에서 하나 이상의 커패시터들은 제1 노드(205) 또는 제2 노드(221)에만 접속가능하나 양쪽 노드(205,221)로는 접속가능하지 않다.
HPPP(High Performance Park Pilot)(209)는 트랜스포머(219)의 고전압 측 상에서 예시된 실시예에서 구현될 수 있다. HPPP는 (예시되지 않은 제어 라인들을 경유하여) 각 개개의 터빈(204)에서 전압을 레귤레이팅(regulating)할 수 있고 (예시되지 않은 센서에 의해 그리고 데이터 라인들을 경유하는 것에 의해), 전압 및/또는 전류(리액티브(reactive) 또는/및 액티브(active) 컴포넌트들) 및/또는 그리드의 역률(power factor)을 측정/모니터링할 수 있다. 특히, HPPP(209)는 각 개개의 터빈에서 전압들을 조절하여 측정지점에서 파워 특성들이 그리드 상호접속 규약을 만족시키도록 한다.
제1 노드(205)에 공급되는 제1 파워 신호는 트랜스포머(219)에 의해 변환되고 제2 노드(221)에 공급된다. 스위치들(215)을 경유하여 커패시터들(213)의 세트가 제1 노드(205)에 접속가능하다. 스위치(225)를 작동시키는 것에 의해 커패시터(223)가 제2 노드(221)에 접속가능하다.
도 1에 예시된 실시예(100)와 달리 파워 생산 설비(200)의 HPPP(209)는 제어 라인(210)을 경유하여, 제1 노드(205)로 커패시터들(213)을 접속시키기 위해 스위치들(215)의 작동을 제어하고, 로드(221)로 커패시터들(223)을 접속시키기 위해 스위치(225)를 작동시키도록 적응되고, 또한 예시되지 않은 제어 라인들을 경유하여 개개의 터빈들(204)의 동작 전압들을 조정(regulate)하도록 적응된다. 그것에 의하여, 커패시터들 제어와 동작 전압 제어의 통합된 해결이 HPPP(209)에 의하여 제공된다.
(제1 노드 및/또는 제2 노드에 접속가능한) 추가적인 커패시터 뱅크들의 구성은 로컬 요건(local requirement)들에 종속될 수 있고 이들 커패시터 뱅크들에 대한 제어들은 전압/MVAr 또는 역률 알고리즘에 기초할 수 있다. 커패시터 뱅크들(211,223)은 중간전압 측(노드 205)과 고전압 측(제2 노드 221) 상의 풍력 기지 트랜시퍼머(wind park transformer, 229)의 각 측면에 위치될 수 있다. HPPP(209)는 각 개개의 풍력 터빈(204)의 터빈 레벨에서의 전압(리액티브 파워/역률/cosine(Φ)/tangent(Φ))을 제어하도록 적응될 수 있고, 또한 통합된 해결책으로서 커패시터 뱅크들(211 및 223)을 제어하도록 적응될 수 있다. 제어 알고리즘은 제어기가 그리드 손실 및/또는 그리드 고조파 공진(harmonic resonance)에 기초한 구성을 최적화해야하는 1차적 제약으로서의 그리드 코드(grid code)를 따르는 것뿐만 아니라 로컬 규제(local regulation)들에 의해 허용되거나 요구되는 임의의 방식에 기초를 둘 수 있다. 실시예에 따른 HPPP 제어기(209)는 그리드 모델(레졸루션(resolution)의 레벨이 다양할 수 있음)을 포함할 수 있고 이 같은 모델에 기초하여 제어기 알고리즘은 전체의 그리드에서 허용가능한 시스템들 사이의 전압 분배를 최적화할 수 있다.
HPPP에서 훨씬 더 상세한 모델을 구현하는 것에 의하여 고조파 분석은 HPPP에 의해 수행될 수 있다. 커패시터 뱅크들의 임의의 다른 조합이 더 유리한 고조파 상태를 야기할 수 있는 경우 파워 손실이 최소화된다면 이 구성이 활성화될 것이다.
더 유리한 고조파 상태는 항상 더 작은 전체 고조파 왜곡(THD)을 의미하는 것은 아니고 단순히 네트워크가 생산 설비 외부 장비 또는 설치 장비와 덜 충돌하게 하는 공명 주파수쪽으로 더 강요됨을 의미할 수 있다.
본 발명은 태양광 발전, 풍력 발전소 및 파력 등과 같은 임의의 분산된 에너지 생산 설비에 적용될 수 있다. HPPP(209)는 리액티브 파워 및/또는 역률에 관한 개개의 터빈 전압을 제어하도록 적응될 수 있고 그리드 손실 또는 전송 손실 및/또는 그리드 고조파 공명에 기초하여 캐패시터 뱅크들의 구성을 최적화하도록 파크(park) 트랜스포머(219)의 각 측면에 접속가능한 하나 이상의 캐패시터 뱅크들(211,223)을 또한 제어할 수 있다.
파크 제어기에 의하여 직접적으로 제어되는 몇몇 일련의 커패시터 뱅크들을 가지는 것은 풍력 발전소 전압과 그리드 고조파 공명들의 조정가능성을 개선할 수 있고 위에서와 같이 그리드 손실과 고조파 공명들을 최소화할 수 있다. 최적의 고 조파 상태에 기초하여 커패시터 뱅크들을 제어하는 능력은 몇 가지 경우들에서 파워 생산 그리드내 변전소(sub-station)에서 고조파 필터들에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 파워 생산 그리드의 모델에 기초하여 파크 제어기(209)의 제어 알고리즘을 가지는 경우 제어 알고리즘은 전체 그리드에 가용한 시스템들 사이의 전압 분배를 최적화할 수 있다.
실시예에 따른 커패시터들의 세트(211)는 제1 노드에 접속가능한 4개의 커패시터 뱅크들을 포함하고 커패시터들의 세트(223)는 제2 노드에 접속가능한 4개의 커패시터 뱅크들을 포함한다. 실시예에 따른 HPPP(209)는 제1 노드(105)에 접속된 0, 1, 2, 3, 및 4 커패시터 뱅크들과 제2 노드에 접속된 0, 1, 2, 3, 및 4 커패시터 뱅크들의 모든 조합들에 대하여 파워 손실을 결정할 수 있다. HPPP는 최소 파워(전송) 손실을 가지는 조합을 결정할 수 있다. 이후에 HPPP(209)는 양쪽 기준으로부터의 기여도들을 평가하고 적용될 수 있는 가장 바람직한 조합을 선택한다. 게다가, 몇몇 이들 조합들은 상호접속 지점에 대하여 비준수(non-compliance)를 야기할 수 있으므로 무시될 수 있다. 이후에 HPPP(209)는 최소 손실 조합이 확립될 수 있도록 스위치들(215)을 작동시킬 수 있다.
커패시터 조합들에 부가하여, 받아들여질 수 있고 순응적인 커패시터들의 몇 가지 추가 조합들을 잠재적으로 부가하는 것을 가능하게할 수 있는 터빈들의 리액티브 범위가 고려되어야 한다. 생산 설비(200)의 모델에 기초하여, 받아들일 수 있는 커패시터 조합들의 각각에 대하여 이러한 위치상의 특정 상태들에 대한 잠재적 그리드 손실을 계산하는 것이 가능할 수 있다. 그리드 손실을 최소화시키기 위하여, 가장 낮은 그리드(전송) 손실을 가지는 커패시터 조합이 수행될 수 있고 생산 레벨들과 그리드 전압들이 변화함에 따라 새로운 시뮬레이션이 가능한한 가장 낮은 손실을 가지고 계속해서 동작하도록 수행될 수 있다. 커패시터 뱅크들은 커패시터 뱅크 구성 대신에 수치 값으로 각 위치의 VAR 지원에 대한 특정 설정들을 볼 수 있도록 시뮬레이션을 변화시키는 동적 VAR 제어의 임의의 종류로 대체될 수 있다. 커패시터 뱅크들의 임의의 조합이 더 바람직한 고조파 상태를 야기하는 경우 이 구성이 대응하는 스위치들을 작동시키는 것에 의하여 활성화될 수 있다. 커패시터들의 임의의 조합에 대하여 임계적인 공진 주파수들이 제어기 기반 모델에 의해 확립될 수 있다. 특정 그리드에 대하여 12번째 고조파들 이하의 것이 임계적이라고 결정된 경우에 레귤레이터(209) 기반 모델은 공명 주파수를 임계 지역(critical area)으로부터 멀리 이동시키는 커패시터 뱅크들의 조합을 선택하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이것은 장비에 대한 감소된 다운 시간(down time)뿐만 아니라, 변전소 또는 터빈들에서의 값비싼 필터 장비의 필요성을 제거할 수 있다.
용어 "포함하다" 것은 다른 엔티티들 또는 단계들을 배제하는 것은 아니고 "하나의(a)" 또는 "하나의(an)"는 복수를 배제하는 것이 아니라는 것이 주의되어야 한다. 또한 다른 실시예들과 관련하여 설명된 엔티티들이 결합할 수 있다. 청구항들의 참조 부호들이 청구항들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않는 것이 주의되어야 한다.
위에서 설명된 본 발명의 실시예들을 요약하기 위하여 진술할 수 있다.

Claims (14)

  1. 전기적 파워 제어 시스템에 있어서,
    복수의 파워 생산 엔티티(entity)들(204)의 파워 출력 신호들을 제1 파워 신호로서 결합시키기 위하여 상기 복수의 파워 생산 엔티티들이 접속할 수 있는 제1 노드(205);
    상기 제1 노드에서의 상기 제1 파워 신호를 로드에 접속가능한 제2 노드에서의 제2 파워 신호로 변환시키도록 적응된 트랜스포머(219) ― 상기 제2 파워 신호는 상기 제1 파워 신호보다 더 높은 전압을 가짐 ―;
    상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 커패시터(211, 223);
    상기 파워 생산 엔티티들로부터 상기 로드로의 상기 파워 출력 신호들의 전송 손실에 의해 야기되는 파워 손실이 최소화되도록 상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드로의 상기 적어도 하나의 커패시터의 접속을 제어하도록 적응된 제어 유니트(209)
    를 포함하는,
    전기적 파워 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 커패시터는 상기 제1 노드에 접속가능한 적어도 하나의 제1 커패시터 및 상기 제2 노드에 접속가능한 적어도 하나의 제2 커패시터를 포함하고, 상기 제어 유니트는 상기 파워 손실이 최소화되도록 상기 제1 노드로의 상기 제1 커패시터의 접속을 제어하고 상기 제2 노드로의 상기 제2 커패시터의 접속을 제어하도록 적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파워 생산 엔티티들은 상기 파워 손실이 최소화되도록 상기 파워 생산 엔티티들의 파워 출력에서 상기 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 조절하는 것을 허용하는,
    전기적 파워 제어 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 전기적 컬렉션 회로(electrical collection circuit)의 고유 주파수가 감쇠되도록 상기 제1 커패시터 및/또는 상기 제2 커패시터의 접속 및/또는 상기 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 제어하도록 추가로 적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  5. 제 2 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 전기적 특성들을 예측하는 상기 전기적 파워 제어 시스템의 모델에 기초하여 상기 제1 커패시터 및/또는 상기 제2 커패시터의 접속 및/또는 상기 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 제어하도록 추가로 적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 모델은 고조파 분석(harmonic analysis)을 포함하는,
    전기적 파워 제어 시스템.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드에서 측정된 전압 및/또는 전류 및/또는 역률(power factor)에 기초하여 상기 제1 커패시터 및/또는 상기 제2 커패시터의 접속들 및/또는 상기 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 제어하도록 추가로 적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어 유니트는,
    상기 제1 노드에 접속된 제1 개수의 상기 적어도 하나의 제1 커패시터 및 상기 제2 노드에 접속된 제2 개수의 상기 적어도 하나의 제2 커패시터의 모든 가능한 조합에 대한 파워 손실을 도출하고; 그리고
    최소 파워 손실을 가지는 조합에 따라 상기 적어도 하나의 제1 커패시터와 상기 적어도 하나의 제2 커패시터의 접속들을 제어하도록
    적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 유니트는,
    상기 파워 생산 엔티티들에서 조절된 동작 전압들의 가능한 모든 조합에 대한 파워 손실을 도출하고; 그리고
    상기 적어도 하나의 제1 커패시터 및/또는 상기 적어도 하나의 제2 커패시터의 접속들을 제어하고 그리고/또는 최소 파워 손실을 가지는 조합에 따라 상기 파워 생산 엔티티들의 동작 전압들을 조절하도록
    추가로 적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 상기 파워 생산 엔티티들의 상기 파워 출력 신호들의 합의 변화 시 및/또는 상기 로드의 변화 시, 상기 제1 노드로의 상기 적어도 하나의 제1 커패시터의 접속을 변화시키고 상기 제2 노드로의 상기 적어도 하나의 제2 커패시터의 접속을 변화시키도록 추가로 적응된,
    전기적 파워 제어 시스템.
  11. 전기적 파워 설비에 있어서,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 따른 전기적 파워 제어 시스템; 및
    파워 출력 신호들을 상기 제1 노드에 결합시키기 위하여 접속된 복수의 파워 생산 엔티티들
    을 포함하는,
    전기적 파워 설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 파워 생산 엔티티들 중 적어도 하나는 풍력 터빈, 광 전지 셀(photo voltaic cell), 및/또는 파력 시스템 또는 조류를 포함하는,
    전기적 파워 설비.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 파워 생산 엔티티들 중 적어도 하나는 자신의 파워 출력의 동작 전압을 조절할 수 있는 디바이스
    를 포함하는,
    전기적 파워 설비.
  14. 전기적 에너지를 로드로 공급하는 방법에 있어서,
    복수의 파워 생산 엔티티들에 의한 파워 출력 신호들을 생성하는 단계;
    제1 파워 신호로서 제1 노드에서 상기 파워 출력 신호들을 결합하는 단계;
    상기 제1 파워 신호를 제2 노드에서 제2 파워 신호로 변환시키는 단계 ― 상기 제2 파워 신호는 상기 제1 파워 신호보다 더 높은 전압을 가짐 ―;
    상기 제2 파워 신호를 로드에 공급하는 단계; 및
    상기 파워 생산 엔티티들로부터 상기 제1 노드로의 전송에 의해 야기되는 파워 손실이 최소화되도록 상기 제1 노드 및/또는 상기 제2 노드로 접속가능한 적어도 하나의 커패시터의 접속을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    전기적 에너지를 로드로 공급하는 방법.
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