KR20180004761A - 풍력 발전 설비를 운전하기 위한 방법 - Google Patents

풍력 발전 설비를 운전하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 공급 그리드 내로 전력을 공급하기 위해 발전기를 구비한 풍력 발전 설비(WEA)를 운전하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 경우 제 1 전력 출력 및 제 1 회전 속도를 갖는 제 1 운전 상태 후에 제 2 전력 출력 및 제 2 회전 속도를 갖는 제 2 운전 상태로 제어되고, 제 2 운전 상태로 제어하기 위해 공급을 위해 이용 가능한 공기 역학적 출력이 결정되며, 상기 이용 가능한 출력으로부터 설정 회전 속도가 결정되고, 설정 회전 속도로부터 발전기에 설정할 설정 출력이 미리 정해진다.

Description

풍력 발전 설비를 운전하기 위한 방법
본 발명은 풍력 발전 설비를 운전하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 본 발명은 또한 풍력 발전 설비의 이용 가능한 출력을 모니터링하기 위한 상태 모니터링 장치에 관한 것이다.
풍력 발전 설비 및 상기 풍력 발전 설비를 운전하기 위한 방법은 공개되어 있다. 풍력 발전 설비는 전기 공급 그리드 내로 전력을 공급하고, 또한 필요한 경우에 전기 공급 그리드를 전기적으로 지원하기 위한 풍력 발전 설비를 이용하는 것도 증가하는 추세이다.
이러한 지원의 가능성은, 주파수 강하 후에 풍력 발전 설비가 단시간 동안, 간단하게 단순히 그리드라고도 할 수 있는 전기 공급 그리드 내로 더 높은 전력을 공급하는 것이고, 상기 전력은 풍력 발전 설비가 우세 풍력 조건에 따라 현재 생성할 수 있는 것보다 높다. 이를 위해 예컨대 풍력으로부터 생성되는 전력에 추가하여 로터의 운동 에너지에서 얻어지는 전력이 이용된다. 이는 특히 풍력 발전 설비의 공기 역학 로터 및 거기에 연결된 전자기 로터 또는 발전기의 구동자와 관련된다. 이는 발전기의 구동자가 공기 역학 로터에 직접 연결되고 구동자가 또한 상당한 관성 모멘트를 갖는, 특히 기어리스형, 풍력 발전 설비에 적용된다. 이러한 회전하는 모든 부분들에 공통적으로 로터의 상기 운동 에너지가 제공된다.
어느 경우든 운동 에너지의 상기 공급은, 로터의 속도 감소를 야기한다. 이러한 지원 조치들이 중단되거나 또는 종료될 수 있게 된 후에, 풍력 발전 설비는 정상적인 운전 상태로 복귀해야 한다. 간단히 말해서 이는, 고려되는 시간 범위 동안 일정한 풍속을 가정하는 경우, 회전 속도는 다시 높아져야 하고 따라서 발전기의 전기적 출력은 소정의 시간 범위 동안 필연적으로 공기 역학 로터에 의해 발생된 구동 출력보다 낮아야 하며, 단지 천천히 다시 높아질 수 있다는 것을 의미한다.
그러나, 이러한 회전 속도 증가, 즉 정상적인 운전 상태로의 설비의 복귀는 문제점을 가질 수 있다. 먼저, 낮은 회전 속도의 이러한 운전 상태로 불가피하게 진입한 풍력 발전 설비는 또한 공기 역학적으로 그렇게 효율적이지 않은 운전 상태에 있을 위험이 항상 존재한다. 따라서 설비는 이 경우 주의해서 운전되어야 하고, 이는 정상적인 운전 상태로의 복귀에도 적용된다. 또한, 재가속을 위한 전력의 감소는, 이전의 장애 후에도 여전히 풍력 발전 설비에 의한 가능한 한 일정하고 높은 전력 공급에 의존하는 그리드에, 경우에 따라서는, 부정적인 영향도 미친다.
우선권 주장 출원 시 독일 특허청에 의해 다음 선행기술들, 즉 DE 10 2009 014 012 A1, DE 11 2005 000 681 T5 및 WO 2011/124696 A2가 조사되었다.
본 발명의 과제는, 전술한 문제들 중 적어도 하나의 문제를 해결하고, 해결 방법을 제안하는 것이다. 특히, 증가한 전력 공급에 의한 그리드 지원에 기인한, 전술한 바와 같은 회전 속도 감소 후에 풍력 발전 설비를 가급적 바람직하게 정상적인 운전 상태로 복귀시키는 바람직한 방법이 제시되어야 한다. 적어도 지금까지 공개된 해결 방법에 대해 대안적인 해결 방법이 제안되어야 한다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 방법에 의해 해결된다.
본 발명에 따라 청구항 제 1 항에 따른 방법이 제안된다. 상기 청구항은 이에 따라 발전기를 구비한, 주로 간단히 WEA라고도 하는 풍력 발전 설비를 운전하기 위한 방법에 관한 것이다. 기본적으로 상기 방법에 의해 전기 공급 그리드 내로 전력이 공급된다. 즉, 제 1 전력 출력 및 제 1 회전 속도를 갖는 제 1 운전 상태 후에 제 2 전력 출력 및 제 2 회전 속도를 갖는 제 2 운전 상태로 바뀌어야 하는 상황이 고려된다. 방법은 이 경우 특히, 제 1 운전 상태는 증가한 전력 출력의 운전 상태이며 상기 운전 상태로부터 정상적인 운전 상태로 복귀 제어되어야 하는 상황과 관련된다. 정상적인 운전 상태는 이 경우 제 2 운전 상태이다. 또한 증가한 전력 출력의 상기 운전 상태는 풍력 발전 설비가 우세 풍력 조건에 따라 생성할 수 있는 것보다 많은 전력을 단시간 동안 출력한 운전 상태이다. 풍력 발전 설비는 즉, 풍력으로부터 생성된 전력에 추가하여 또한 저장된 전력을 보완적으로 출력하였다. 상기 전력은 풍력 발전 설비의 로터 및 발전기의 구동자의 회전의 운동 에너지로부터 생산되었므로, 회전 속도는 더 작아졌다.
예컨대 종료된 또는 종료되는 증가한 전력 출력의 상기 운전 상태로부터 정상적인 운전 상태로 복귀되어야 한다. 상기 정상적인 운전 상태란, 풍력 발전 설비가 우세 풍력 조건에 따라 풍력으로부터 생성할 수 있는 만큼 전기 그리드 내로 전력이 공급되는 것을 의미한다. 이는 또한 기본적으로 전기 공급 그리드 내로의 공급을 고려해서, 다른 방식으로 이용되는 전력을 제하고, 풍력 발전 설비가 풍력으로부터 생산할 수 있는 전력 또는 전력량과 관련된다. 상기 다른 방식으로 이용되는 전력은 타려식 동기 기계의 사용 시 특히 해당하는 여자 전류에도 관련된다. 그러나 다른 전력 출력 또는 추가의 전력 출력도 고려된다.
어떠한 경우든 풍력 발전 설비는, 증가한 전력 출력 및 감소한 회전 속도의 상기 운전 상태로부터 풍력에 맞게 조정된 전력 출력 및 이에 맞게 조정된 회전 속도를 갖는 상기 정상적인 운전 상태로 복귀 제어되어야 한다. 이 경우 증가한 전력의 이러한 운전 상태 이후에 또는 종료 시 전력은 일반적으로 또한 심하게 감소한다.
이를 위해, 먼저 공급을 위해 이용 가능한 공기 역학적 출력이 결정된다. 이에 따라 상기 이용 가능한 공기 역학적 출력은 먼저 풍력으로부터 생산할 수 있는 공기 역학적 출력으로부터 얻어지지만, 공급 전에도 다른 이유로 요구된 출력만큼 감소한 출력이다. 이는 간단하게 이하에서 이용 가능한 출력이라고 한다. 상기 이용 가능한 출력으로부터, 즉 이용 가능한 출력으로서 결정된 출력으로부터, 설정 회전 속도가 결정된다. 즉, 단순히 상기 지원 조치 이전의 마지막 회전 속도, 예컨대 풍력 발전 설비가 증가한 전력을 공급하기 직전에 존재했던 회전 속도가 이용되는 것이 아니라, 상기 설정 회전 속도는 상기 이용 가능한 출력에 의존해서 결정된다.
상기 설정 회전 속도가 결정되면, 이에 의존해서 발전기에 설정할 설정 출력이 미리 정해진다. 설비는 이 경우에 상기 설정 출력에 기초해서 설비를 제어할 수 있다. 이 경우 규칙적으로 업데이트될 수 있는 상기 설정 출력은, 예컨대 최종적으로 상기 정상적인 운전 상태로 안내하는 조절 목표를 규정한다.
현장에서 실제 상황의 고려 하에 정상적인 운전 상태로의 복귀 제어가 실시될 수 있다. 이 경우, 이용 가능한 공기 역학적 출력은 항상 우세 풍력 조건에만 의존하는 것이 아니라, 풍력 발전 설비의 현재 회전 속도에도 의존하는 것에 주목해야 하고, 이는 본 발명에 따라 파악되고 고려되었다. 특히, 감소한 회전 속도에 의해 팁 속도비(tip speed ratio)는 더 작아질 수 있고, 상기 팁 속도비는 또한 최적이 아니며, 따라서 최적의 팁 속도비의 순간에 해당하는 경우만큼의 전력을 풍력으로부터 생산할 수 없다. 이 경우에도 제안된 방법이 고려된다.
특히 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로의 제어, 특히 복귀 제어가 고려되고, 상기 제어 시 제 1 운전 상태는 다른 이유들로 최적의 제 1 전력 출력 또는 최적의 회전 속도를 갖지 않는다. 제 2 운전 상태는 제 1 운전 상태보다 높은 회전 속도를 가질 수도 있다. 이 경우에 더 높은 회전 속도로부터 더 낮은 회전 속도로 제어된다.
제 1 회전 속도 및 제 2 회전 속도와 제 1 전력 출력 및 제 2 전력 출력은 기본적으로 상이하지만, 제 1 전력 출력 및 제 2 전력 출력은 동일한 경우가 발생할 수 있다.
실시예에 따라, 이용 가능한 출력은 발전기의 회전 속도와 전기 중간 저장 장치, 특히 직류 전압 중간 회로에 공급된 전기적 출력으로부터 결정된다. 이로써, 이용 가능한 출력에서 발전기의 회전 속도도 고려하고 상기 중간 저장 장치의 정보를 이용하는 것이 가능하다.
바람직하게 소위 풀 컨버터(full converter) 컨셉의 풍력 발전 설비가 전제된다. 이 경우 발전기에 의해 생성된 출력 전체는 정류되어 직류 전압 중간 회로에 제공되고, 상기 직류 전압 중간 회로는 따라서 전기 중간 저장 장치를 형성한다. 이러한 직류 전압 중간 회로로부터 전류 인버터를 이용해서 전기 공급 그리드 내로 공급이 이루어진다. 그러한 점에서 직류 전압 회로 또는 다른 중간 저장 장치에 공급된 전기적 출력은 이용 가능한 출력에 관한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 이 경우 발전기의 회전 속도와 중간 저장 장치 내의 상기 전기적 출력을 함께 고려함으로써 이용 가능한 공기 역학적 출력에 관한 정보가 도출될 수 있는 것이 파악되었다.
실시예에 따라, 이용 가능한 출력은 상태 모니터링 장치에 의해 결정되는 것이 제안된다. 이로써 모니터링 장치에서 기초가 되는 시스템 또는 부분 시스템에 의해 직접적으로 측정이 불가능한 변수도 검출될 수 있다. 예를 들어 측정이 부정확하거나 간섭을 받는 양호하게 측정될 수 없는 변수도 모니터링 장치에 의해 더 양호하게 검출될 수 있다.
바람직하게는 상태 모니터링 장치는 발전기의 회전 속도 및 발전기의 기계적 토크를, 모니터링할 상태 변수로서, 포함한다. 발전기의 회전 속도는 대체로 측정 기술적으로 검출될 수 있고, 주로 또한 측정 변수로서 제공된다. 상태 모니터링 장치에서 상태 변수로서 상기 측정 변수를 고려함으로써, 측정 품질을 개선하는 것이 가능하다. 특히 이 경우 정확성 및 동력학을 고려하여 이용 가능한 출력의 의도하는 검출 요구에 맞게 측정 품질이 조정될 수 있다. 이는 특히 모니터링 장치의 매개변수화에 의해서도, 특히 매개변수 kω에 의해 가능하고, 이는 아래에서도 계속해서 설명된다.
상태 모니터링 장치에서 상태 변수로서 발전기의 기계적 토크를 고려하는 것은, 특히, 상기 변수를 검출할 수 없고 또는 간단히 측정 기술적으로 검출할 수 없지만 동시에 이용 가능한 출력을 결정하는 데 매우 적합한 장점을 제공한다. 따라서 이러한 상태 모니터링 장치에 의해 발전기의 회전 속도와 발전기의 기계적 토크는 추가 결정을 위해 직접 이용될 수 있는 변수로서 존재한다. 상태 모니터링 장치는 각각의 스캐닝 단계에서 그리고 온라인-실행 시에도 상기 변수를 결정할 수 있고, 제공할 수 있다.
바람직하게는 상태 모니터링 장치는 다음과 같이 행렬 표현의 시스템 설명으로써 제시된 하기 구조에 의해 규정된다.
Figure pct00001
상기 구조에서,
- J는 로터와 발전기의 공통의 관성 모멘트를 나타내고,
- ω는 발전기의 회전 속도이고,
- kω 와 kT는 모니터링 장치의 동력학에 영향을 미치는 매개변수이고,
- Tel은 전기적 토크를 나타내고, 전기 중간 저장 장치에 또는 상기 전기 중간 저장 장치에 공급된 전기적 출력(PDC)과 회전 속도(ω)의 몫(quotient)으로서 계산되고,
- Tmech는 로터 및 발전기의 기계적 토크를 나타내며,
이 경우 모니터링된 변수들은 기호 "^"로 표시되고, 결정할 이용 가능한 출력은 모니터링된 회전 속도(
Figure pct00002
)와 모니터링된 기계적 토크(
Figure pct00003
)의 곱으로서 계산된다.
따라서 J는 로터와 발전기의 공통의 관성 모멘트를 나타내며, 이는 그러한 점에서 공기 역학 로터가 직접 발전기의 구동자에 기계적으로 연결된 기어리스형 풍력 발전 설비를 암시한다. 정확히는 상기 관성 모멘트는 물론, 여기에서 로터 및 발전기의 구동자에 고정 연결되어 함께 회전하는 모든 것과 관련된다. 그러나 물론 예를 들어 로터 허브처럼, 이와 같은 부재들은 모두 로터의 부분일 수 있다. 기본적으로 기어를 가진 풍력 발전 설비의 경우에 발전기의 관성 모멘트의 부분은 적절한 변속비에 의해 상기 전체 관성 모멘트로 계산될 수 있다.
발전기의 회전 속도(ω)는 상기 기어리스형 컨셉에서는 동시에 거기에 고정 연결된 로터의 회전 속도이다. 매개변수 kω 와 kT는 모니터링 장치의 동력학에 영향을 미치는 매개변수이고, 상기 매개변수의 작용은 제시된 공식의 분석으로부터 증명된다. 특히 매개변수 kω는 모니터링된
Figure pct00004
와 측정된 ω 사이의 차이에 의존해서 모니터링된 회전속도(
Figure pct00005
)의 업데이트에 영향을 미친다. 상기 차이는 기계적 토크(
Figure pct00006
)의 업데이트를 위한 매개변수 kT에 의해 영향을 받는다.
따라서 상기 상태 모니터링 장치를 이용해서 또한 비교적 간단한 구조에 의해 전술한 2개의 상태, 즉 회전 속도(ω)와 기계적 토크(Tmech)가 결정될 수 있다.
전기적 토크(Tel)는 여기에서 중간 저장 장치에 공급된 전기적 출력과 회전 속도 ω의 몫으로서 계산된다. 즉, 하기 방정식이 적용된다.
Figure pct00007
회전 속도(ω)는 측정 가능하지만, 여기에서는 상태 모니터링 장치의 모니터링된 회전 속도(
Figure pct00008
)가 사용될 수도 있다. 중간 저장 장치, 특히 직류 전압 회로에 공급된 전기적 출력(PDC)은 검출 또는 측정될 수 있고, 풀 컨버터 혹은 관련된 또는 포함된 제어부에서 규칙적으로 공개되어 거기에서 변수로서 존재한다.
결정할 이용 가능한 출력은 간단하게 상기 모니터링된 회전 속도(
Figure pct00009
)와 모니터링된 기계적 토크(
Figure pct00010
)의 곱으로서 계산될 수 있다. 이는 공급을 위해 이용 가능한 해당하는 순간의 공기 역학적 출력을 나타낸다. 이러한 이용 가능한 출력은 이 경우에, 이미 몇몇 실시예에 의해 전술한 바와 같이 설정 회전 속도와 그로부터 발전기에 설정할 설정 출력이 미리 정해지는 시작점을 형성한다.
상태 모니터링 장치는, 즉 이용 가능한 출력을 또한 실시간으로 결정하고, 그로부터 비로소 발전기에 설정할 설정 출력이 결정되며, 상기 설정 출력은 상기 이용 가능한 출력과 다르다.
실시예에 따라 설정 회전 속도는 회전 속도-출력 특성곡선에 의존해서 결정될 수 있다. 이에 따라, 이러한 회전 속도-출력 특성곡선은 회전 속도와 출력 사이의 미리 규정된 관계를 제시하고, 현재 회전 속도 또는 소정의 회전 속도에 대해 관련 출력값이 선택될 수 있도록 하는 데 이용된다. 이 경우 일반적인, 그리고 또한 그 밖에 풍력 발전 설비 제어부에서 사용되는 회전 속도-출력 특성곡선이 기초가 될 수 있거나, 이러한 응용예를 위한 특수한 회전 속도-출력 특성곡선이 기초가 될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 발전기의 실제 회전 속도와 이용 가능한 출력으로부터 설정 출력을 결정하기 위한 조절기의 이용이 제공된다.
이를 위해 바람직하게는 조절기에서 먼저 설정 회전 속도와 실제 회전 속도 사이의 차이가 형성된다. 이 경우 실제 회전 속도로서는 상태 모니터링 장치로 모니터링된 실제 회전 속도가 이용될 수 있다. 회전 속도, 즉 발전기 회전 속도의 상기 차이는 이 경우 조절 편차라고 할 수도 있다.
설정 회전 속도와 실제 회전 속도의 상기 차이로부터 조절 알고리즘에 의해 토크 차이가 결정되고, 상기 토크 차이는 모니터링된 기계적 토크와 전기적 토크 사이의 차이를 규정한다. 이는 가장 간단한 경우에 P-조절기에 의해, 바람직하게는 또한 PI-조절기에 의해 또는 PID-조절기에 의해 이루어질 수 있다.
이와 같이 결정된, 그러한 점에서 우선 조절 기술적으로 내부 변수이기도 한 상기 토크 차이에, 모니터링된 기계적 토크가 합산되고, 이러한 합계는 설정 토크를 형성한다.
상기 설정 토크는 이 경우에 풍력 발전 설비의 제어부에 제공될 수 있고, 이 경우 사전에 또는 풍력 발전 설비의 제어부에서도 설정 토크로부터 실제 회전 속도를 곱하여 설정 출력이 계산된다. 이 경우에도 실제 회전 속도를 위해 상태 모니터링 장치에서 모니터링된 실제 회전 속도가 이용될 수 있거나 또는 측정된 실제 회전 속도가 이용될 수 있다.
그리고 나서 풍력 발전 설비에 제공된 제어부 또는 조절부는 이러한 설정 출력을 변환하므로, 풍력 발전 설비는 즉시 상기 설정 출력도 실제 출력으로써 포함하는 운전점에서 작동하고, 또는 변경되기도 하는 상기 설정 출력에 따라 운전점을 업데이트한다. 상응하게 새로운 실제 회전 속도가 설정되고, 상기 실제 회전 속도도 상기 조절기에 의해 전술한 바와 같이 추가로 이용된다.
상기 실시예에 의해 다시 한 번 그리고 또한 예시적으로 본 발명의 기본 사상이 설명된다. 풍력 발전 설비는 그리드 지원 후에 감소한 회전 속도를 갖는 운전 상태에 있다. 출력된 전력은 이전에 과도하게 증가되었고, 재가속을 달성하기 위해 신속하게 감소해야 한다. 풍력 발전 설비는 이제 가급적 정상적인 운전 상태로 복귀되어야 하고, 이 경우 특히 바람직한, 특히 의도대로 제어된, 상기 정상적인 운전 상태로의 복귀가 제안된다. 이러한 복귀 제어를 위한 기초로서 이용 가능한 출력이 결정되고, 이는 특히 바람직하게 상태 모니터링 장치에 의해 이루어질 수 있다. 결정된 상기 이용 가능한 출력으로부터 특히 동적 과정에 의해 설정할 설정 출력이 결정되어 설정값으로서 설비 제어부에 제공된다. 상기 설정 출력은 이 경우 규칙적이고 또한 동적이며, 결국 설비는 상기 정상적인 운전점으로 복귀되어야 하고 또한 변경되므로, 제안된 복귀를 위한 출발값들도 변한다.
또한, 특히 이 경우 조절되지 않은 복귀 또는 복귀의 조절되지 않은 시도로 인해 설비가 심지어 정지 상태가 될 수 있는 것이 저지된다. 이는, 예를 들어 풍력 발전 설비가 현재 그리고 상기 설비의 현재 운전 상태에서 풍력으로부터 생산할 수 없고 따라서 계속해서 제동될 수 있는 매우 높은 전력이 요구되면, 발생할 수 있고, 이는 심한 경우에 설비가 정지할 때까지 상황을 더 악화시킬 수 있다.
또한, 바람직한 목표는 전력이 너무 심하게 감소하지 않는 것인데, 그 이유는 이로 인해 그리드 내에서 다시 고장이 야기될 수 있기 때문이다.
따라서 상기 방법은 특히 풍력 발전 설비가 이전에 과도하게 증가한 전력 출력에 의해 회전 속도 및 그에 따라 또한 전력도 감소한 운전 상태를 위해 유용하다. 기본적으로 상기 방법은, 다른 상황들, 예를 들어 그리드 운영자의 다른 설정 또는 법적 규정에 의해서도 설비가 더 낮은 회전 속도의 운전 상태, 즉, 회전 속도가 현재 풍력 조건에서 일반적이거나 또는 정상적인 것보다 낮은 상태에 있는 경우에도 고려된다.
다른 응용예는 연속 운전, 즉 각각의 현재 풍속에 대해 최적의 작동점을 얻기 위한 풍력 발전 설비의 회전 속도-조절식 운전이다.
본 발명에 따라, 이용 가능한 출력을 결정할 수 있는 상태 모니터링 장치도 제안된다. 특히 상기 상태 모니터링 장치는 풍력 발전 설비의 운전에 관한 실시예와 관련해서 전술한 바와 같이 작동한다. 본 발명에 따라, 이용 가능한 출력이 정상적인 운전 상태로의 풍력 발전 설비의 복귀 제어를 위해 또는 상기 복귀 제어를 위해서만 이용되지 않는 경우에도, 이러한 상태 모니터링 장치는 이용 가능한 출력의 결정을 위해, 즉, 이용 가능한 공기 역학적 출력의 결정을 위해 바람직할 수 있는 것이 파악되었다. 따라서 이 경우 또한 다른 맥락에서 또는 이하에서 상태 모니터링 장치에 관해 논의되었던 설명 또는 논의되는 설명이 유사하게 적용된다.
또한, 본 발명에 따라 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법에 의해 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로, 특히 정상적인 운전 상태로 복귀 제어될 수 있거나, 또는 추가로 또는 대안으로서 이용 가능한 출력을 결정하기 위해, 전술한 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따른 상태 모니터링 장치를 포함하는 풍력 발전 설비가 제안된다.
바람직하게 풍력 발전 설비는 복귀 제어 유닛을 포함하고, 상기 복귀 제어 유닛에서 정상적인 운전 상태로의 복귀를 위한 방법이 실행되고 구현될 수 있다. 복귀 제어 유닛은 이로써 제 1 운전 상태로부터 제 2 운전 상태로 제어할 수 있다. 이러한 복귀 제어 유닛은 바람직하게 풍력 발전 설비의 운전 제어 유닛에 연결되거나 그 일부를 형성할 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 모니터링 장치 제어 유닛을 제공하는 것이 제안되고, 상기 제어 유닛은 이용 가능한 출력을 결정하기 위한 상태 모니터링 장치를 포함하므로, 상태 모니터링 장치는 거기에서 실행되고 구현될 수 있다. 상기 모니터링 장치 제어 유닛은 복귀 제어 유닛의 일부일 수도 있거나, 또는 특히 상태 모니터링 장치가 정상적인 운전 상태로의 복귀를 위한 방법을 이용하지 않도록 구현되어야 하는 경우에, 별도로 구현될 수 있다. 바람직하게는 상기 모니터링 장치 제어 유닛은 풍력 발전 설비의 운전 제어 유닛에 연결되거나 그 일부를 형성할 수 있다.
계속해서 본 발명은 실시예들을 참고로 첨부된 도면과 관련해서 예를 들어 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 투시도.
도 2는 제안된 방법을 설명하기 위해 설정 출력을 미리 정하기 위한 구조를 도시한 도면.
도 3은 구조 도식에서 설명하는 회전 속도 조절 구조를 도시한 도면.
도 4는 풍력 발전 설비에 의한 지원의 추이 및 효과와 함께 주파수 강하의 과정을 설명하기 위한 다수의 그래프를 도시한 도면.
도 5는, 도 4와 달리 지원 전력을 위해 가변적인 설정값이 설정될 수 있으며, 풍력 발전 설비에 의한 지원과 함께 주파수 강하의 추이를 설명하기 위해 도 4와 유사하게 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 구현에 따른 그리고 다른 구현과 달리 정상적인 전력 및 정상적인 운전점으로의 전력의 복귀를 위한 시뮬레이션된 전력 변화를 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 전력 설정값으로서 풍력 발전 설비에 미리 정해져야 하는 설정 출력(Psoll)을 미리 정하기 위한 블록 구조(2)를 도시하고, 따라서 이에 기초해서 풍력 발전 설비는 정상적인 운전 상태로 복귀할 수 있다. 상기 블록 구조(2)는 또한 개략적으로 추이를 간략하게 나타낸다.
입력 변수로서 발전기의 회전 속도(ω)와 전기 직류 전압 중간 회로에 공급된 전기적 출력(PDC)이 출력 모니터링 장치(4)의 입력부(6)에 입력된다. 상기 출력 모니터링 장치(4)는 발전기의 회전 속도와 발전기의 기계적 토크를, 모니터링된 상태 변수로서 포함할 수 있는 상태 모니터링 장치이다. 결과로써 이용 가능한 출력(
Figure pct00011
)이 얻어지고, 상기 이용 가능한 출력은 공급을 위해 이용 가능한 공기 역학적 출력이라고도 한다. 상기 모니터링된 출력의 인덱스는, 상기 출력이 직류 전압 중간 회로와 관련된다는 사실도 제시한다. 상기 출력은, 즉 우세 풍속 및 풍력 발전 설비의 현재의 운전 상태에 의존하고, 즉 얼마나 많은 전력이 풍력으로부터 생산될 수 있는지에 의존하며, 또한 풍력으로부터 생산 가능한 상기 전력의 일부가 다른 방식으로, 특히 발전기의 여기서 또는 발전기에서의 에너지 변환 시 손실을 보충하기 위해 이용되는 것이 고려되는 출력이다. 상기 이용 가능한 출력(
Figure pct00012
)은 따라서 실제로도 이용 가능하고 컨버터에 의해 전기 공급 그리드 내로 공급될 수 있는 출력이다.
그러한 점에서 상기 이용 가능한 출력은, 중간 회로에서 이용 가능한 출력이지만, 풍력의 연속 흐름에 의해 연속적으로도 존재하고 풍력 발전 설비의 회전 속도의 변동을 야기하지 않는다는 점에서 중간 회로에 공급된 출력과 다르다.
상기 이용 가능한 출력(
Figure pct00013
)으로부터 특성곡선 블록(8)에 의해 설정 회전 속도(ωsoll)가 결정되고, 상기 특성곡선 블록에 회전 속도-출력 특성곡선이 저장된다. 상기 설정 회전 속도는 도 3에서 더 설명되는 회전 속도 조절기 블록(10) 내의 회전 속도 조절기를 위한 입력 변수이다.
이용 가능한 출력(
Figure pct00014
)은 또한 회전 속도 조절기 블록(10) 내의 회전 속도 조절기를 위한 입력 변수이고, 또한 회전 속도는 회전 속도 조절기 블록(10) 내의 상기 회전 속도 조절기를 위한 다른 입력 변수이다. 이 경우 측정된 또는 출력 모니터링 장치(4)에서 추정된 상태 변수로서 존재하는 회전 속도가 이용될 수 있다.
회전 속도 조절기 블록(10) 내의 회전 속도 조절기는, 그로부터 동적 과정에서 풍력 발전 설비를 위한 설정 출력을, 조절기의 조절기 출력부(12)에서 생성한다.
도 3은 회전 속도 조절기 블록(10)과 관련해서 회전 속도 조절기를 설명한다. 따라서 여기에서도 입력 변수로서 설정 회전 속도(ωsoll), 실제 회전 속도(ω) 및 간접적으로는 이용 가능한 출력이 고려된다. 이용 가능한 출력은 도 3에 표시되지 않지만, 이용 가능한 기계적 토크(
Figure pct00015
)가 이와 관련되고, 간접적으로는 해당하는 입력 변수를 형성한다.
설정 회전 속도는 먼저 디지털 필터(30)를 통해서 안내될 수 있고, 상기 디지털 필터는 예를 들어 1차 저역 패스 필터일 수 있다. 이로 인해 2개의 자유도를 갖는 조절 구조가 얻어질 수 있고, 상기 조절 구조는 설정값 시퀀스 성능이 균일하게 양호한 경우에 조절 섹션의 모델 부정확성에 대해 조절 회로의 강건성의 개선을 가능하게 한다. 반대의 경우도, 즉 모델 정확성은 양호하지만 설정값 성능은 그렇게 양호하지 않은 경우에 양호한 강건성이 존재하는 것도 또한 여기에서 언급되어야 한다.
차이 블록(32)에서 회전 속도의 설정값과 실제값 사이의 차이가 형성된다. 상기 차이는 조절 블록(34)에 제공되고, 상기 조절 블록은 그로부터 조절 알고리즘에 의해 해당하는 토크 차이를 결정한다. 조절 알고리즘은 특히 P-구조, PI-구조 또는 PID-구조를 포함할 수 있다.
이와 같이 결정된 토크 차이는 합산 부재(36)에서 모니터링된 기계적 토크(
Figure pct00016
)에 가산되므로, 설정 토크가 Tsoll로서 얻어지고, 상기 설정 토크는 풍력 발전 설비의 제어부에 입력 변수 및 설정 변수로서 전달될 수 있다. 이는 풍력 발전 설비 블록(38)에 의해 표시된다. 풍력 발전 설비 블록(38)에서 설정 토크(Tsoll)와 회전 속도(ω)의 곱셈으로, 설정 출력(Psoll)의 계산도 이루어질 수 있다.
상응하게 예컨대 풍력 발전 설비 블록(38)에서 풍력 발전 설비가 조절되고, 풍력 발전 설비 자체가 거기에 또한 포함되어, 최종적으로 출력값으로서 그 회전 속도, 즉 발전기의 회전 속도(ω)의 물리적 변수를 제공하고, 상기 물리적 변수는 차이 블록(32)으로 재도입된다. 물론 차이 블록(32)은 네거티브 입력값을 갖는 합산 블록(32)이라고 할 수도 있다.
본 발명의 응용 분야는, 주파수 강하 시, 예를 들어 발전소의 정전 시 그리드 지원을 위한 풍력 발전 설비의 이용에 집중된다. 이 경우 출력 모니터링 장치는 다양한 다른 조절 알고리즘들의 기초로서 풍력 발전 설비를 위해, 예를 들어 예비 전력 조절을 위해, 또는 풍력 발전 설비의 정상 운전 시 작동점의 최적의 조절을 위해 이용된다.
본 발명의 목적은 특히, 전력 증가에 의한 그리드 지원의 구현을 지금까지보다 더 호환적으로 형성하는 것과 특히 전력 증가의 종료 후에 유효 전력의 감소를 가급적 낮게 유지하는 것이다. 이로 인해 에너지 시스템 출력 균형의 반복된 장애가 최소로 제한된다.
전력 증가의 종료 후에 최적의 작동점으로의 복귀는 도 4에 개략적으로 도시되며, 상기 도면은 전형적인 거동을 나타낸다.
도 4는 시간(t)에 따른 풍속(v), 그리드 주파수(f), ω로도 표시될 수 있는 회전 속도(n) 및 공급된 전력(P)을 나타낸다. 시점(t0)에 주파수 강하가 나타나거나 또는 검출된다. 따라서 주파수(f)는 강하하고, 전력(P)은 기존의 값을 훨씬 넘어서 설정되며 이를 위해 운동 에너지가 이용되고, 그 결과 회전 속도(n)는 천천히 감소한다. 이는 조사된 전체 시간 범위 동안 풍속이 실질적으로 일정한 것을 전제로 한다.
증가한 전력 공급에 의한 그리드 지원은 시점(t1)에 종료되고, 상기 시점에 전력(P)은 천천히, 예컨대 그때까지 기존의 값보다 훨씬 아래로 그리고 현재 풍속에 따라 가능한 수준보다 훨씬 아래로 감소한다.
시점(t2)에 전력은 점차로 다시 증가한다. 이때 회전 속도(n)도 점차로 다시 증가한다.
시점(t3)에 상황이 다시 정상화되었고, 주파수 강하 이전처럼 공급된 전력(P)과 회전 속도(n)를 갖는 정상적인 운전점이 존재한다. 예에서 주파수(f)는 물론 이미 훨씬 조기에 회복되었다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 설비(WEA)의 전력 설정값은 설정된 전력 증가 지속시간의 종료 후에 시간 범위(tinertia , lead, back) 동안 감소하는 것이 도시된다. 상기 시간 범위의 종료 후에, 즉 대략 시점(t2)에 전력 설정값은 미리 규정된 회전 속도-출력 특성곡선에 따라 현재 회전 속도에 할당된 값을 갖는다. 그러나, 회전 속도는 선행하는 전력 증가의 제동 작용에 따라 현재 풍력 조건에 대한 최적의 값에 비해 낮기 때문에, 상기 전력 설정값은 현재 풍력으로 인해 야기되는 공기 역학적 출력에 부합하지 않는다. 그 대신 전력 설정값은 대개 그리드 지원의 시작 전에 출력된 유효 전력 레벨보다 훨씬 작으며, 이는 참조문헌[1,2]와도 관련된다. 유효 전력이 크게 감소함으로써 풍력 발전 설비(WEA)는 수 초 이내에 다시 더 높은 회전 속도로 증가하여 정상적인 운전 거동으로 복귀한다. 에너지 시스템의 관점에서 유효 전력 출력의 이러한 심한 감소는 반복된 장애로서 평가되어야 하고, 따라서 가능한 한 줄여야 하며, 이는 참조문헌 [1]과 관련된다.
가변 설정값에 따른 전력 증가는 도 5에 도시된다.
도 5의 변화와 조건들은 도 4의 변화와 조건들에 부합하고, 따라서 설명을 위해 도 4가 참조된다. 도 5에 따른 거동의 주요 차이점은, t0에서 주파수 강하 시 공급된 전력이 먼저 매우 유사하게 출발 전력으로 증가하지만, 출발 전력을 유지하는 것이 아니라, 감소하는 회전 속도(n)에 할당된 가상의 전력보다 거의 일정한 차이값만큼 높다는 것이다. 상기 가상의 전력은 도 5 및 도 4에서도 각각 하부 그래프에 점선으로 표시된다.
결과적으로 전력 강하는 도 4에서 설명된 바와 매우 유사한 특성을 갖는다.
공개된 방법은, 참조문헌 [3]에 따른 리파워 시스템(repower system)의 "동적 관성 조절(Dynamic Inertia regulation)"이라고 하는 방법이다. 상기 방법에서 감소한 회전 속도를 갖는 작동점으로부터 정상적인 작동점이라고도 할 수 있는 최적의 작동점으로의 풍력 발전 설비(WEA)의 복귀에 대한 제어는 설정 회전 속도 구배 또는 최저 구배 및 최대 구배에 의해 규정된 구배 코리도(corridor)의 설정에 의해 이루어진다. 따라서 이는 복귀 지속시간 동안 공기 역학적 토크와 전기적 토크 사이의 일정한 차이를 야기한다. 상기 방법의 단점은 조절 방법과 관련해서 회전 속도 구배를 이용하는 것이다. 이는 회전 속도 신호의 정성적인 고도의 측정을 요구하고, 따라서 너무 높은 잡음 레벨에 의하지 않은 수치 미분은 조절에 적합하지 않다.
다른 경우에 회전 속도 신호의 강한 필터링 또는 본 발명에 따른 방법과 유사하게 회전 속도 및/또는 그것의 미분을 위해 상태 모니터링 장치를 이용하는 것이 해결 방법일 수 있다. 그러나 이는 참조문헌 [3]에 기술되지 않는다.
도 6에는 공개된 방법(Palt)과 본 발명에 따라 제안된 방법(Pneu)에 대한 시뮬레이션된 전력 변화들의 비교가 도시되고, 상기 비교는 vW = 8.5 m/s의 풍속에서 약 60초의 복귀 지속시간 동안 매개변수화된다. 본 발명에 따라 제안된 방법에 따른 전력(Pneu)은 전력 증가의 종료 후에 t1에서 유사한 방법에 따른 전력(Palt)보다 훨씬 덜 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 그리드 지원 중에 전력 증가의 종료 이후 풍력 발전 설비(WEA)의 전력 감소를 줄이는 것과 풍력 발전 설비(WEA)의 최적의 작동점으로의 복귀의 지속시간의 제어 가능하게 하는 것이다.
특히 조절 방법 중에 설정값 필터의 설정 가능성에 의해 그리드 지원-전력 증가 단계의 종료 이후 전력 강하의 정도의 제어 가능성과, 필터, 즉 상태 모니터링 장치의 적절한 매개변수화 시, 기존의 공개된 방법에 비해 전력 강하의 뚜렷한 감소 및 관련 에너지 시스템에서 출력 균형 불균형의 장애의 감소가 달성된다.
상세히 설명된 실시예들과 결과들을 참고로 보편화 가능하도록 이하 내용들이 설명에 추가로 보완된다.
본 발명은 그리드 주파수의 현저한 강하 시, 여기에서 간단히 WEA라고 하는 풍력 발전 설비에 의한 그리드 지원을 위한 방법에 관한 것이다. 이와 같은 경우에 풍력 발전 설비의 출력된 유효 전력의 단기적 증가의 가능성이 공개되어 있고, 여기에서 지원이라고 한다.
그리드 주파수 강하에 대한 대응으로서 유효 전력 증가는 설정 가능한 시간 범위 동안 지원-시작의 순간의 유효 전력에 비해 확실한 일정한 증가에 의해 이루어질 수 있다.
증가한 유효 전력 출력의 결과는 일반적으로 지원-시작 이전의 순간에 비해 감소되는 WEA의 회전 속도이다. 이는 명백하게 회전하는 1질점계(one-mass system)의 가속 방정식을 이용해서 표시될 수 있다:
Figure pct00017
위 공식에서 J는 WEA의 회전하는 질량의 관성 모멘트이고, ω는 WEA의 회전 속도이고, Tmech와 Pmech는 샤프트에서 풍력으로 인해 발생하는 토크 또는 출력이고, Tel/Pel은 발전기의 전기 기계적 토크 또는 출력이다. 시간 범위를 넘어서 기계적 출력을 초과하는 발전기 출력이 제거되면, WEA의 제동이 이루어진다.
출력 균형의 이러한 불균형은 지원-이벤트 동안 풍속이 거의 일정할 때 나타난다. 이러한 효과는, 회전 속도가 감소하고 풍속이 일정한 경우에 WEA의 공기 역학적 효율이 지원-기능의 시작 이전의 최적의 작동점에 비해 저하될 수 있음으로써 더 강화된다. 최적의 작동점은 특정한 팁 속도비에서, 즉 블레이드 팁 회전 속도 대 풍속의 비에서 달성된다. 지원-시작 중에 팁 속도비의 감소는 일반적으로 풍속이 일정한 경우 감소하는 공기 역학적 출력을 야기한다. 전력 증가의 종료 후에 WEA는 회전 속도 및 풍속과 관련해서 주로 차선적 작동점에 있고, 즉 회전 속도가 풍속에 비해서 너무 낮으므로, 최적의 팁 속도비가 존재하지 않는다. 즉, WEA는 결과적으로, 더 높은 회전 속도를, 그에 따른 더 높은 공기 역학적 효율과 함께, 달성하기 위해 다시 가속되어야 한다. 이를 위해 상이한 옵션, 즉
- WEA의 신속한 가속 및 최적의 작동점으로의 신속한 복귀를 야기하는 지원-전력 증가의 종료 후 유효 전력 출력의 현저한 감소[이는 참조문헌 [2]와 관련됨],
- 느린 가속 또는 감소가 너무 경미한 경우에 WEA의 추가 제동을 야기하는 지원-전력 증가의 종료 후 유효 전력 출력의 경미한 감소
가 선택된다.
에너지 시스템 내의 주파수 안정성의 관점에서 후자의 옵션이 바람직하며, 이는 참조문헌 [1]과 관련된다. 에너지 시스템 내의 다수의 WEA에 의한 유효 전력의 현저한 감소는 상기 에너지 시스템의 출력 균형의 반복된 장애와 다름없다. 대개 이는 곧 예를 들어 발전소의 고장 또는 주파수 강하 및 지원-기능의 시작을 담당했던 라인의 고장에 의해 야기되는 출력 균형의 장애이다. 이로써 전력 감소를 최소로 제한하는 것이 적용되므로, WEA의 회전 속도는 추가로 감소하는 것이 아니라, 조절되어 더 긴 시간 범위 동안 다시 최적의 회전 속도로 높아질 수 있다.
여기에 설명된 방법은 지원-시작 이전에 출력된 유효 전력과 비교해서 가급적 경미한 전력 감소에 따라 지원-전력 증가의 종료 후 최적의 운전점으로 WEA를 복귀시키기 위한 해결 방법을 기술한다. 이를 위해 도 2에 도식으로 도시된 방법이 제안된다.
측정에 의해 변수인 회전 속도(ω)와 직류 중간 회로 내의 전기적 출력(PDC)이 검출된다. 그로부터 상태 모니터링 장치를 이용해서 중간 회로에 대해서 이용 가능한 공기 역학적 출력(
Figure pct00018
)이 계산되고, 즉 상기 공기 역학적 출력은 발전기 손실을 뺀 공기 역학적 출력에 상응한다. 상기 이용 가능한 출력에 관해 특성곡선에 의해 설정 회전 속도(ωsoll)가 계산된다. 계산된 이용 가능한 출력(
Figure pct00019
)의 이용 하에 또한 회전 속도 조절기에 의해 전력 설정값이 출력된다. 상기 설정값은 WEA의 전력 조절 소프트웨어에 의해 전기 여자식 발전기를 위한 조절 신호로 변환되고, 상기 신호는 매개변수화 가능한 시간 범위 동안 WEA가 설정 회전 속도에 도달하는 것을 야기한다. 개별 방법 요소들은 별도로 설명된다.
출력 모니터링 장치에 대해 방정식(1)에 기초해서 상태 변수 회전 속도(ω)와 기계적 토크(Tmech)로 WEA의 아래 상태 공간 분석 모델이 구성된다.
Figure pct00020
기계적 토크(Tmech)는 여기에서 사용된 변수들로부터 측정될 수 없고, 따라서 측정 데이터로부터 상태 모니터링 장치에 의해 계산되어야 한다. 또한 회전 속도 신호는 주로 낮은 분해능으로만 그리고 낮은 샘플링 레이트(sampling rate)로 측정되기 때문에, 상기 값의 경우에도 상태 모니터링이 제안된다. 적절한 모니터링 구조는 다음과 같이 공식화될 수 있고, 이 경우 추가 설명을 위해 참조문헌 [4]가 참조된다.
Figure pct00021
여기에서 모니터링된 변수들은 측정된 입력 변수들, 즉 회전 속도(ω) 및 전기적 토크(
Figure pct00022
)와 달리 ^으로 표시된다. 2개의 매개변수 kω와 kT는 동적 거동에 영향을 미치고, 이산 시간 이행 시 상태 모니터링 장치의 안정성에도 영향을 미치며, 이러한 양상을 고려하여 선택되어야 한다.
공기 역학적 출력(
Figure pct00023
)의 계산은 회전 속도와 토크의 곱에 의해 이루어진다.
특성곡선에 관해, 상기 요소들은 각각의 계산된 이용 가능한 출력(
Figure pct00024
)에, 예를 들어 정적 특성곡선에 의해 설정 회전 속도(ωsoll)를 할당하는 것이 설명되어야 한다.
회전 속도 조절기는 가급적 경미한 유효 전력 감소의 고려 하에 계산된 설정 회전 속도로의 WEA의 복귀를 달성해야 한다. 상기 회전 속도 조절기의 구조는 도 3에서 간단한 블록 회로도의 형태로 도시된다. 회전 속도 오류가 계산되고, 상기 회전 속도 오류로부터 P-/PI-/PID-조절기(C)에 의해 모니터링된 기계적 토크와 전기적 토크 사이의 토크 차이가 계산된다. 이는 모니터링된 기계적 토크에 합산되고 따라서 설정 토크 또는 현재 회전 속도와 곱셈 후에 설정 출력이 계산된다.
바람직하게는 설정 회전 속도는 회전 속도 오류의 계산 전에 디지털 필터(F)에 의해, 예를 들어 1차 저역 패스 필터에 의해 필터링된다. 이로 인해, 설정값 시퀀스 성능이 균일하게 양호한 경우에 조절 섹션의 모델 부정확성에 대해 조절 회로의 강건성의 개선을 가능하게 하거나 또는 역으로도 가능하게 하는 2개의 자유도를 갖는 조절 구조가 얻어진다. 감소한 회전 속도로부터 설정 회전 속도로의 WEA의 복귀 지속시간은 소정의 요구에 따라 필터(F)의 매개변수의 선택에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어 60초의 조절 회로의 정착 시간이 바람직한 선택이다.
회복 단계에서 전력 강하의 감소 외에 전술한 출력 모니터링 장치는 주파수 강하의 검출 후 전력의 증가를 위한 다른 옵션도 가능하게 한다. 이 경우 전력은 시간에 따라 가변적인 "정상적인" 회전 속도 의존적인 전력 설정값과 달리, 정해진 값만큼 증가할 수 있다. 이 경우 이를 위해 출력 모니터링 장치에 의해, 계산된 공기 역학적 출력을, 전력 증가를 위한 기준으로서 사용하고 종래와 같은 회전 속도 의존적인 전력 설정값을 사용하지 않는 가능성이 제공된다.
본 발명은 적어도 실시예에 따라, 주파수 강하 후에 지원에 의한 그리드 지원의 구현을 에너지 시스템을 위해, 특히 호환적으로, 구성하고 특히 전력 증가의 종료 후에 유효 전력의 감소를 가급적 작게 유지하는 목적을 갖는다. 이로 인해 에너지 시스템 출력 균형의 반복된 장애가 최소로 제한된다.
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Claims (13)

  1. 전기 공급 그리드 내로 전력을 공급하기 위해 발전기를 가진 풍력 발전 설비(WEA)를 운전하기 위한 방법으로서,
    제 1 전력 출력 및 제 1 회전 속도를 갖는 제 1 운전 상태 후에 제 2 전력 출력 및 제 2 회전 속도를 갖는 제 2 운전 상태로 제어되고,
    제 2 운전 상태로의 제어를 위해,
    - 공급을 위해 이용 가능한 공기 역학적 출력이 결정되고,
    - 상기 이용 가능한 출력으로부터 설정 회전 속도가 결정되고,
    - 상기 설정 회전 속도로부터 발전기에 설정할 설정 출력이 미리 정해지는 것인 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이용 가능한 출력은 발전기의 회전 속도 및 전기 중간 저장 장치, 특히 직류 전압 중간 회로에 공급된 전기적 출력으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이용 가능한 출력은 상태 모니터링 장치에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이용 가능한 출력을 결정하기 위해 이용되는 상태 모니터링 장치는 발전기의 회전 속도 및 발전기의 기계적 토크를 모니터링할 상태 변수로서 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이용 가능한 출력을 결정하기 위해 이용되는 상태 모니터링 장치는 다음 구조, 즉
    Figure pct00025

    에 의해 규정되고, 상기 구조에서,
    - J는 로터와 발전기의 공통의 관성 모멘트를 나타내고,
    - ω는 발전기의 회전 속도이고,
    - kω와 kT는 모니터링 장치의 동력학에 영향을 미치는 매개변수이고,
    - Tel은 전기적 토크를 나타내고, 전기 중간 저장 장치에 공급된 전기적 출력(PDC)과 회전 속도(ω)의 몫(quotient)으로서 계산되고,
    - Tmech는 로터 및 발전기의 기계적 토크를 나타내며, 이 경우
    모니터링된 변수들은 기호 "^"로 표시되고, 결정할 이용 가능한 출력은 모니터링된 회전 속도(
    Figure pct00026
    )와 모니터링된 기계적 토크(
    Figure pct00027
    )의 곱으로서 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절기에서 발전기의 실제 회전 속도와 이용 가능한 출력으로부터 설정 출력이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이용 가능한 공기 역학적 출력에 의존해서 회전 속도-출력 특성곡선으로부터 설정 회전 속도가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절기에서
    - 설정 회전 속도와 실제 회전 속도, 특히 모니터링된 실제 회전 속도 사이의 차이가 형성되고,
    - 상기 차이로부터 조절 알고리즘에 의해 모니터링된 기계적 토크와 전기적 토크 사이의 토크 차이가 결정되고,
    - 토크 차이와 모니터링된 기계적 토크의 합으로부터 설정 토크가 계산되며,
    - 설정 토크로부터 실제 회전 속도를 곱하여 설정 출력이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 운전 상태는 증가한 전력 출력의 운전 상태이고, 상기 제1 운전 상태에서 풍력 발전 설비는, 우세 풍력 조건에 따라 생성될 수 있는 것보다 많은 전력을 단시간 동안 출력하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 발전기를 가진 풍력 발전 설비의 이용 가능한 출력을 결정하기 위한 상태 모니터링 장치로서, 상기 상태 모니터링 장치는 발전기의 회전 속도와 발전기의 기계적 토크를, 모니터링할 상태 변수로서 포함하는 것인 상태 모니터링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 상태 모니터링 장치는 다음 구조, 즉
    Figure pct00028

    에 의해 규정되며, 상기 구조에서,
    - J는 로터와 발전기의 공통의 관성 모멘트를 나타내고,
    - ω는 발전기의 회전 속도이고,
    - kω와 kT는 모니터링 장치의 동력학에 영향을 미치는 매개변수이고,
    - Tel은 전기적 토크를 나타내고, 전기 중간 저장 장치에 공급된 전기적 출력(PDC)과 회전 속도(ω)의 몫으로서 계산되고,
    - Tmech는 로터 및 발전기의 기계적 토크를 나타내며, 이 경우
    모니터링된 변수들은 기호 "^"로 표시되고, 결정할 이용 가능한 출력은 모니터링된 회전 속도(
    Figure pct00029
    )와 모니터링된 기계적 토크(
    Figure pct00030
    )의 곱으로서 계산되는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링 장치.
  12. 전기 공급 그리드 내로 전력을 공급하기 위한 발전기를 가진 풍력 발전 설비로서,
    상기 풍력 발전 설비는, 제 1 전력 출력과 제 1 회전 속도를 갖는 제 1 운전 상태 후에 제 2 전력 출력과 제 2 회전 속도를 갖는 제 2 운전 상태로 제어되도록 준비되고, 및/또는
    상기 풍력 발전 설비는 이용 가능한 출력을 결정하기 위해 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 상태 모니터링 장치를 포함하는 것인 풍력 발전 설비.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 풍력 발전 설비는
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위해 상기 방법이 실행되는 복귀 제어 유닛
    을 포함하고, 및/또는
    상태 모니터링 장치의 구현을 위해 상태 모니터링 장치가 실행되는 모니터링 장치 제어 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
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