KR20180128481A - 전력을 공급하기 위한 방법 및 풍력 발전 시스템 - Google Patents

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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 네트워크 연결 포인트에서 적어도 하나의 풍력 발전 시스템 또는 복수의 풍력 발전 시스템을 포함하는 풍력 발전 지역에 의해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 방법에 관한 것으로서, 복수의 에너지 생성기가 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하고, 복수의 소비 장치가 전기 공급 네트워크로부터 전력을 취출하여, 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인, 공급된 전력과 취출된 전력 사이의 전력 밸런스가 전기 공급 네트워크에 존재한다. 본 방법은 다음 단계들, 즉 상기 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하는 단계; 상기 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하는 단계; 이용 가능한 풍력에 따라 기본 전력을 공급하는 단계; 상기 결정된 보상 에너지 양에 의해 기본 전력의 공급을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

전력을 공급하기 위한 방법 및 풍력 발전 시스템
본 발명은 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 풍력 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 풍력 발전 지역에 의해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하도록 복수의 풍력 발전 시스템을 구비하는 풍력 발전 지역에 관한 것이다.
풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역에 의해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하는 것은 알려져 있다. 한편, 전기 공급 네트워크를 전기적으로 지원 및/또는 개선하는 데 도움이 되는 소위 시스템 서비스를 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역에 의해 제공하는 것도 또한 알려져 있다.
풍력 발전 시스템은 현재 바람으로부터 취할 수 있는 만큼의 많은 양의 전력을 정기적으로 공급하기 때문에, 전기 공급 네트워크를 지원하기 위해 공급될 전력이 증가되어야 할 때 특히 문제가 된다. 이를 위해, 단기간의 전력 증가를 위한 개선을 위해, 회전하는 로터의 플라이휠 매스로부터의 전력을 사용하기 것이 이미 제안되어 있다. 그러나 증가된 전력이 공급되고 이를 위해 회전하는 로터로부터의 전력을 사용하면, 속도가 느려지므로, 증가되어 공급된 상응하는 전력은 짧은 기간 동안에만 공급될 수 있다.
또한 오늘날 많은 네트워크 운영자는 특히 원자력 발전소, 석탄 발전소 및 가스 발전소와 같은 종래 발전소의 특히 발전기로 작동되는 대규모로 연결된 동기식 기계의 네트워크 지원 특성에 의존한다. 이러한 지원은 여전히 일부 네트워크 운영자에 의해 요구되는 것으로 보인다. 그럼에도 불구하고 적어도 일부 국가에서는 네트워크 지형이 변화하므로, 이러한 네트워크 지원은 위에서 언급된 네트워크에 직접 결합된 동기식 발전기의 물리적 거동에 의해 불리한 조건이 될 수 있으며, 특히 모든 상황에 이상적이지 않을 수도 있다. 예를 들어, 차동기 공진(subsynchronous resonances)으로 인해 불안정성이 발생할 수 있다.
독일 특허청은 본 출원에 대한 우선권 출원에서 다음의 선행 기술, 즉 DE 10 2009 014 012 A1, DE 10 2014 209 541 A1, US 2015/0159627 A1, EP 1 665 494 B1, EP 2 282 053 A1 및 WO 2012/171532 A2를 조사하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히, 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역에 대해, 알려진 방법들에 비해 가능한 한 개선된 네트워크 지원 또는 전기 공급 네트워크를 지원하기 위한 시스템 서비스가 제안된 해결책이 제안되어야 한다. 특히 변경된 상황, 특히 전기 공급 네트워크의 구조 또는 토폴로지에서의 변경된 상황을 네트워크 지원 시 고려할 수 있는 해결책이 제공되어야 한다. 적어도 이전에 알려진 것들에 대해 대안적인 해결책이 제안되어야 한다.
본 발명에 따르면, 본원의 청구범위 제 1 항에 따른 방법이 제안된다. 따라서 적어도 하나의 풍력 발전 시스템에 의해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 방법이 제안되고 공급은 전기 공급 네트워크의 네트워크 연결 포인트에서 이루어진다. 복수의 에너지 생성기가 전기 공급 네트워크에 전력을 공급하고, 복수의 소비 장치가 전기 공급 네트워크로부터 전력을 취출하므로, 전기 공급 네트워크에서 공급된 전력과 취출된 전력 사이의 전력 밸런스가 형성된다. 이상적으로는, 취출된 것과 동일한 양의 전력이 공급될 때, 이 전력 밸런스는 0이다. 여기서 전력 밸런스는 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인 것으로 간주된다. 포지티브의 전력 밸런스라 함은 따라서 전기 공급 네트워크에 전력의 과잉이 있는 상황으로 이해된다.
이를 위해 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하는 것이 제안된다. 가장 간단한 경우, 전력 인디케이터는 네트워크 주파수 또는 네트워크 주파수의 거동, 특히 그 변화일 수 있다. 그러나 예를 들어 메인 전압 또는 그 거동과 같은 다른 변수도 또한 고려된다. 일 실시예에 따르면, 전력 밸런스가 측정되고, 이 경우 전력 인디케이터는 전력 밸런스에 직접적으로 대응할 수 있거나 또는 상응하는 정규화된 값으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 공급된 모든 전력 및 모든 취출된 전력을 측정하거나 또는 전력 흐름을 측정함으로써 소규모 네트워크에서 측정이 수행될 수 있다.
이러한 전력 인디케이터에 따라 이 경우 보상 에너지 양이 결정된다. 풍력 발전 시스템은 사용 가능한 풍력에 따라 기본 전력을 공급한다. 정격 풍속이 우세한 경우, 이 기본 전력은 예를 들어 풍력 발전 시스템의 정격 전력일 수 있다.
이제 결정된 보상 에너지 양에 의해 기본 전력의 공급이 변경되는 것이 제안된다. 따라서 전력 인디케이터에 따라 포지티브의 보상 에너지 양이 결정된 경우, 특히 전기 공급 네트워크에서 전력 요구가 검출된 경우, 전력 공급은 이러한 결정된 보상 에너지 양, 즉 포지티브의 보상 에너지 양에 의해 증가된다. 특히 네트워크에서 전력 과잉이 검출되면, 보상 에너지 양에 대한 네거티브의 값이 정기적으로 발생할 수 있으므로, 결정된 보상 에너지 양에 의해 기본 전력의 공급을 변경하는 것은 기본 전력의 공급이 감소된다는 것을 의미한다.
전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하기 위해, 예를 들어 전기 공급 네트워크에서 검출된 전력 과잉은 이 전기 공급 네트워크의 에너지 생성기에 대해 그 크기에 따라 분할될 수 있고, 그 결과는 기준 시간 간격으로 곱해질 수 있다. 간단한 예를 들어, 100 MW의 전력 과잉이 검출되고, 고려된 풍력 발전 지역이 이 전기 공급 네트워크에 연결된 모든 공급 장치의 전력의 약 1 %를 제공하는 것으로 알려져 있다면, 이 100 MW는 그에 상응하게 분할되어, 이들 풍력 발전 지역은 1 MW를 할당받을 수 있다. 물론 예를 들어 시스템 서비스를 제공할 수 있는 공급 장치만이 고려되는 것과 같이 다른 값 및 분할이 사용될 수도 있다. 가중치도 또한 고려된다. 이제 이 예제로 돌아가서, 기준 시간 간격이 1 초이면, 1 MW의 에너지 양, 즉 약 0.28 kWh가 밸런스 에너지로서 계산될 수 있다.
그러나, 예를 들어 네트워크 주파수의 미리 결정된 변화 또는 네트워크 주파수의 미리 결정된 차이가 네트워크 보상 에너지 양의 공칭 주파수에 할당되어 있는 대응되는 테이블을 미리 설정하는 것이 또한 가능하다. 이들은 이 경우 검출된 주파수 변화 또는 검출된 주파수 편차에 따라 사용될 수 있다. 이러한 엔트리 사이를 보간할 수 있다.
이러한 보상 에너지 양은 그에 상응하게 추가로 공급될 수 있으며, 이 경우 네거티브의 값도 또한 고려되며, 기준 시간 간격의 끝에서 새로운 계산 및 상응하게 조정된 공급이 수행될 수 있다.
바람직하게는, 기본 전력은 검출된 풍력 또는 제어 기술에 따라 관측된 풍력에 따라 결정된다. 또한, 미리 결정된 기본 전력의 값에 따라 그리고 미리 결정되어 추가적으로 공급된 보상 에너지 양을 추가로 고려하여 기본 전력을 결정하는 것이 가능하다. 보상 에너지 양을 결정하고 그에 상응하게 추가로 공급함으로써, 이러한 유형의 공급 또는 지원의 거동, 즉 해당 풍력 발전 시스템, 필요한 경우에는 해당 풍력 발전 지역의 거동은 전기 공급 네트워크에 직접 결합된 동기식 발전기의 거동에 근접하게 될 수 있다. 또한 전력 밸런스가 네거티브일 때 그리고 이에 따라 네트워크 주파수의 변화가 있을 때, 네트워크에 직접 결합된 동기식 발전기는 그 회전 에너지로부터 발생되는 추가 에너지를 물리적으로 공급한다. 이 동기식 발전기는 이를 통해 더 느려진다. 그에 상응하게, 실제로는 특정 에너지 양만이 추가로 공급되고, 그러한 에너지 양은 어떠한 양으로도 이용 가능하지 않다.
바람직하게는, 또한 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역에 의한 제안된 전력 공급을 위해, 에너지 예비량이 미리 결정될 수 있고, 이 미리 결정된 에너지 예비량에 따라 보상 에너지 양이 결정될 수 있다. 특히 포지티브의 보상 에너지 양이 결정되는 경우, 이는 미리 결정된 에너지 예비량 및 추가의 보상 에너지 양이 최근에 얼마나 많이 공급되었는지에 의존할 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역에 대해, 기본 전력 이외에 전기 공급 네트워크로 공급될 수 있는 에너지의 양을 나타내는 에너지 예비량이 결정된다. 이 에너지 예비량에 따라 그 후 보상 에너지 양이 결정된다. 따라서, 보상 에너지 양은 적어도 전력 인디케이터에 따라 그리고 에너지 예비량에 따라 결정된다. 예를 들어, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터의 의존 함수를 통해 결정될 수 있고, 또한 가중치 인자가 에너지 예비량을 고려할 수 있다. 예를 들어 사용 가능한 에너지 예비량과 최대 에너지 예비량 사이의 비가 형성될 수 있다. 이 인자는 이 경우 자연스럽게 값 1과 0 사이에 위치하고, 따라서 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정할 때 0 내지 1의 값을 취할 수 있는 인자로서 포함될 수 있다. 기본 전력뿐만 아니라 보상 에너지 양도 공급되는 경우, 이것은 에너지 예비량의 감소를 가져오고, 따라서 구현의 단지 하나의 바람직한 실시예를 들자면, 이 가중치 인자의 즉각적인 변화를 가져올 수 있다. 또 다른 바람직한 변형예로서, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터에 따라 먼저 결정되고, 에너지 예비량은 이 경우 에너지 예비량이 예를 들어 최대 에너지 예비량의 50 %와 같은 미리 결정된 값의 미만으로 되는 즉시 결정된 값의 감소를 발생시킨다.
또한, 그러한 최대 에너지 예비량으로서, 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역의 기본 특성에 의해 형성되는 값이 사용될 수 있다. 최대 에너지 예비량으로서 또는 대안적으로 초기 에너지 예비량으로서, 포지티브의 보상 에너지 양을 필요로 하는 네트워크의 지원을 위한 제 1 조치가 도입되는 순간에 얼마나 많은 에너지 예비량이 존재하는지를 나타내는 값이 또한 사용될 수 있다. 최대 에너지 예비량에 대한 설명은 여기에 설명된 초기 에너지 예비량에 대해서도 유사하게 적용된다.
일 실시예에 따르면, 보상 에너지 양의 결정이 기준 시간 간격 동안 수행되고, 이 기준 시간 간격에서 기본 전력의 공급이 이 보상 에너지 양에 의해 변경되는 것이, 즉 부호에 따라 증가 또는 감소되는 것이 제안된다. 이러한 기준 시간 간격은 단지 몇 개의 바람직한 예를 들자면, 예를 들어 1 초 또는 0.5 초 또는 200 ms일 수 있다. 따라서, 보상 에너지 양이 계산되어 이 기준 시간 간격에서 공급되거나 또는 기준 시간 간격만큼 큰 시간 간격에서 가능한 한 즉시 공급된다.
이를 통해, 각각의 결정된 보상 에너지 양이 짧은 기간 동안 목표된 대로 공급될 수 있는데, 즉 추가로 공급될 수 있는 것이 달성될 수 있다. 이를 통해 특히 짧은 기간 동안 이 에너지가 지원을 위해 공급될 수 있다. 또한, 연결 시점에서, 즉 다음 기준 시간 간격 동안 보상 에너지 양이 새롭게 결정되어 공급될 수 있다. 이를 통해 또한 이 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역의 거동은 네트워크에 직접 결합된 동기식 발전기의 거동에 근접될 수 있다. 특히, 전기 공급 네트워크의 상황에 의존하는 에너지 양이 각각의 경우 공급되며, 다른 한편으로는 끊임 없이, 즉 모든 기준 시간 간격에서, 전기 공급 네트워크에서 이 상황에 대한 새로운 고려가 이루어진다. 또한 보상 에너지 양을 결정할 때에도 여전히 지원을 위해 존재하는 에너지 예비량이 고려되거나 또는 고려될 수 있다.
바람직하게는 기준 간격 및 공급 간격에 대해 비대칭인 및/또는 상이한 길이의 기간을 제공하는 것이 제안된다. 예를 들어, 1 초마다 보상 에너지 양을 계산하는 것이 제안되지만, 그러나 이는 보다 큰 기간 동안, 예를 들어, 3 초 동안 공급되는 것이 제안된다. 더 긴 시간은 제어 전원의 응답까지의 시간 또는 그 시간에 적합하도록 맞추어질 수 있다. 이를 통해 에너지 패킷이 계산되어 공급되며, 이러한 에너지 패킷이 합산되는데, 경우에 따라서는 심지어 오버레이된다.
또 다른 실시예에 따르면, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터에 따라 결정되어, 전력 밸런스가 감소되어 네거티브일 때, 포지티브, 즉 기본 전력의 공급이 증가하는 것이 제안된다. 그러므로, 보상 에너지 양을 결정할 때 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스의 절대 값이 고려되고 또한 이것이 어떻게 발전되는지가 고려되는 것이 제안된다. 전력 밸런스가 감소되어 네거티브인 경우, 즉 값이 증가되면, 당연히 예비 에너지와 동의어라고도 할 수 있는 에너지 예비량이 일반적으로 이를 위해 존재한다는 가정 하에, 포지티브의 보상 양이 결정된다. 바람직하게는, 미리 결정된 하한값이 가정되고, 그러한 보상 에너지 양이 결정되기 위해서는 먼저 상기 하한값의 미만이 되어야 한다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 전력 밸런스가 이상적인 값 0으로부터 최소 편차인 경우, 초기에 보상 에너지 양이 결정되지 않는다. 일 실시예에 따르면, 응답은 0에 가까운 불균형적으로 보다 적은 전력 인디케이터 또는 전력 밸런스에서 정지될 수 있다. 이를 통해 적은 편차에서 실제로 또는 거의 추가의 공급이 이루어지지 않는 것이 달성될 수 있다. 보상 에너지 양과 전력 인디케이터 간의 비는 바람직하게는 PT2-거동을 통해 결정될 수 있거나 또는 PT2-요소의 스텝 응답에 대응하는 거동으로 설명될 수 있다.
유사하게, 네거티브의 보상 에너지 양을 계산하기 위한 제안이 제공되는데, 즉 보상 에너지 양이 전력 인디케이터에 따라 결정되어, 전력 밸런스가 증가되어 포지티브일 때, 네거티브, 즉 기본 전력의 공급이 감소된다. 또한 여기서 일 실시예에 따르면, 이러한 계산은 전력 밸런스가 미리 결정된 상한값을 초과할 때에만 수행되는 것이 제안된다. 기본 전력의 공급을 감소시키는 것은 여기서, 그리고 또한 일반적으로 여기에 기술된 각 상황에 대해, 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역이 전기 공급 네트워크로부터 보상 에너지 양 또는 그 일부를 받는 경우도 포함할 수 있다. 이렇게 받은 에너지 양은 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역에 저장되거나 또는 소위 초퍼(chopper) 저항기에 의해 파괴되거나, 또는 전력 제어 장치를 통해 감축 조절된 공급 전력일 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 보상 에너지 양은 의존 함수에 의해 전력 인디케이터에 의존하고, 의존 함수는 변경될 수 있는 것이 제안된다. 전력 인디케이터에 따라 그리고 이에 따라 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스에 따라 전기 공급 네트워크로 보상 에너지 양을 공급함으로써, 전기 공급 네트워크에 직접 결합된 동기식 발전기의 거동에 기초하여 네트워크 지원이 수행될 수 있다. 그러나 변경 가능한 의존 함수를 사용함으로써, 보다 높은 유연성을 얻을 수 있다. 특히, 이러한 방법은 전기 공급 네트워크에서 변경된 조건에 쉽고 빠르게 적응할 수 있다. 이를 통해 네트워크 운영자의 요구 사항도 또한 고려될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 의존 함수는 네트워크 연결 포인트에 의존하는 것이 제안된다. 이는 이 네트워크 연결 포인트의 기술적 설계, 특히 추가적인 에너지 공급을 허용하는 용량 및 기능과 관련될 수 있다. 그러나 이를 통해 특히 전기 공급 네트워크의 토폴로지와 관련하여 전기 공급 네트워크에서 네트워크 연결 포인트의 위치가 또한 고려될 수도 있다. 예를 들어 여기서는 네트워크 연결 포인트가 전기 공급 네트워크에서 특히 중심에 또는 주변에 배치되어 있는지 여부가 고려될 수 있다. 전기 공급 네트워크에 대한 경험값 또는 수행된 측정 또는 다른 조사는 전기 공급 네트워크의 거동에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어 여기서 전기 공급 네트워크의 진동 거동을 파악할 수 있다. 이러한 진동 거동을 고려하여, 그러한 전기 공급 네트워크 내의 네트워크 연결 포인트의 상이한 위치에 대해, 상이한 의존 함수를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 의존 함수를 사용하여, 특히 많은 보상 에너지 양 또는 다소 작은 보상 에너지 양이 전력 밸런스에 따라 결정되는지 여부가 결정되거나 또는 영향을 받을 수 있다. 따라서, 전력 밸런스의 동일한 값에 대해 의존 함수의 선택 또는 설정에 따라 더 크거나 또는 더 작은 보상 에너지 양이 제공될 수 있다.
네트워크 연결 포인트의 특성은 단락 전류 비이기도 하다. 특히, 결정되는 보상 에너지 양이 커질수록 네트워크 연결 포인트에서의 단락 전류 비가 커지도록 의존 함수를 선택하거나 또는 설정하는 것이 제안된다. 이러한 단락 전류 비는 연결 부하에 대한 단락 전력의 비이다. 여기서 단락 전력은, 단락이 발생할 때, 해당 공급 네트워크가 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역이 연결되는 고려된 네트워크 연결 포인트에 제공할 수 있는 전력을 의미한다. 연결 부하는 연결될 풍력 발전 시스템 또는 연결될 풍력 발전 지역의 연결 부하, 특히 연결될 발전기 또는 연결될 발전기들의 정격 전력이다.
바람직하게는, 이러한 의존 함수는 비선형이기 때문에, 전력 밸런스와 보상 에너지 양 사이의 비례가 회피될 수 있다. 비선형 의존 함수를 적절하게 선택하면 이는 전기 공급 네트워크에서의 진동을 방지할 수 있다. 예를 들어, 이러한 비선형 의존 함수는 전력 밸런스가 클수록 보상 에너지 양이 더 느리게 증가하도록 선택될 수 있다. 이를 통해, 진동이 발생하는 경우 더 많은 보상 에너지 양에 의해 상쇄 제어되어 실제로 진동의 여기를 유도할 수 있는 것이 회피될 수 있다.
바람직하게는, 대안적으로 또는 보완적으로, 의존 함수가 포지티브의 보상 에너지 양을 결정하기 위해 네거티브의 보상 에너지 양의 결정을 유도하는 경우와는 다르게 거동하거나 또는 다른 관계로 제공되도록 형성되는 것이 제안된다. 이는 또한 전기 공급 네트워크에서의 진동의 만일의 발생을 방지하거나 또는 공급 과잉 상황 및 공급 부족 상황에서 에너지 공급 네트워크의 다양한 거동을 고려할 수 있다.
또한 의존 함수는 네트워크 연결 포인트에 따라 달라질 수 있으며 또한 변경될 수도 있다. 예를 들어, 네트워크 연결 포인트에 의존하는 의존 함수의 베이직 함수가 제공될 수 있고, 또한 의존 함수를 변경하기 위한 가중치 인자가 제공될 수도 있다.
의존 함수는 전기 공급 네트워크의 시스템 특성에 따라 달라질 수 있다. 여기에는 예를 들어 공급 장치 또는 생성기와 동의어로 언급될 수도 있는 관련된 에너지 생성기를 통해 어떤 총 전력이 공급될 수 있는지가 포함된다. 여기에는 또한 예를 들어 수백 킬로미터, 특히 200 km 또는 500 km의 한정된 둘레 내의 에너지 생성기만이 고려되는 것이 포함될 수 있다. 여기에는 기존 에너지 생성기의 유형 및 추가적으로 또는 대안적으로 기존 소비 장치의 유형도 고려되는 것이 포함될 수 있다. 이를 위해 예를 들어 모든 소비 장치의 총 임피던스에서 모든 소비 장치의 유도성 비율을 통해 평균값이 형성될 수 있다. 예를 들어, 5 % 또는 10 %와 같이, 모든 소비 장치의 소비된 전력 중 적어도 최소한의 부분을 소비하는 소비 장치와 같은 우성 소비 장치만을 고려하는 것도 제안될 수 있다.
공급 장치를 고려할 때도 마찬가지로 적용되며, 이에 대해서는 가장 우선인 공급 장치만을 고려하는 것이 제안될 수도 있다. 공급 장치의 고려를 위해, 특성을 생성하고 이에 의존하여 예를 들어 미리 결정된 테이블을 통해 의존 함수를 선택하는 것이 제안될 수 있다. 그러한 특성은 네트워크가 풍력 발전 시스템 또는 광전지 시스템과 같은 주변의 공급 장치 또는 생성기를 포함하거나 또는 석탄 화력 발전소 또는 원자력 발전소와 같은 더 많은 종래의 발전소를 포함하는지 여부를 포함할 수 있다. 또한 연결된 생성기가 얼마나 많은 시스템 서비스를 제공할 수 있는지가 또한 고려될 수도 있다. 이를 위해, 연결된 각 생성기 또는 공급 장치는 예를 들어 5 초 또는 10 초일 수 있는 미리 결정된 지원 간격 이내에 제공할 수 있는 전력 값 또는 에너지 값을 표시하는 것이 제안된다. 이러한 표시는 또한 작동 중에 가변적일 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템 특성으로서, 전기 공급 네트워크 내의 접속 상황 또는 스위치 위치가 고려된다. 특히, 전기 공급 네트워크의 운영자는 상응하는 스위치 위치를 통해 네트워크 토폴로지에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 예를 들어 상응하는 스위치 위치에 의해 스터브(stub)가 메시로 변경되거나, 또는 링 토폴로지가 전환되거나 또는 해결될 수 있다. 평행 라인의 단선 또는 추가도 또한 고려된다. 예를 들어, 구체적인 예를 들자면, 강을 통해 고전압 라인을 분리하면, 매우 큰 선박이 예외적으로 통과할 수 있도록 하기 위해, 이러한 네트워크 토폴로지의 변경을 발생시킬 수 있다. 이러한 경우를 더 잘 고려하기 위해, 일 실시예에 따르면, 이에 따라 전기 공급 네트워크 내의 접속 상황 또는 스위치 위치에 따라 의존 함수를 변경, 설정 또는 선택하는 것이 제안된다. 이 경우 전기 공급 네트워크의 접속 상황 또는 스위치 위치는 측정될 수 있거나, 또는 네트워크 운영자에 의해 통지될 수 있다.
이에 의존하여 의존 함수가 설정되거나 또는 선택될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이 이러한 값이 변경되면, 의존 함수도 그에 상응하게 변경될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 이 모든 것은 전기 공급 네트워크의 시스템 거동에 따라 수행될 수 있다. 이러한 시스템 거동에는 특히 전력 밸런스의 변동 시 전기 공급 네트워크가 진동하는 경향이 있다. 이 경우 시스템 거동은 위에서 언급된 시스템 속성과 관련될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 의존 함수는 전기 공급 네트워크의 적어도 하나의 시스템 상태에 따라 변경, 설정 또는 선택될 수 있다. 시스템 상태는 전기 공급 네트워크의 실제 상태이며, 특히 전기 공급 네트워크의 주파수는 물론 전기 공급 네트워크의 전압에 영향을 준다. 그러나 전압 또는 전류의 고조파의 존재 또는 크기와 같은 다른 시스템 상태가 고려될 수도 있다. 시스템 상태라는 용어는 여기서 제어 공학적으로 이해되어야 한다. 특히 예를 들어 변압기, 라인의 크기, 네트워크 또는 네트워크 섹션의 임피던스와 같은 물리적 특성 또는 전기 공급 네트워크의 다른 특성과는 관련이 없다.
추가적으로 또는 대안적으로, 의존 함수가 다른 풍력 발전 시스템 또는 다른 풍력 발전 지역의 적어도 하나의 추가의 의존 함수에 따라 변경, 설정 또는 선택되는 것이 제안된다. 특히 여기서, 이 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역은 다른 풍력 발전 시스템 또는 다른 풍력 발전 지역과 통신하고 적어도 이 정보를 교환하지만, 바람직하게는 다양한 다른 정보를 교환하는 것이 제안된다. 여기서도 또한 예를 들어, 2 개의 동일한 풍력 발전 지역의 예에 대해, 특히 전력 인디케이터가 동일한 경우 하나의 풍력 발전 지역이 다른 풍력 발전 지역보다 더 큰 보상 에너지 양을 결정하는 방식으로, 이러한 풍력 발전 지역이 서로 다른 의존 함수를 선택하는 것이 제안되는 것이 제공될 수 있다. 또한 이는 스윙을 방지할 수 있으며, 특히 이 2 개의 풍력 발전 지역이 서로에 대해 네트워크 지원을 제공하는 것을 회피할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 외부 요구 사항, 특히 전기 공급 네트워크의 운영자의 외부 요구 사항이 고려되는 것이 제안된다. 이를 통해, 단순화하여 네트워크 운영자라고도 불리는 전기 공급 네트워크의 운영자에게는 그들의 시스템 서비스와 관련하여, 특히 그들의 네트워크 지원 특성과 관련하여 각각의 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역을 제어할 수 있는 가능성이 제공될 수 있다. 그는 이러한 거동 방식을 변경하거나, 설정하거나 또는 다른 가능성으로부터 선택할 수 있다. 이는 예를 들어 주어진 경험에 따라 조정될 수도 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 의존 함수는 전기 공급 네트워크 내의 이벤트에 의존하고, 특히 네트워크 섹션의 분리 또는 재-연결에 의존하는 것이 제안된다. 예를 들어, 강제적인 보호 기능 또는 보호 반응으로서 전기 공급 네트워크의 일부가 분리되면, 분리된 부분뿐만 아니라 다른 부분에서도 모두 전력 밸런스가 갑자기 변화되는 것이 발생할 수 있다. 예를 들어 가능하게는 소비 장치만이 연결되어 있어 평균 이상의 양의 전력을 소비하는 네트워크 섹션이 분리되는 경우, 분리에 의해 정기적으로 나머지 전기 공급 네트워크에서 갑자기 포지티브의 전력 밸런스가 우세해지는데, 즉 과잉의 전력을 상쇄할 필요성이 갑자기 존재하게 된다. 이 경우 위에서 언급된 서브 네트워크가 분리된 포인트의 부근에서 이 과잉 전력을 가장 강하게 상쇄시키는 것이 특히 바람직할 수 있다. 그러한 분리가 임박했다는 것을 적어도 단기간에 예측할 수 있다면, 그에 상응하게 그러한 분리 포인트의 부근의 풍력 발전 지역의 의존 함수가 특히 강한 의존성으로 변경될 수 있다.
동일한 내용은 서브 네트워크가 다시 연결되어야 하는 경우에도 적용된다. 이러한 분리 포인트로부터 멀리 이격되어 있는 풍력 발전 지역은 이 상황에서도 네트워크의 불안정성을 상쇄시키기 위해 더 약한 의존 함수를 선택할 수 있다.
전력 인디케이터는 바람직하게는 네트워크 주파수, 네트워크 주파수의 시간 도함수, 메인 전압, 측정된 전력차, 네트워크 주파수에 대해 시뮬레이션된 모델 주파수 및/또는 메인 전압의 위상과 모델 주파수 사이의 위상각으로부터 결정된다. 또한 복수의 변수를 결합하여, 전력 인디케이터를 결정할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 또한 네트워크 임피던스에 따라 역률이 결정되는 것이 제안된다. 특히, 전술한 변수 중 적어도 하나, 특히 네트워크 주파수 및/또는 그 시간 도함수가 역률을 결정하는 데 사용되며, 또한 네트워크 임피던스가 고려된다. 네트워크 임피던스로서 네트워크 연결 포인트에서 측정된 값이 사용될 수 있다. 네트워크 임피던스는 값으로 알려져 있는 것으로서 예를 들어 네트워크 운영자에 의해 제공되는 것이 또한 고려된다.
바람직하게는 전기 공급 네트워크의 네트워크 주파수 또는 그 시간 도함수, 또는 두 가지의 조합을 전력 인디케이터로 사용한다. 물론 이것은 전기 공급 네트워크가 AC 전압을 가지고 있거나 또는 AC 전압 네트워크인 것으로 가정한다. 이 경우 전력 인디케이터로서의 이러한 네트워크 주파수에 따라 보상 에너지 양이 각 경우에 결정되며, 이 경우 예를 들어 네트워크 주파수의 언더슈트가 커질수록, 즉 정격 주파수 또는 네트워크 주파수 주위의 허용 오차 대역의 하한값에 대해 현재 주파수의 언더슈트가 커질수록, 보상 에너지 양은 더 크게 결정될 수 있다. 그러나 네트워크 주파수의 변화를 고려하는 것과 같이, 전력 인디케이터로서 네트워크 주파수에 대한 다른 고려가 유용할 수도 있다. 그럼에도 불구하고 전력 인디케이터는 이 경우 네트워크 주파수에 해당할 수 있거나 또는 그로부터 파생될 수 있다. 네트워크 주파수에 해당하는 경우, 보상 에너지 양을 결정하기 위해 전력 인디케이터의 변경 및 이에 따라 네트워크 주파수의 변경을 고려할 수 있다. 전력 인디케이터가 이미 네트워크 주파수의 변경에 대응하는 경우에도 동일한 결과가 달성될 수 있다.
특히 작은 네트워크의 경우에는 전력차를 측정하고 전력 인디케이터로 직접 사용하는 것이 고려된다. 이를 통해 전력 밸런스가 직접 검출되고 고려될 수 있어 유리하지만, 특히 대규모 네트워크 또는 특히 복잡한 네트워크의 경우 비용이 많이 들 수도 있다.
네트워크 주파수를 직접 측정하는 것 대신에, 네트워크 주파수에 대해 시뮬레이션된 모델 주파수를 고려할 수도 있다. 이러한 모델 주파수는 예를 들어 상태 관측기에 의해 결정될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 메인 전압의 위상 또는 위상 위치와 모델 주파수의 위상 또는 위상 위치 사이의 위상각을 고려하는 것이 제안된다. 이를 통해, 위상각의 증가를 발생시키는 네트워크 주파수의 변화가 특히 잘 고려될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터에서의 변화와 조정 가능한 제 1 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것이 제안된다. 가장 간단한 경우에, 보상 에너지 양은 이 곱에 대응된다. 그러나, 예를 들어 총 가용 에너지 양과 같은 다른 영향 변수를 고려할 수도 있다. 어떤 경우이든, 계산을 위해, 즉 보상 에너지 양을 결정하기 위해, 전력 인디케이터의 변화에 제 1 위치 인자를 곱하는 것이 제안된다. 이를 통해, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터의 변화, 즉 예를 들어 주파수 변화에 따라 계산될 수 있다.
이러한 제 1 위치 인자를 통해 해당 네트워크 연결 포인트의 위치에 따른 고려가 포함될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 1 네트워크 연결 포인트를 통해 전기 공급 네트워크로 공급되는 제 1 풍력 발전 시스템 또는 제 1 풍력 발전 지역에 대해, 제 1 위치 인자로서 값 1이 사용될 수 있다. 다른 방식으로는 제 1 풍력 발전 시스템 또는 제 1 풍력 발전 지역과 동일한 전제 조건을 갖지만, 특히 전기 공급 네트워크 내의 다른 위치에 배치되어 있는 다른 네트워크 연결 포인트를 통해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하는 다른 풍력 발전 시스템 또는 다른 풍력 발전 지역의 경우에는, 예를 들어 제 1 위치 인자로서 값 0.5를 사용할 수 있다. 이에 의해, 이 위치 인자를 통해 가중치가 취해질 수 있고, 이를 통해 네트워크 연결 포인트에 따른 보상 에너지 양의 결정에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 제 1 위치 인자는 또한 가변적일 수 있어, 이를 통해 네트워크 연결 포인트의 위치 이외의 다른 변수를 포함할 수 있거나 또는 이를 통해 더 동적으로 반응할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 또 다른 실시예에 따르면, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터와 조정 가능한 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것이 제안된다. 따라서 전력 인디케이터는 기준으로 사용되며 위치 인자가 곱해진다. 또한 여기서, 전력 인디케이터의 변화가 사용되는 실시예에서와 같이, 다른 영향 변수도 또한 포함될 수 있다. 그러나 가장 단순한 경우에, 보상 에너지 양은 전력 인디케이터와 제 2 위치 인자의 곱으로부터 직접 계산된다.
그러나, 다른 영향 변수가 포함되는 경우, 특히 전력 인디케이터의 변화로부터 보상 에너지 양이 결정되는, 위에서 전술한 실시예와의 조합이 취해질 수 있다. 이러한 경우에, 제 1 위치 인자 및 제 2 위치 인자가 포함될 수 있다. 이론적으로는, 하나의 위치 인자의 사용만으로 충분할 수 있으며, 제 1 위치 인자 및 제 2 위치 인자는 동일할 수 있다. 원칙적으로 이것은 조합이 없는 2 개의 개별 변형예에 대해서도 고려되는데, 즉 전력 인디케이터만이 또는 그 변화만이 고려되는 경우이다. 그러나 실제적으로는 위치 인자, 즉 제 1 위치 인자 및 제 2 위치 인자 모두는 정규화를 포함할 수 있다. 특히, 전력 인디케이터의 설명된 변화는 전력 인디케이터의 시간에 따른 변화와 관련되므로, 전력 인디케이터의 절대 값과 비교하여 다른 물리적 단위가 이미 형성된다. 이것은 각각의 위치 인자를 통해 고려될 수 있다. 또한, 설명된 상이한 상황에 대한 변수 조정도 각각의 위치 인자를 통해 고려될 수 있다. 대안적으로, 주파수 및 주파수 변화는 전력 인디케이터에 함께 포함될 수 있어, 전력 인디케이터는 이미 주파수 및 주파수 변화 모두를 포함하고 전력 인디케이터의 사용에 의해 주파수 및 주파수 변화가 고려될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예는,
- 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역이 적어도 하나의 공급 장치를 포함하고, 이 공급 장치는 시스템 보호 또는 규정된 한계값을 준수하기 위해 준수되어야 하는 적어도 하나의 작동 범위를 포함하는 것, 그리고
- 보상 에너지 양을 공급하기 위해 작동 범위는 미리 결정된 보상 시간 간격 동안 이탈될 수 있고, 특히 기본 전력의 공급이 증가할 때 이 작동 범위의 적어도 상한값이 미리 결정된 초과 값까지 초과되는 것
을 특징으로 한다.
따라서, 사용된 풍력 발전 시스템 또는 사용된 풍력 발전 지역은 적어도 하나의 공급 장치를 포함하고, 이 적어도 하나의 공급 장치는 또한 적어도 하나의 작동 범위를 포함한다. 특히 풍력 발전 시스템을 사용할 때 단일 공급 장치, 특히 출력 초크를 포함하는 인버터가 제공될 수 있다. 풍력 발전 지역의 경우 복수의 이러한 공급 장치를 사용할 수 있다. 그러나, 풍력 발전 지역은 다른 곳에 있는 풍력 발전 시스템의 에너지를 수집하고 중앙 공급 장치를 사용하여, 다른 변형예를 설명하는 것이 또한 고려된다.
따라서, 적어도 하나의 공급 장치는 적어도 하나의 작동 범위를 포함하며, 이 적어도 하나의 작동 범위는 시스템 보호 또는 규정된 한계값을 준수하기 위해 준수되어야 한다. 특히, 공급될 최대 전류는 상한을 형성할 수 있고, 그에 의해 공급될 전류에 관한 작동 범위를 정의할 수 있다. 다른 작동 범위는 사용될 전압 범위를 통해 주어질 수 있다.
그러나 보상 에너지를 공급하기 위해 작동 범위가 예외적으로 이탈되는 것이 제안된다. 이것은 또한 미리 결정된 보상 시간 간격 동안에만 제공된다. 이는 작동 범위, 특히 전압, 전류 또는 전력 제한이 열 손상을 발생시킬 수 있다는 인식을 기반으로 한다. 즉 이러한 제한을 초과하면 과열이 발생될 수 있다. 그러나, 궁극적으로 파괴 또는 적어도 노화를 유도하는 이 경우에 발생하는 온도 상승은 소정의 시간 상수를 가지며, 따라서 단기간 상승이 감수될 수 있는 것으로 인식되었다. 여기서 미리 결정된 보상 에너지 양의 정의된 단기 공급이 제공되기 때문에, 한계값을 초과함에도 불구하고 특히 짧은 기준 시간 간격을 사용함으로써, 이것이 매우 짧은 시간 동안에만 일어나는 것에 의해 준수될 수 있다. 특히 짧은 기준 시간 간격을 선택함으로써 과도한 공급에도 불구하고 과열을 회피할 수 있다.
바람직하게는, 작동 범위의 상한값이 제공되며, 이 상한값은 기본 전력의 공급이 증가될 때 미리 결정된 초과 값까지 초과될 수 있다. 제공된 초과 시간 또는 최대 초과 시간과 관련하여, 이 미리 결정된 초과 값을 지정함으로써, 초과 및 특히 그에 따른 효과도 목표한 대로 제한 범위 내에서 유지될 수 있다. 예를 들어 정격 회전 속도를 초과하는 것은 한계를 초과하는 것에 대응된다. 따라서 로터에서 더 많은 에너지가 사용 가능하다.
바람직한 실시예에 따르면, 보상 에너지 양을 공급하기 위해, 기본 전력의 공급이 증가될 때 풍력 발전 시스템의 회전 에너지가 사용되는 것이 제안된다. 따라서, 풍력 발전 시스템이 실제로 생성하는 것보다 더 많은 에너지가 공급되어야 한다면, 특히 풍력 발전 시스템의 공기 역학적 로터뿐만 아니라 전기 역학적 로터로부터의 회전 에너지도 사용될 수 있다. 또한 이를 통해 로터의 회전 속도가 감소하게 될 수도 있다. 그러나 이는 감수된다. 그러나, 추가로 여기서 공급되는 보상 에너지를 결정함으로써, 여기서 회전으로부터 취출되는 에너지도 명확히 지정되고 이에 따라 제어될 수 있다. 따라서, 보상 에너지 양의 결정은 또한 풍력 발전 시스템의 로터의 회전 속도에 따라 수행될 수 있다. 이 경우, 공기 역학적 로터는 기본적으로 풍력 발전 시스템의 로터를 의미하고, 전기 역학적 로터는 여기서 더 나은 구분을 위해 회전자로 지칭될 수 있다. 그러나 회전자 및 로터의 회전 속도는 기어리스 풍력 발전 시스템에서 동일하고, 기어 시스템의 경우 두 회전 속도는 서로 쉽게 변환될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기본 부하의 공급이 감소될 때, 즉 더 적은 에너지가 공급되거나 또는 심지어 전기 공급 네트워크로부터 취출될 때, 풍력 발전 시스템에 회전 에너지로서 에너지가 저장되는 것이 제안된다. 특히 전기 공급 네트워크로 공급되는 더 적은 에너지만이 공급되지만 여전히 포지티브의 전력이 공급되는 경우, 바람에 의해 여기에 입력되는 것보다 그에 상응하는 더 적은 에너지가 로터로부터 또는 로터의 운동으로부터 단순히 취출됨으로써, 에너지 저장 장치로서 로터의 이러한 사용이 간단히 구현될 수 있다. 회전 에너지의 저장은 이 경우 회전 속도 설정 값을 그에 상응하게 증가시킴으로써 간단하게 달성될 수 있다.
바람직하게는, 추가적으로 또는 대안적으로, 기본 전력의 공급이 감소될 때, 풍력 발전 시스템의 전력 감축 조절이 제공된다. 따라서 풍력 발전 시스템의 작동 포인트를 변화시켜, 보다 적은 전력을 발생시키는 것이 제안된다. 예를 들어, 로터 블레이드를 바람으로부터 피칭시킴으로써 이를 수행할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면,
- 풍력 발전 시스템 또는 풍력 발전 지역의 풍력 발전 시스템 중 적어도 하나의 풍력 발전 시스템은 발전기 회전 속도에 의해 작동되는 발전기를 포함하는 것,
- 전력 밸런스의 변화가 예상되는지 여부를 나타내는 예상 값이 결정되는 것,
- 이 예상 값이 전력 밸런스의 변화가 예상되는 것을 나타내는 경우, 회전 속도는 이 예상 값에 따라 변화되는 것
이 제안된다.
따라서, 전력 밸런스의 변화가 예상되는지 여부를 검사하는 것이 제안된다. 특히 많은 전력 또는 강한 전력의 소비 장치가 경험에 따라 켜지거나 또는 꺼져 있는 경우, 예를 들어 경험값에 기초한 시간에 따라 전력 밸런스의 변화가 예상될 수 있다. 또한 이것이 대형 소비 장치를 통해 통지되는 경우에도 전력 밸런스가 예상될 수 있다. 낮과 밤 사이의 변화 또는 그 반대의 경우, 특히 태양 광 발전으로 인해 생성된 전력의 비율이 변화되는 경우에도 이는 예상될 수 있다. 바람직하게는, 일기 예보, 특히 풍력 예보가 평가되고, 이로부터 공급될 예상 풍력의 변화가 결정된다. 또한 이로부터 전력 밸런스에 대한 예상 값을 도출할 수도 있다. 다른 이벤트는 최대 전력 그래디언트일 수 있는데, 이는 예를 들어 일식, 많은 사람들이 참여하는 대규모 주요 스포츠 행사, 크리스마스 및 섣달그믐날에 발생할 수 있다.
또한, 특히 대형 소비 장치들이 네트워크 운영자 또는 다른 제어 센터에 이러한 대형 소비 장치에서의 변화를 알리는 메시지를 보내는 것이 고려된다. 전기 공급 네트워크의 서브 네트워크를 계획적으로 차단하거나 또는 재연결하더라도 전력 밸런스의 변화가 예상될 수 있다. 따라서, 예상 값이 결정되고, 이 예상 값이 전력 밸런스의 변화가 예상되는 것을 나타내는 경우, 회전 속도가 이 예상 값에 따라 변화되는 것이 제안된다. 특히, 전력 밸런스가 네거티브가 될 것으로 예상될 때 회전 속도를 증가시켜, 이를 통해 보상 에너지 양을 결정한 다음 공급하기 위해 의존할 수 있는 더 많은 회전 에너지를 제공하는 것이 제안된다.
또 다른 양태로서, 단기간에 초과 회전 속도를 통해, 허용된 음향 한계를 이탈하는 것이 고려된다. 평균적으로 시스템은 이 경우 여전히 한계값을 준수할 수 있지만, 지원을 위해서는 단기간에 더 많은 회전 속도가 허용될 수 있고, 이는 더 많은 사운드를 발생시키지만, 짧은 시간 동안에만 그러하다.
본 발명에 따르면, 또한 네트워크 연결 포인트에서 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 풍력 발전 시스템이 제공되고, 이 풍력 발전 시스템은
- 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하기 위한 모니터링 수단으로서, 상기 전력 밸런스는
- 전기 공급 네트워크로 에너지 생성기를 통해 공급되는 전력과
- 전기 공급 네트워크로부터 소비 장치를 통해 취출되는 전력
사이의 차이로서의 전력차를 나타내고, 전력 밸런스는 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인 것인 모니터링 수단,
- 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하기 위한 결정 수단,
- 네트워크 연결 포인트에서 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 공급 장치,
- 공급 장치를 제어하기 위한 제어 장치로서, 상기 제어 장치는
- 사용 가능한 풍력에 따라 공급 장치가 기본 전력을 공급하고,
- 결정된 보상 에너지 양에 의해 공급 장치가 기본 전력의 공급을 변경하도록 이 공급 장치를 제어하는 것인 제어 장치
를 포함한다.
모니터링 수단은 따라서 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링한다. 전력 밸런스는 전기 공급 네트워크로 공급되는 전력과 전기 공급 네트워크로부터 취출되는 전력 사이의 차이로서의 전력차를 나타낸다. 전력 밸런스는 또한 여기서 전력을 공급하기 위한 방법 중 적어도 하나의 실시예와 관련하여 이미 위에서 설명된 바와 같이 정의된다.
결정 수단은 이 경우 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정한다. 결정 수단은 예를 들어 마이크로 프로세서를 갖는 컴퓨터 유닛일 수 있다. 결정 수단은 또한 공급 장치를 제어하기 위해 이하에 설명되는 제어 장치의 일부일 수도 있다. 따라서, 예를 들어 하류에 연결되는 스로틀을 갖는 인버터로서 형성될 수 있는 공급 장치는 네트워크 연결 포인트에서 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위해 사용되고 제어 장치에 의해 제어된다. 제어 장치는 이 경우 이용 가능한 풍력에 따라 기본 전력이 공급되고 기본 전력에 추가하여 결정 수단에 의해 결정된 보상 에너지 양이 공급되는 방식으로 공급 장치를 제어한다. 이 보상 에너지 양이 네거티브 값으로 결정되면, 기본 전력의 공급이 이에 따라 감소된다.
바람직하게는, 제안된 풍력 발전 시스템은 위에서 전술한 실시예 중 하나에 따른 적어도 하나의 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 풍력 발전 시스템은 에너지 예비량 또는 그 일부가 저장될 수 있는 예비 에너지 저장 장치를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 에너지 예비량은 공기 역학적 로터 및/또는 풍력 발전 시스템의 회전자의 회전에 부분적으로 저장될 수 있고, 다른 부분은 이 예비 에너지 저장 장치에 저장되어, 이를 통해 더 많은 보상 에너지를 제공할 수 있다. 예비 에너지 저장 장치는 예를 들어 배터리 저장 장치 또는 플라이휠 매스 저장 장치로서 또는 둘의 조합으로서 제공될 수 있다.
바람직하게는, 예비 에너지 저장 장치가 외부 에너지 저장 장치로서 풍력 발전 시스템에 제공된다. 에너지 저장 장치는 예를 들어 풍력 발전 시스템 외부의 추가적인 하우징 또는 건물에 제공될 수 있다. 그러나, 이는 또한 공급 장치, 즉 특히 하나 이상의 인버터에 대해, 외부에 제공될 수도 있다. 따라서 이것은 인버터의 일부가 아니며, 특히 인버터의 DC 중간 회로에 추가적으로 제공된다. 특히, 이것은 사용된 인버터 장치의 DC 중간 회로의 저장 용량의 배수, 예를 들어 적어도 5 배 또는 적어도 10 배를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 풍력 발전 시스템은
- 제어 장치가 제 1 위치 인자 및/또는 제 2 위치 인자를 제공하기 위한 위치 인자 블록을 포함하며, 위치 인자 블록은 위치 인자에 영향을 미치는 변수가 입력될 수 있는 입력부를 포함하는 것,
- 보상 에너지 양은 전력 인디케이터의 변화와 제 1 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것, 또는 추가적으로 또는 대안적으로
- 보상 에너지 양은 전력 인디케이터와 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것
을 특징으로 한다.
따라서, 제어 장치는 제 1 위치 인자 또는 제 2 위치 인자 또는 이들 위치 인자 모두를 제공할 수 있는 위치 인자 블록을 포함하다. 이를 위해 위치 인자 블록은 위치 인자에 영향을 미치는 적어도 하나의 변수가 각각 입력될 수 있는 입력부를 구비한다. 가장 단순한 경우에, 위치 인자에 비례하는 값이 각각 입력된다. 기본적으로 위치 인자가 직접 입력될 수도 있다. 그러나, 바람직하게는, 각각의 경우에 가중치 인자가 입력되고, 이 가중치 인자는 예를 들어 0 내지 1의 범위일 수 있어, 그 후에 이것을 함수와 링크시키고, 가장 간단한 경우에 다른 값을 곱함으로써, 이를 통해 위치 인자를 얻을 수 있다. 설명된 예에서, 크기 1을 갖는 가중치 인자의 입력은 최대 위치 인자가 형성되게 할 것이고, 반면 예를 들어 0.5의 값을 입력하는 경우에는, 최대 위치 인자의 크기의 절반의 위치 인자가 형성된다.
이러한 위치 인자 또는 이러한 위치 인자들이 이 경우 제공되는데, 즉 특히 추가의 계산을 위해 출력된다. 이들로부터 그 후에 보상 에너지 양이 계산될 수 있는데, 즉 전력 인디케이터의 변화와 제 1 위치 인자의 곱 또는 추가적으로 또는 대안적으로 전력 인디케이터와 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산될 수 있다. 또한 그 조합도 고려된다. 따라서 이를 통해 보상 에너지 양 또는 보상 에너지 계산에 영향을 줄 수 있다. 이러한 영향은 위치 인자 블록의 입력부에서 위치 인자에 영향을 주는 변수를 입력함으로써, 외부에서 수행될 수도 있는데, 풍력 발전 시스템이 풍력 발전 지역에 배치되는 경우, 예를 들어 네트워크 운영자 또는 발전 지역 제어 장치에 의해 수행된다.
본 발명에 따르면, 또한 네트워크 연결 포인트에서 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 복수의 풍력 발전 시스템을 구비하는 풍력 발전 지역이 제안된다. 이 풍력 발전 지역은
- 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하기 위한 발전 지역 모니터링 수단으로서, 상기 전력 밸런스는
- 전기 공급 네트워크로 에너지 생성기를 통해 공급되는 전력과
- 전기 공급 네트워크로부터 소비 장치를 통해 취출되는 전력
사이의 차이로서의 전력차를 나타내고, 전력 밸런스는 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인 것인 발전 지역 모니터링 수단,
- 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하기 위한 발전 지역 결정 수단,
- 풍력 발전 시스템을 제어하기 위한 발전 지역 제어 장치로서, 상기 발전 지역 제어 장치는
- 사용 가능한 풍력에 따라 풍력 발전 시스템이 기본 전력을 공급하고,
- 결정된 보상 에너지 양에 의해 풍력 발전 시스템이 기본 전력의 공급을 변경하도록 풍력 발전 시스템을 제어하는 것인 발전 지역 제어 장치
를 포함한다.
따라서 이러한 풍력 발전 지역은 풍력 발전 시스템에 대해 위에서 설명한 것과 유사하게 보상 에너지 양을 구체적으로 결정하고 공급함으로써 네트워크 지원을 수행할 수 있다. 풍력 발전 지역을 사용함으로써, 이 경우 풍력 발전 지역의 개별 풍력 발전 시스템에 의해 가능한 것보다 실질적으로 더 많은 보상 에너지 양이 제공되고 공급될 수 있거나 또는 이 보상 에너지 양에 의해 공급이 감소될 수 있다.
이를 위해, 풍력 발전 지역은 이전에 설명된 풍력 발전 시스템의 결정 수단과 유사한 방식으로 작동하고 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하는 발전 지역 결정 수단을 포함한다. 발전 지역 결정 수단은 이 경우 풍력 발전 지역의 풍력 발전 시스템의 크기, 특성 및 작동 상태를 고려한다. 따라서, 구현을 위해, 풍력 발전 시스템을 그에 상응하게 제어하는 발전 지역 제어 장치가 제공되어, 즉, 기본 전력에 추가하여 결정된 보상 에너지 양이 공급되거나, 또는 이 보상 에너지 양이 네거티브인 경우, 기본 전력이 그에 상응하게 감소된다. 이 경우에, 발전 지역 제어 장치는 모든 세부 사항에서 풍력 발전 시스템을 제어하는 것은 아니고, 바람직하게는 공급을 위한 상응하는 설정 값, 특히 전력 설정 값을 설정한다. 구체적인 구현은 풍력 발전 시스템을 통해 이루어질 수 있다.
보상 에너지 양의 설정값은 그에 상응하게 풍력 발전 시스템 상으로 구현된다. 이는 예를 들어 발전 지역 제어 장치가 값으로서 출력할 수 있는 백분율 값을 통해 수행될 수 있고, 상기 백분율 값은 이 경우 각각의 풍력 발전 시스템에 대해, 예를 들어 각각의 풍력 발전 시스템의 최대 보상 에너지 양에 대한, 특정 풍력 발전 시스템의 보상 에너지 양의 상응하는 백분율 값을 유도한다. 이는 예를 들어 또한 임의의 기준 에너지 양과 관련될 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 지역은 전술한 실시예 중 적어도 하나에 따른 풍력 발전 시스템을 포함한다. 이러한 경우, 발전 지역 모니터링 수단은 풍력 발전 시스템의 모니터링 수단에 의해 형성될 수 있다. 이 경우 발전 지역 결정 수단 및/또는 발전 지역 제어 장치는 또한 생략될 수 있거나 또는 풍력 발전 시스템 상에 적응될 수 있다. 특히, 발전 지역 제어 장치가 풍력 발전 시스템의 위치 인자에 영향을 줄 수 있고, 특히 위치 인자 블록의 입력부에 접근하여, 위치 인자에 영향을 주기 위해 거기에서 대응하는 변수를 입력하는 것이 제안된다.
바람직하게는, 풍력 발전 지역에 대해, 보상 에너지 양 또는 그 일부를 제공하기 위해 추가의 에너지를 저장하기 위한 발전 지역 에너지 저장 장치가 제공되는 것이 제안된다. 따라서 풍력 발전 시스템 이외에도 풍력 발전 지역은 또 다른 저장 장치, 즉 이 발전 지역 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다. 선택적으로, 발전 지역 공급 장치가 이러한 목적을 위해 제공되며, 이 발전 지역 공급 장치는, 특히 풍력 발전 시스템과는 독립적으로, 자체적으로 발전 지역 에너지 저장 장치로부터 전기 공급 네트워크로 에너지를 공급한다. 이를 위해 예를 들어 추가의 인버터 장치가 제공될 수 있다. 풍력 발전 시스템과 독립적인 공급은 자체 발전 지역 공급 장치를 사용하지만, 그러나 특히 발전 지역 제어 장치를 사용하여 나머지 풍력 발전 시스템의 전력을 공급하도록 조정되는 것이 바람직하다. 따라서, 지원을 위해 추가의 에너지가 이 발전 지역 에너지 저장 장치를 통해 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 풍력 발전 시스템과 독립적이고 이에 따라 양호하게 보완될 수 있는 공급 및 네트워크 지원이 제공될 수 있음으로써, 전기 공급 네트워크의 지원이 향상될 수 있다.
에너지 저장 장치는 또한 개별 풍력 발전 시스템 및/또는 인버터의 DC 중간 회로 또는 복수의 인버터에 제공될 수 있다.
결정된 보상 에너지 양이 네거티브이면, 전기 공급 네트워크로부터 에너지를 취출하여 발전 지역 에너지 저장 장치에 공급하는 것이 또한 제안될 수도 있다. 가장 단순한 경우에, 여기서 풍력 발전 시스템은 변경되지 않고 계속 작동될 수 있다. 따라서 풍력 발전 시스템은 그러한 경우에 기본 전력을 증가시키거나 또는 감소시키지 않고 간단히 기본 전력을 공급하는 것을 계속할 수 있다.
일 실시예에 따르면,
- 발전 지역 제어 장치는 제 1 위치 인자 및/또는 제 2 위치 인자를 제공하기 위한 위치 인자 발전 지역 블록을 포함하며, 위치 인자 발전 지역 블록은 위치 인자에 영향을 미치는 크기 변수가 입력될 수 있는 입력부를 포함하는 것,
- 보상 에너지 양은 전력 인디케이터의 변화와 제 1 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것, 또는 추가적으로 또는 대안적으로
- 보상 에너지 양은 전력 인디케이터와 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것
이 제안된다.
이로써 또한 풍력 발전 지역은 하나 또는 그 이상의 위치 인자를 변경하여 외부로부터 제어되거나 또는 조정될 수 있다. 풍력 발전 지역은 이를 통해 외부로부터, 예를 들어 네트워크 운영자, 위치 인자 또는 위치 인자들 및 이에 따라 보상 에너지양에 의해 변화될 수 있다.
이것이 이 풍력 발전 지역뿐만 아니라 위에서 설명된 풍력 발전 시스템 및 설명된 방법에 대해서도 적용됨으로써, 이러한 네트워크 지원의 높은 수준의 유연성이 달성된다. 특히, 각각의 보상 에너지 양이 그에 따라 결정되기 때문에, 전력 밸런스의 변화에 직접 반응할 수 있다. 그러나 추가적으로 이러한 의존성에 영향을 미칠 수 있으므로 전기 공급 네트워크의 시스템 거동에도 영향을 미칠 수도 있다.
또 다른 제안은 네거티브인 에너지를 제공하기 위해 제어 가능한 부하를 다른 구현 형태로서 제공하는 것이다. 이에 추가하여 또는 추가적으로, 풍력 발전 지역 조절 장치라고도 언급될 수 있는 발전 지역 조절 장치, 즉 풍력 발전 지역의 중앙 조절 장치가 배전 네트워크 또는 전기 공급 네트워크의 소비 장치를 제어하여, 이를 통해 필요할 때 소비를 감소시키는 것이 제안된다. 이를 통해 전력 밸런스가 높아질 수 있다.
본 발명은 이제 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 풍력 발전 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 풍력 발전 지역을 개략적으로 도시한다.
도 3은 전기 공급 네트워크의 거동에 영향을 미치는 몇 가지 요소를 구비하는 전기 공급 네트워크의 일부를 도시한다.
도 4는 보상 에너지 양을 결정하기 위한 방법을 도시한다.
도 5는 보상 에너지의 공급의 가능한 유형 및 작동 모드를 다이어그램으로 도시한다.
도 6은 보상 에너지의 공급의 다른 가능한 유형 및 작동 모드를 다른 다이어그램으로 도시한다.
도 1은 타워(102) 및 나셀(104)을 구비하는 풍력 발전 시스템(100)를 도시한다. 나셀(104)에는, 3 개의 로터 블레이드(108) 및 스피너(110)를 구비하는 로터(106)가 배치되어 있다. 로터(106)는 바람에 의한 작동 시 회전 운동하도록 설정되고, 그에 따라 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 동일하거나 또는 상이할 수 있는 예시적인 3 개의 풍력 발전 시스템(100)을 구비하는 풍력 발전 지역(112)을 도시한다. 3 개의 풍력 발전 시스템(100)은 따라서 풍력 발전 지역(112)의 기본적으로 임의의 개수의 풍력 발전 시스템을 나타낸다. 풍력 발전 시스템(100)은 그들의 전력, 즉 특히 생성된 전류를 전기 발전 지역 네트워크(114)를 통해 제공한다. 이 경우 개별 풍력 발전 시스템(100)의 각각 생성된 전류 또는 전력은 합산되고, 보통 변압기(116)가 제공되어, 발전 지역 내의 전압을 고전압으로 변환하여, 그 후 일반적으로 PCC로도 언급되는 공급 포인트(118)에서 공급 네트워크(120)로 공급한다. 도 2는 물론 제어 장치가 존재하고 있음에도 불구하고, 예를 들어 제어 장치를 나타내지 않는 풍력 발전 지역(112)의 단지 단순화된 표현이다. 또한, 예를 들어 단지 다른 실시예를 언급하기 위해, 발전 지역 네트워크(114)는 다르게 설계될 수 있는데, 예를 들어 각각의 풍력 발전 시스템(100)의 출력부에 변압기가 존재할 수 있다.
도 3은 상이한 전압 레벨, 즉 최대 전압(HH), 고전압(H) 및 중간 전압(M)에 대한 상이한 라인 섹션을 나타내는 전기 공급 네트워크(2)의 부분을 도시한다. 저전압 섹션도 존재하지만, 저전압 섹션은 여기서 더 이상 도시되지는 않는다. 전기 공급 네트워크의 일부는 대형 발전소(4), 수력 발전소(6), 도 1 또는 도 2에 따른 풍력 발전 시스템(100)에 대응하는 풍력 발전 시스템(8), 및 제 1 풍력 발전 지역(WP1) 및 제 2 풍력 발전 지역(WP2)이다. 이들은 전기 공급 네트워크(2)로 전력을 공급하는 에너지 생성기이다.
소비 장치로서 도 3에는 제 1 공장(10) 및 제 2 공장(12) 그리고 제 1 도시(14) 및 제 2 도시(16)가 도시되어 있다. 최대 전압 네트워크와 고전압 네트워크 사이의 상이한 연결 및 또한 접속을 위해 변압기(T)가 제공되며, 이는 실제로 동일한 부호(T)로 도시되어 있지만, 그러나 물론 상이한 치수를 갖는다.
설명을 위해 또한 제 1 공장(10)의 연결 또는 분리를 위한 스위치(S1)가 제공되고, 수력 발전소(6), 제 1 도시(14) 및 풍력 발전 시스템(8)을 연결 또는 분리하기 위한 스위치(S2)가 도시되어 있다. 수력 발전소(6), 제 1 도시(14) 및 풍력 발전 시스템(8)은 이와 관련해서는 서브 네트워크(18)에 통합된다. 따라서, 제 2 스위치(S2)는 서브 네트워크(18)를 전기 공급 네트워크(2)의 나머지 네트워크로부터 분리하거나 또는 분리 후에 다시 연결시킬 수 있다. 도 3에서는 우선, 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 각각 폐쇄되어 있고 도시된 모든 에너지 생성기 및 소비 장치가 전기 공급 네트워크에 연결되어 여기에 전력을 공급하거나 또는 이로부터 전력을 취출하는 것으로 가정된다.
도 3에서 전기 공급 네트워크(2) 내에 도시되어 있는 에너지 생성기 및 소비 장치가 유일한 관련 에너지 생성기 또는 소비 장치라는 상정 하에, 전력 밸런스(ΔP)에 대해 다음 관계식이 형성된다.
Figure pct00001
여기서 다음이 적용된다:
Figure pct00002
이 경우 전력(P1 내지 P7 또는 P31 내지 P33)은 먼저 각각 포지티브로서의 값을 갖고, 이에 상응하게 도 3에서의 화살표는 각각의 전력에 대해 에너지 생성기로부터 멀어져 전기 공급 네트워크(2) 또는 소비 장치를 향하게 되고 이 경우 전기 공급 네트워크로부터 멀리로 향하게 된다. 그에 상응하게 에너지 생성기의 전력은 포지티브이고, 소비 장치의 전력은 네거티브로 계산된다.
전력(P3)은 서브 네트워크(18)로부터 전기 공급 네트워크(2) 또는 그 메인 라인(20)으로 공급되는 전력에 관련된다. 이 값은 특히 수력 발전소(6) 및 또한 풍력 발전 시스템(8)이 함께 전력을 생성하지 않거나 또는 제 1 도시(14)가 소비하는 것보다 더 적은 전력을 생성하는 경우, 즉 P31과 P33의 합이 P32보다 작은 경우에 네거티브가 될 수 있다.
이제 우선, 전력 밸런스 ΔP = 0, 즉 전기 공급 네트워크(2)가 본질적으로 정지 상태에서 작동한다고 가정하면, 지원 에너지가 필요하지 않을 것이다. 특히 풍력 발전 시스템(8)과 2 개의 풍력 발전 지역(WP1, WP2)은 이 경우 고전적인 네트워크 병렬 작동으로 작동할 수 있는데, 즉 바람으로부터 추출할 수 있는 만큼의 전력을 공급할 수 있다.
이제 예를 들어 제 1 공장(10)이 네트워크로부터 분리된 경우, 즉 적어도 상징적으로 제 1 스위치(S1)가 개방되면, 제 1 공장(10)의 소비 전력(P2)은 0으로 감소할 수 있고 전력 밸런스(ΔP)는 이 경우 포지티브로 될 것이다. 따라서 연결되어 있는 소비 장치가 취출하는 것보다 더 많은 전력이 전기 공급 네트워크(2)로 공급되게 된다. 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 예를 들어 센서(22 또는 24)에 의해 이러한 포지티브 전력 밸런스를 검출할 수 있고, 발전 지역 제어 장치(26 또는 28)에서 이를 평가하여 그에 상응하게 반응할 수 있다. 센서(22 및 24)에 의한 검출은 단지 하나의 예를 들자면 주파수의 검출로 이루어질 수 있다. 그러나 네트워크 운영자로부터 그러한 정보가 제공되는 것을 비롯하여, 정보를 달리 결정할 수도 있다.
발전 지역 제어 장치(26 또는 28)에서, 각각의 경우에 보상 에너지 양이 계산될 수 있는데, 이 보상 에너지 양은 전기 공급 네트워크(2)에서 전력 과잉이 되는 위에서 언급된 예에서 두 경우 모두 보상 에너지에 대해 네거티브의 값을 발생시켜야 한다. 2 개의 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 그에 따라 위에서 전술한 네트워크 병렬 작동으로 이전에 공급되었던 기본 전력을 이제 각각의 계산된 보상 에너지만큼 감소시킬 것이다. 전력 밸런스 또는 예를 들어 여기서 주파수로 언급된 이에 대한 상응하는 인디케이터가 계속 모니터링된다. 따라서, 다음 시간에, 예를 들어 다음 샘플링 시간에서, 보상 에너지 양이 다시 계산될 수 있다.
이 경우에 더 적은 전력이 공급되도록 하는 각각의 계산된 보상 에너지 양의 크기에 따라 풍력 발전 시스템 작동의 조정으로 충분할 수도 있거나, 또는 초퍼(chopper)라고도 불릴 수 있는 열 저항을 통해 전력을 파괴하거나 또는 열로 변환시키는 것이 고려될 수도 있다. 이것은 예를 들어 풍력 발전 지역(WP1 또는 WP2)의 각각의 풍력 발전 시스템에서 행해질 수 있거나, 또는 여기서 예로서 초퍼(30 및 32)로 도시된 별도의 초퍼가 제공될 수 있다. 또한, 이러한 보상 에너지 양 또는 그 일부를 배터리 저장 장치(34 또는 36)에 저장하는 것도 고려된다. 이를 위해, 잠시 후 네트워크에서 보다 느린 생성기의 활성화된 조절 전력이 에너지 밸런스의 보상을 인계받거나 또는 적어도 부분적으로 인계받을 수 있는 것으로 설명될 수 있다. 따라서 단기 지원만으로 이미 충분할 수 있다.
설명을 간단히 하기 위해, 2 개의 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 실질적으로 동일하고, 특히 동일한 크기의 정격 전력을 갖는 동일한 다수의 풍력 발전 시스템을 포함하는 것으로 가정한다. 그러나 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 전기 공급 네트워크에서의 위치가 서로 다르다. 제 1 풍력 발전 지역(WP1)은 제 1 공장(10) 근처에 또는 제 1 공장(10)이 전기 공급 네트워크로 또는 메인 라인(20)으로 전력을 공급하는 지점에 연결된다. 한편, 제 2 풍력 발전 지역(WP2)은 제 1 풍력 발전 지역(WP1)보다, 제 1 공장(10)이 전력을 공급하는 상기 지점으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 따라서 또한 특히 각 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)의 네트워크 지원 조치가 다르게 작용할 수 있다. 간단히 말하면, 제 1 공장(10)의 전술한 차단은 제 2 풍력 발전 지역(WP2)보다 제 1 풍력 발전 지역(WP1)에 더 직접적으로 작용한다.
따라서 이제, 2 개의 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)의 이러한 서로 다른 연결 위치를 네트워크 지원 메커니즘에서 고려하는 것이 제안된다. 특히, 제 1 풍력 발전 지역(WP1)의 네트워크 지원 조치는 제 2 풍력 발전 지역(WP2)의 네트워크 지원 조치보다 강하게 선택되는 것이 제안된다. 특히, 제 1 풍력 발전 지역(WP1)은 제 2 풍력 발전 지역(WP2)보다 더 많은 지원 에너지를 제공하거나 또는 전력이 과잉되는 이러한 경우에는 더 많은 지원 에너지를 취출하는 것이 제안된다. 그러나 이와 동시에 이러한 네트워크 지원의 기본적인 거동, 즉 보상 에너지의 추가적인 공급 또는 보상 에너지의 취출의 거동이 가능한 한 동일한 방식으로 진행되어야 한다. 이를 위해, 제 1 풍력 발전 지역(WP1) 및 제 2 풍력 발전 지역(WP2)에서 각각 결정되거나 또는 계산된 보상 에너지 양은 전력 밸런스 또는 전력 밸런스의 인디케이터에 의존할 뿐만 아니라 위치 정보에도 의존하는 것이 제안된다. 특히, 이는 한편으로는 제 1 풍력 발전 지역(WP1) 및 다른 한편으로는 제 2 풍력 발전 지역(WP2)의 연결 상황의 이러한 차이를 고려하는 위치 인자에 의존한다.
특히, 0과 1 사이의 값 또는 대안적으로 0.5와 2 사이의 값을 취하는 위치 인자가 여기서 제공될 수 있다. 위치 인자는 이 경우 제 1 풍력 발전 지역(WP1)에 대해서는 2의 값을 취하고 제 2 풍력 발전 지역(WP2)에 대해서는 0.5의 값을 취할 수 있다. 이러한 예시적인 예에서 위치 인자 값 1이 정상 값 또는 평균 값으로 설정될 수 있고, 따라서 위치 인자 값은 제 1 풍력 발전 지역(WP1)에 대해서는 이 정상 값 또는 평균 값의 두 배가 되고, 제 2 풍력 발전 지역(WP2)에 대해서는 절반이 된다. 그러나 이것은 단지 설명을 위해 기능할 뿐이다. 어쨌든 여기서 보상 에너지 양은 각각 똑같이 빠르며, 동일 알고리즘으로 그리고 이에 따라 또한 동일 동역학으로 결정될 수 있지만, 한편으로는 제 1 풍력 발전 지역(WP1) 및 다른 한편으로는 제 2 풍력 발전 지역(WP2)에 대한 크기가 서로 다를 수 있다. 그러나 예를 들어 다른 동역학을 제공하는 것과 같은 다른 고려 사항도 또한 고려될 수 있다.
보상 에너지 양을 결정하고 추가적으로 공급하거나 또는 그에 의해 공급을 감소시키는 제안된 해결책은 특히 초 범위, 즉 10 초 미만의 시간 동안, 특히 5 초 미만의 시간 동안의 단기의 네트워크 지원을 위해 제공된다. 시간이 지남에 따라 장기적인 전력 보상을 달성할 수 있는 장기적인 조치가 시작될 수 있으므로, 이상적으로는 0의 전력 밸런스(ΔP)가 다시 설정된다. 다소 장기적인 보상의 가능성은 예시로서 도시된 수력 발전소(6)에 의해 제공된다. 그러나 다른 예를 언급하자면, 예를 들어 가스 화력 발전소와 같은 다른 발전소도 또한 고려된다. 더 긴 기간에 대해서는 이 경우 대형 발전소가 또한 공급된 전력을 조정할 수 있다.
이제 다시 보상된 전력 밸런스가 존재하면, 즉 전력 밸런스(ΔP)는 약 0이므로 이 경우 제 1 공장(10)은 다시 스위치 온(switch on)되는데, 즉, 상징적으로 도시된 스위치(S1)가 폐쇄되고, 제 1 공장(10)이 전력을 획득하는 동안, 전력 밸런스(ΔP)가 더 이상 보상되지 않는 상황이 다시 발생할 수 있다. 특히, 이러한 특정한 경우에, 즉 갑자기 전력(P2)이 취출되면, 전력 밸런스(ΔP)는 네거티브로 된다.
단기간의 지원을 위해 이 경우 특히 2 개의 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 추가적인 에너지를 공급할 수 있다. 이를 위해, 보상 에너지 양이 각각 결정되어 공급된다. 이 보상 에너지 양은 풍력 발전 지역의 풍력 발전 시스템의 회전 에너지로부터 부분적으로 사용되거나 또는 전부가 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에너지는 배터리 저장 장치(34 및 36)로부터 취해질 수 있다. 이를 위해, 인버터(38 또는 40)는 배터리 저장 장치(34 또는 36)로부터 에너지를 취출하여 이를 교류로 변환하고 풍력 발전 지역(WP1 또는 WP2)의 각각의 기본 전력의 각각의 변압기(T)를 통해 이를 보충할 수 있다.
또한 여기서 보상 에너지 양은 전력 밸런스 또는 전력 밸런스의 인디케이터에 따라 각각 결정된다. 추가적으로 또한 여기서 추가적인 변형예를 제공하는 것이 제안되는데, 즉 이것은 여기서 각각의 풍력 발전 지역(WP1 또는 WP2)이 전기 공급 네트워크(2) 또는 메인 라인(20)에 연결되는 위치에 따라 제안된다. 여기서, 스위치(S1)를 개방함으로써 전력 밸런스(ΔP)가 포지티브로 된 경우에 대해 위에서 설명된 것이 유사하게 적용된다.
여기서 추가적인 에너지를 공급할 때 그리고 이에 따라 보상 에너지 양을 결정하거나 또는 계산할 때 에너지 예비량을 고려하는 것이 추가된다. 도 3에 따른 예시적인 예에 대해, 이러한 에너지 예비량은 풍력 발전 시스템으로부터 취출 가능한 회전 에너지 및 배터리 저장 장치(34, 36)에 있는 존재하여 취출 가능한 에너지로 구성될 수 있다. 특히 회전 에너지에 대해서는, 회전 에너지의 취출과 관련되는 소정의 회전 속도 감소가 허용될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 그러나 완전한 회전 에너지를 취출하여 이에 따라 로터를 정지시키는 것은 바람직하지 않다. 이에 상응하여, 여기서 에너지 예비량 또는 에너지 예비량의 일부로서 전체 회전 에너지가 고려되어서는 안 되며, 풍력 발전 시스템이 그 후에도 여전히 의미 있게 계속 작동될 수 있도록 취출될 수 있는 회전 에너지이어야 한다.
에너지 예비량을 고려하는 일 방법은 예를 들어 최대 가능한 에너지 예비량의 10 % 또는 바람직하게는 20 %와 같은 특정 한계값의 아래로 떨어지는 것을 모니터링하는 것이다. 이 하한값보다 많은 에너지 예비량이 존재하는 한, 보상 에너지 양은 각각 제한 없이 이를 통해 계산될 수 있다. 그러한 하한값의 미만이 되는 경우, 보상 에너지 양을 감소시키기 위한 알고리즘 또는 그 계산이 제공될 수 있다. 이것은 고려 사항의 한 예일 뿐이고, 보상 에너지 양을 계산하기 위한 계산 알고리즘에서 처음부터 이미 에너지 예비량을 제공하는 것도 고려된다.
에너지 예비량을 고려함으로써, 단지 최종적으로 많은 양의 에너지가 이용 가능하다는 것을 일반적으로 고려할 뿐만 아니라, 여기서 또한 보상 에너지 양의 계산에 목표한 대로 영향을 주는 것도 가능하다. 예를 들어 상징적으로 도시된 대형 발전소(4)의 경우와 같이, 직접 결합된 동기식 발전기의 물리적 특성에 의한 네트워크의 지원의 경우에도, 또한 동기식 발전기에 회전 에너지가 존재할 때만큼의 많은 지원이 수행될 수 있다. 그러나 여기서 존재하는 회전 에너지에 의한 제한 효과에는 영향을 미칠 수 없다. 회전 에너지가 취출되면, 동기식 발전기는 더 느려지고, 그에 따라 직접 결합된 이 동기식 발전기가 공급하는 주파수도 또한 변한다. 이에 의해 또한 발전기 회전 속도가 하한값까지 감소되면 서브 네트워크의 네트워크 분리, 차단 또는 연결 해제가 이루어질 수 있다. 이 경우 회전 속도가 최소값 이하로 떨어지면, 갑자기 동기식 발전기를 통한 전력 공급이 일반적으로 더 이상 가능하지 않게 된다. 이것은 한편으로는 그 때까지 공급된 전력을 포함하여 지원 에너지가 이 경우 즉각적으로 제거된다는 단점이 있다. 그러나 대형 발전소에서 발생된 전력이 갑자기 더 이상 전달될 수 없고 어떻게든 파괴되어야 한다는 단점도 있다. 특히 문제가 되는 것은 네트워크 주파수의 전체 하강으로 인해 또한 종종 동기식 발전기가 있는 모든 대형 발전소가 네트워크로부터 분리될 수 있고 이를 통해 문제가 악화될 수 있다는 것이다.
여기서 풍력 발전 지역(WP1, WP2)에 대해 설명되었지만 그러나 원칙적으로 또한 예를 들어 풍력 발전 시스템(8)에 의해 수행될 수 있는 제안된 해결책에서, 이러한 문제는 회피될 수 있다. 한편으로는 이용 가능한 에너지 예비량에 따라 어떻게 지원용 전력 공급이 또한 수행되는지가 목표한 대로 제어되는 것이 가능하다. 그러나 다른 한편으로는, 풍력 발전 지역 또는 풍력 발전 시스템은 추가적인 전력 공급을 위한 에너지 예비량이 더 이상 존재하지 않는 경우에 적어도 기본 전력으로 또한 계속 작동될 수 있다. 네트워크 분리를 수행할 필요가 없으며, 또한 최적이 아닌 주파수로 계속 공급될 수도 있고, 풍력 발전 지역 또는 풍력 발전 시스템이 공급될 수 없는 전력을 생성하는 문제점도 또한 발생하지 않는다.
따라서 네트워크를 지원하기 위한 특히 유연하고 적응 가능한 해결책이 제공된다. 각 풍력 발전 시스템 또는 각 풍력 발전 지역의 지원 특성은 현재 상황에 맞춰질 수 있다. 전력 공급의 구체적인 위치, 즉 특히 전기 공급 네트워크 내의 각각의 네트워크 연결 포인트의 구체적인 위치에 대한 적응은 이 경우 그와 같은 적응 가능성이 의미가 있는 상황일 뿐이다. 또 다른 가능성은 특히 전기 공급 네트워크의 네트워크 운영자가 이러한 적응 가능성을 통해 전기 공급 네트워크를 보다 잘 제어할 수 있다는 것이다. 예를 들어 전력 밸런스의 특히 큰 점프가 예상되는 경우 또는 지원 에너지를 공급할 수 있는 에너지 생성기가 어떤 이유로 인해 또한 이용 가능하지 않은지를 알게 되는 경우, 유연한 적응을 통해 예측 값을 더 잘 고려할 수 있다. 또는 일반적으로 네트워크, 즉 전기 공급 네트워크에서 얼마나 많은 지원 에너지가 현재 이용 가능한지를 고려할 수도 있다.
또한, 도 3은 서브 네트워크의 분리, 즉 서브 네트워크(18)의 분리에 대한 도시를 제공한다. 이와 같은 분리 및 이에 대응한 서브 네트워크(18)의 재접속은 상징적으로 도시된 제 2 스위치(S2)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 경우, 나머지 전기 공급 네트워크(2)에서 전력 밸런스(ΔP)가 얻어질 수 있다. 즉, 전력 밸런스의 이러한 변화는 특히 메인 라인(20)에서 발생될 수 있다. 서브 네트워크(18)는 에너지 생성기 및 또한 소비 장치로 구성되기 때문에, 적어도 이론적으로는 이러한 분리된 상태에서도 계속 기능할 수 있다. 이 경우 물론 분리의 경우 전력 P3 = 0이 아니라면, 서브 네트워크(18)에서 전력 밸런스의 변화가 발생된다. 이것은 특히 또한 풍력 발전 시스템(8)에 의해, 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)에 대해 기본적으로 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 보상되거나 또는 적어도 부분적으로 보상될 수 있다. 그러나, 이러한 서브 네트워크(18)도 단지 예시적인 것일 뿐이며, 실제로는 훨씬 더 복잡하다.
도 4는 특히 보상 에너지 양(Ea)이 결정될 수 있는 방식을 도시한다. 이를 위해, 전기 공급 네트워크(52) 상에서 측정 수단(54)에 의한 측정이 수행되는 것이 제안된다. 순수하게 상징적으로 여기서는 3 상 측정이 제안되고, 예로서 주파수(f)의 측정이 예시로서 도시된다. 그러나 일반적으로 3 상 네트워크에서 3 개의 위상 모두에서 주파수를 측정할 필요는 없다. 그러나, 측정 수단(54)에 의한 이러한 측정은 예시적으로 예를 들어 전류 측정 및/또는 전력 측정과 같은 다른 측정을 나타낼 수 있기 때문에, 이러한 3 상 표현이 여기서 선택되었다.
따라서, 측정 수단(54)은 예를 들어 주파수(f)를 검출하고 이를 밸런스 결정 블록(56)에 입력한다. 이것은 전력 밸런스(ΔP)가 주파수에 따른 함수로서, 즉 거기에 입력된 측정 변수의 함수로서 결정된다는 것을 보여준다. 이 경우, 상대적인 결정이 또한 고려되는데, 즉 예를 들어 허용 가능한 최대 편차에 기초한 백분율 편차가 고려된다.
이와 같이 결정된 전력 밸런스(ΔP)는 그 후 인디케이터 결정 블록(58)에 입력되고, 따라서 인디케이터 결정 블록(58)은 전력 밸런스(ΔP)에 따른 함수로서 전력 인디케이터(Ind)를 결정한다. 따라서 그 결과는 전력 인디케이터(Ind)이다.
대안적으로, 전력 인디케이터(Ind)는 또한 측정 수단(54)에 의해 검출된 주파수 또는 거기에서 검출된 다른 값으로부터 직접 결정될 수도 있다. 단순한 경우에, 측정 수단(54)의 출력조차도 전력 인디케이터(Ind)로서 직접 사용될 수 있으며, 이는 점선 화살표로 표시되어 있다.
전력 인디케이터(Ind)는 그 후 보상 에너지 결정 블록(60)에 입력되고, 이 보상 에너지 결정 블록은 따라서 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하는 결정 수단으로서 기능한다. 따라서, 이러한 보상 에너지 결정 블록(60)은 전력 인디케이터(Ind)에 따라 보상 에너지(Ea)를 결정한다. 다른 영향 변수로서 샘플링 시간(T)일 수도 있는 시간 상수(T) 및 위치 인자(K) 그리고 에너지 예비량(ER)도 제공된다. 샘플링 시간은 또한 기준 시간 간격과 길이가 일치할 수 있다. 보상 에너지 양(Ea)을 결정하는 한 가지 방법은 다음 공식에 따라 계산을 통해 이루어진다.
Figure pct00003
이 공식에서, Ea는 결정될 보상 에너지 양을 나타내며, Ind는 전력 인디케이터, K는 위치 인자, CRes는 에너지 예비량을 고려하기 위한 인자이고, T는 샘플링 기간 또는 샘플링 시간 또는 기준 시간 간격이다.
위치 인자(K)는 K0와 KR의 곱으로 구성되는 것이 바람직할 수 있으며, 여기서 K0는 정규화를 위해 사용될 수 있고 KR은 상대 인자로서 가중치의 함수를 가질 수 있다. KR은 바람직하게는 단지 예를 들자면 0.5 내지 2의 값을 취할 수 있다. 그러나, 예를 들어, 0 내지 1의 값 또는 수학적으로 동일한 0 내지 100 %의 값 또는 다른 값의 범위를 취하는 것도 또한 고려된다. 그러나, 위치 인자(K) 대신에, 관련 네트워크 연결 포인트의 위치를 고려하지 않거나 또는 관련 네트워크 연결 포인트의 위치만을 고려하지 않는 다른 영향 변수가 또한 추가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다. 그러나, 일 실시예에 따르면, 위치 인자(K), 특히 그 상대적인 부분(KR)은 전기 공급 네트워크에서 네트워크 연결 포인트의 위치를 고려한다.
인자(CRes)를 통해 에너지 예비량이 고려될 수 있다. 구현의 일 방법은 에너지 예비량(ER)이 최소 에너지 예비량(ERmin)보다 큰 경우 CRes가 값 1을 취하는 것이다. 이 최소 에너지 예비량(ERmin)은 예를 들어 최대 에너지 예비량의 10 % 또는 20 %일 수 있다. 이 경우 에너지 예비량(ER)이 최소 에너지 예비량(ERmin)보다 작거나 또는 같은 경우, 에너지 예비량의 이러한 고려 인자(CRes)에 대해 다음 공식으로 설명될 수 있다.
Figure pct00004
따라서 이 고려 인자는, 여전히 충분한 에너지 예비량이 존재하는 한, 값 1을 취한다. 그러나 예를 들어 예비량이 부족한 경우, 이 인자는 나머지 잔여 에너지에 비례하는 인자로 변화된다.
시간 상수(T)는 바람직하게는 작게 선택되어, 최대 1 초가 된다. 그러나 특히 이 시간 상수(T)는 여전히 훨씬 더 작을 수 있으며, 예를 들어 100 ms, 50 ms, 20 ms 또는 단지 10 ms과 같은 샘플링 시간의 지속 시간으로 내려갈 수도 있다.
전력 인디케이터(Ind)는 예를 들어 전력 밸런스(ΔP)와 전기 공급 네트워크 또는 적어도 관련된 전기 공급 네트워크의 모든 에너지 생성기의 정격 전력의 합계 사이의 몫으로 계산될 수 있다. 대안적으로, 전력 인디케이터는 최대 허용 주파수 변화(Δfmax)에 대한 주파수 변화(Δf)로부터 계산될 수 있다. 물론, 전력 인디케이터(Ind)의 계산의 선택에 따라, 이는 보상 에너지 양에 대한 위에서 언급된 계산 공식에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 전력 인디케이터(Ind)의 계산의 선택 및 이에 따라 또한 전력 인디케이터(Ind)의 선택 그 자체도 위치 인자(K)의 기본 값 또는 정규화 값(K0)을 통해 고려될 수 있다.
보상 에너지 양은 또한 도 4에 따른 특징으로 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 기준 시간 간격으로 나눈 보상 에너지 양에 대응되는 보상 전력으로서 유사하게 계산되어 사용될 수 있다.
이제 도 5는 일 실시예에 따른 제안된 해결책의 거동을 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다. 이는 또한 특히 제안된 해결책에 대한 기본 설명으로도 사용된다. 원칙적으로, 도 5에 도시된 그래프는 도 3에 따른 전기 공급 네트워크(2)의 작동의 결과일 수 있다.
도 5의 다이어그램은 시간(t)의 함수로 도시되는 복수의 그래프를 포함하고 있다. 여기서 단위로서 T가 주어지며 예를 들어 1 초일 수 있다. 교란을 나타내는 도 5의 다이어그램에서의 이하에서 설명되는 표준이 되는 영역, 즉 t1 내지 t4의 영역은 이 경우 3 초 이상 지속된다. 이 3 초의 총 지속 시간은 또한 설명되는 교란에 대한 대략 평균값이라고 가정할 수도 있다. 그러나 시간 상수(T)의 경우, 더 작은 값을 사용하고, 적어도 더 큰 값을 사용하지 않는 것이 실제 구현에서 제안된다.
최상부의 그래프로서 주파수(f)가 도시되는데, 이는 여기서 또한 전력 인디케이터(Ind)로도 작용할 수 있다. 먼저, 즉 시간(t1) 이전에, 주파수는 공칭 주파수(fN)를 갖는다. 따라서 주파수(f)는 바람직한 값을 가지며, 전력 밸런스(ΔP)는 이상적으로는 0이다. 시간(t1)에서 주파수(f)는 갑작스럽게, 적어도 급격하게 떨어지며, 이는 전력 밸런스(ΔP)가 네거티브라는 것을 의미한다. 시간(t2)에서, 주파수는 시간(t3)을 통해 시간(t4)까지 공칭 값으로 다시 상승하고, 따라서 시간(t4)으로부터 전력 밸런스(ΔP)가 다시 0인 것으로 가정할 수 있는데, 즉 다시 밸런스가 잡히게 된다. 물론 이 표현은 단지 설명을 위한 것이고 이상화된 것이다.
아래의 그래프에서는 공급된 전력이 제시된다. 도 3을 참조할 때, 양 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 동일한 기본 전력(PG)을 공급하는 것으로 가정한다. 이것은 약간의 변화가 표시된 대략 수평선으로 도시된다. 이 기본 전력(PG)은 이 예에서 정격 전력(PN)보다 낮다.
주파수가 급격하게 떨어지고 따라서 네거티브의 전력 밸런스가 가정되는 시간(t1)에서, 풍력 발전 지역(WP1)으로부터 또는 그 발전 지역 제어 장치(26)에서 보상 에너지 양(Ea1)이 계산된다. 동시에, 풍력 발전 지역(WP2)은 발전 지역 제어 장치(28)에서 보상 에너지 양(Ea2)을 계산한다. 이들 2 개의 보상 에너지 양(Ea1 및 Ea2)이 시간(T)에 대해, 즉 t1에서 t2까지의 기간에 대해 계산되어, 이 시간 간격에서 또한 목표한 대로 전력이 공급된다. 공급된 전력은 기본 전력(PG)으로부터 그에 상응하게 증가한다. 각각의 결정된 보상 에너지 양 또는 이 경우에 또한 공급된 보상 에너지 양(Ea1 또는 Ea2)은 따라서 기본 전력(PG)에 대해 증가된 이러한 전력 레벨 아래의 표면적이다. 제 1 풍력 발전 지역(WP1)의 보상 에너지 양(Ea1)은 그 아래에서 기본 전력(PG)의 값까지 전체 범위에 관련되고, 반면 제 2 발전 지역(WP2)의 제 2 보상 에너지 양(Ea2)은 단지 절반 크기이고 크로스 해칭선 영역에만 관련된다.
여기서 2 개의 보상 에너지 양(Ea1 또는 Ea2)을 결정하기 위해 우선 동일한 계산을 기반으로 하고 있으며, 간단히 하기 위해 2 개의 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)은 적어도 동일한 치수로 되어 있는 것으로 가정한다고 서두에서 설명하였다.
여기서 도 5의 다이어그램에 도시된 상황은 제 1 공장(10)이 제 1 스위치(S1)를 폐쇄함으로써 다시 스위치 온되고 이에 따라 전력(P2)을 갑자기 취출함으로써 이러한 전력 밸런스의 감소를 야기하는 상황을 재현하고자 한다. 제 1 풍력 발전 지역(WP1)은 이 제 1 공장(10)에 훨씬 가깝기 때문에 이에 따라 이 전력 감소에 대한 원인에 훨씬 더 가깝다. 따라서 더 높은 위치 인자(K)가 여기서 제안되는데, 즉 이 더 높은 위치 인자는 제 1 공장(10)의 네트워크 연결 포인트 및 이에 따라 제 1 풍력 발전 지역(WP1)의 네트워크 연결 포인트보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있는 네트워크 연결 포인트를 갖는 훨씬 더 멀리 떨어져 배치되어 있는 풍력 발전 지역(WP2)의 2 배이다.
따라서 그 때문에, 즉 상이한 위치 인자(K)의 선택 때문에, 2 개의 보상 에너지 양(Ea1 및 Ea2)은 상이한 크기로 나타난다. 시간(t2)에서는, 여기서 전력 인디케이터(Ind)로서 작용하는 주파수(f)는 여전히 낮은 값을 갖기 때문에, 기본적으로 동일한 보상 에너지 양(Ea1 및 Ea2)이 다시 계산된다. 따라서, t2에서 t3까지의 범위에 대해서는, 동일한 공급된 보상 에너지 양이 다시 생성되고, 따라서 에너지 양을 나타내는 동일한 2 개의 해칭선 또는 크로스 해칭선으로 표현된 에너지 블록이 다시 생성된다.
시간(t3)에서, 주파수 및 따라서 전력 밸런스는 다소 회복되고, 따라서 이 경우 보상 에너지 양(Ea1 및 Ea2)은 동일한 상이한 위치 인자(K)로도 여전히 동일한 방식으로 계산되지만, 다시 리턴된 주파수(f)로 인해, 즉 다시 변경된 전력 인디케이터(Ind)로 인해 보다 낮은 값으로 된다. 예시된 예에서 이것들은 이전처럼 대략 절반 값으로 된다. 그러나 동시에, 제 2 보상 에너지 양(Ea2)은 다시 제 1 보상 에너지 양(Ea1)의 절반에 불과하다. 시간(t4)으로부터, 상황은 다시 진정되었고, 주파수는 공칭 값에 도달하였으며, 따라서 전력 인디케이터(Ind)로서 전력 밸런스(ΔP)가 대략 0임을 나타낸다. 그에 상응하게 보상 에너지 양이 더 이상 결정되지 않거나 또는 값 0을 갖는다.
동시에, 2 개의 풍력 발전 지역(WP1 및 WP2)에 대해 각각 에너지 예비량(ER1 또는 ER2)이 고려된다. 시간(t1)에서, 둘 다 여전히 최대 값, 즉 최대 에너지 예비량(ERmax)을 갖지만, 다른 강도로 감소하는데, 왜냐하면 서로 다른 보상 에너지 양(Ea1 및 Ea2)이 계산되고, 공급되고 따라서 필요하기 때문이다. 그러나, 다이어그램에서는 에너지 예비량의 최소값(ERmin)이 도시되어 있다. 두 에너지 예비량(ER2 및 ER1) 중 어느 것도 이 최소값(ERmin)으로 감소되지 않았기 때문에, 이는 도시된 예에서 그리고 선택된 에너지 예비량의 고려에 영향을 미치지 않는다. 여기서, 즉 이 예에서는, 에너지 예비량이 고려 인자(CRes)를 통해 반영될 수 있는 상기 설명된 바와 같은 공식이 사용되고, 이러한 고려 인자(CRes)가 또한 위에서 공식에서 언급된 바와 같이 계산되는, 즉 에너지 예비량이 최소 에너지 예비량(ERmin) 이상인 경우에 값 1을 갖는 것이 제안된다.
도 6은 예를 들어 횡축에 도시된 시간에 걸쳐 주파수 그래프(f), 전력 그래프(P) 및 에너지 예비량의 그래프(ER)가 도시되어 있는 다이어그램을 도시한다.
주파수는 초기에 공칭 주파수(f0)에서 시작한다. 동시에, 전력(P)은 순간에 존재하는 풍력에 상응하는 값을 가지며 초기에는 수평으로 연장된다. 전력(P)에 대해 간략화를 위해, 풍력은 도 6에서 고려된 기간에 걸쳐 변하지 않는다고 가정한다.
또한, 에너지 예비량(ER)은 해당 저장 장치가 완전히 충전되어 있는 값에서 시작한다.
시간(t1)에서 이 경우 강한 주파수 감소가 설정된다. 이것은 전력 밸런스의 명백하고 강한 감소를 나타낸다. 이러한 강한 주파수 변화는 전력(P)에서 처음에는 짧은 기간 동안 상대적으로 높은 에너지 양을 갖는 높은 값을 발생시킨다. 이 제 1 펄스의 이러한 큰 보상 에너지 양은 특히 강한 주파수 감소를 방해한다.
짧은 시간 후에, 새로운 보상 에너지 양이 계산되고, 이 경우 또한 더 큰 시간 간격이, 즉 시간(t2)까지 설정된다. 이 제 2 보상 에너지는 여전히 크지만, 보다 긴 기간으로 분배된다. 이 제 2 보상 에너지 양은 거기에 존재하는 낮은 주파수 값으로부터 형성되지만, 강한 주파수 감소는 더 이상 관여되지 않는다.
시간(t2)에서 주파수는 다시 증가하여, 보상 에너지에 대해 더 큰 시간 간격이, 즉 시간(t4)까지 설정된다. 큰 시간 간격으로 인해, 주파수는 회복되지만, 상대적으로 많은 보상 에너지 양이 제공되며, 이는 주파수 변화와 절대 값 모두에 대해 증가하는 주파수를 고려한다.
시간(t4)에서 주파수는 다시 공칭 주파수 값(f0)을 취하고 주파수 변화는 약 0이다. 보상 에너지 양의 공급은 더 이상 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고, 네거티브의 보상 에너지 양이 제공되어, 즉 저장 장치를 재충전하는 것이 제공된다.
따라서, 도 6의 이 다이어그램에는 관련 저장 장치의 에너지 예비량의 그래프가 추가로 도시되어 있다. 시간(t1)의 에너지 예비량이 급격하게 감소하고, 그 후 시간(t2)까지 더 감소하지만, 그렇게 강하지는 않다는 것을 알 수 있다. 시간(t2)으로부터 시간(t4)까지 에너지 예비량은 더 약하게 감소하고 그 후 시간(t4)에서 그 최소값에 도달한다. 시간(t4)에서 이제 네트워크를 지원하기 위한 보상 에너지 양이 더 이상 필요하지 않으므로, 따라서 이 경우 저장 장치의 재충전이 시작된다. 에너지 예비량(ER)은 이 경우 시간(t5)까지 다시 상승하고, 거기에서 다시 완전 충전에 도달했다. 보상 에너지 양은 이 경우 시간(t5)으로부터의 값 0에 대응한다. 전력은 이 경우 거기에서, 존재하는 바람에 의해 제공될 수 있는 값을 다시 갖는다.
따라서, 이 도 6은 보상 에너지 양의 계산을 도시하는데, 이는 주파수(f)의 절대 값뿐만 아니라 주파수의 도함수, 즉 df/dt에도 의존하고 또한 저장 장치 내의 에너지 예비량에도 의존한다.
따라서 제안된 해결책을 통해, 전력 감소가 발생하는 경우 즉시 알고리즘을 사용함으로써 네트워크로 지원을 위한 에너지가 공급될 수 있다. 동시에, 이러한 동적인 고려 시 또한 네트워크 연결 포인트의 위치를 고려할 수도 있다. 이것은 보상 에너지 양을 이와 같이 공급함으로써 네트워크 지원의 자발성에 영향을 미치지 않지만, 그럼에도 불구하고 유연한 처리의 가능성을 창출한다. 이러한 유연한 처리는 네트워크 연결 포인트의 위치를 고려함으로써 수행될 수 있지만, 그러나 또한 다른 가능성도 고려된다. 또한, 보상 에너지 양의 이러한 공급에 대한 네트워크 응답을 고려하는 것도 가능하다. 특히 스윙 또는 증폭 반응이 검출될 때, 위치 인자(K) 또는 다르게는 보상 에너지 양의 공급의 조정, 즉 또한 보상 에너지 양의 결정을 조정하는 것이 수행될 수도 있다.

Claims (21)

  1. 네트워크 연결 포인트에서 적어도 하나의 풍력 발전 시스템 또는 복수의 풍력 발전 시스템을 포함하는 풍력 발전 지역에 의해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 방법으로서,
    - 복수의 에너지 생성기가 전력을 상기 전기 공급 네트워크로 공급하고,
    - 복수의 소비 장치가 상기 전기 공급 네트워크로부터 전력을 취출하여, 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인, 공급된 전력과 취출된 전력 사이의 전력 밸런스가 상기 전기 공급 네트워크에 존재하는 것인 방법에 있어서,
    - 상기 전기 공급 네트워크에서의 상기 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하는 단계,
    - 상기 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하는 단계,
    - 이용 가능한 풍력에 따라 기본 전력을 공급하는 단계, 및
    - 결정된 상기 보상 에너지 양에 의해 상기 기본 전력의 공급을 변경하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 시스템 또는 상기 풍력 발전 지역에 대해, 상기 기본 전력에 추가적으로 상기 전기 공급 네트워크로 공급될 수 있는 에너지 양을 나타내는 에너지 예비량이 결정되고,
    - 상기 보상 에너지 양은 상기 에너지 예비량에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    - 상기 보상 에너지 양을 결정하는 단계는 기준 시간 간격 동안 수행되고,
    - 상기 기준 시간 간격에서 상기 보상 에너지 양에 의해 상기 기본 전력의 공급이 변경되는, 즉 증가되거나 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 보상 에너지 양은, 상기 전력 밸런스가 감소되어 네거티브인 경우, 특히 미리 결정된 하한값 미만인 경우, 포지티브가 되도록, 즉 상기 기본 전력의 공급이 증가되도록, 상기 전력 인디케이터에 따라 결정되고,
    - 상기 보상 에너지 양은, 상기 전력 밸런스가 증가되어 포지티브인 경우, 특히 미리 결정된 상한값을 초과하는 경우, 네거티브가 되도록, 즉 상기 기본 전력의 공급이 감소되도록, 상기 전력 인디케이터에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 보상 에너지 양은 의존 함수에 의해 상기 전력 인디케이터에 의존하고,
    - 상기 의존 함수는 변경 가능하고 그리고/또는
    - 상기 의존 함수는 상기 네트워크 연결 포인트에 의존하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 의존 함수는
    - 상기 전기 공급 네트워크의 시스템 특성,
    - 상기 전기 공급 네트워크의 시스템 거동,
    - 상기 전기 공급 네트워크의 시스템 상태,
    - 다른 풍력 발전 시스템 또는 다른 풍력 발전 지역의 의존 함수,
    - 특히 상기 전기 공급 네트워크 운영자의 외부 요구 사항,
    - 상기 전기 공급 네트워크에서의 이벤트, 특히 네트워크 섹션의 분리 또는 재연결
    을 포함하는 리스트로부터의 정보 중 적어도 하나에 따라 변경, 설정 또는 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 공급 네트워크는 네트워크 주파수를 포함하며,
    상기 전력 인디케이터는
    - 상기 네트워크 주파수,
    - 상기 네트워크 주파수의 시간 도함수,
    - 메인 전압,
    - 측정된 전력차,
    - 상기 네트워크 주파수에 대해 시뮬레이션된 모델 주파수, 및
    - 상기 메인 전압의 위상과 상기 모델 주파수의 위상 사이의 위상각
    을 포함하는 리스트로부터의 변수 중 적어도 하나로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 보상 에너지 양은, 상기 전력 인디케이터의 변화와 조정 가능한 제 1 위치 인자의 곱으로부터 계산되고, 또는 추가적으로 또는 대안적으로
    - 상기 보상 에너지 양은 상기 전력 인디케이터와 조정 가능한 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 상기 풍력 발전 시스템 또는 상기 풍력 발전 지역은 적어도 하나의 공급 장치를 포함하고, 상기 공급 장치는 시스템 보호 또는 규정된 한계값을 준수하기 위해 준수되어야 하는 적어도 하나의 작동 범위를 포함하고,
    - 상기 보상 에너지 양을 공급하기 위해 상기 작동 범위는 미리 결정된 보상 시간 간격 동안 이탈되고, 특히 상기 기본 전력의 공급이 증가할 때 상기 작동 범위의 적어도 상한값이 미리 결정된 초과 값까지 초과되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 보상 에너지 양을 공급하기 위해 상기 작동 범위는 미리 결정된 보상 시간 간격 동안 이탈되어,
    - 변조된 전류 신호를 생성하기 위해 클록 주파수가 감소되고 그리고/또는
    - 변조된 전류 신호를 생성하기 위해 허용 오차 대역이 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상 에너지 양을 공급하기 위해
    - 상기 기본 전력의 공급이 증가될 때, 상기 풍력 발전 시스템의 회전 에너지가 사용되고, 또는
    - 상기 기본 전력의 공급이 감소될 때, 에너지가 회전 에너지로서 상기 풍력 발전 시스템에 저장되고, 추가적으로 또는 대안적으로
    - 상기 기본 전력의 공급이 감소될 때, 상기 풍력 발전 시스템의 전력 감축 조절이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 시스템 또는 상기 풍력 발전 지역의 풍력 발전 시스템 중 적어도 하나는 발전기 회전 속도로 작동되는 발전기를 포함하며,
    - 상기 전력 밸런스의 변화가 예상되는지 여부를 나타내는 예상 값이 결정되고
    - 상기 예상 값이 상기 전력 밸런스의 변화가 예상되는 것을 나타내는 경우, 상기 회전 속도는 상기 예상 값에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 네트워크 연결 포인트에서 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 풍력 발전 시스템에 있어서,
    - 상기 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하기 위한 모니터링 수단으로서, 상기 전력 밸런스는
    - 상기 전기 공급 네트워크로 에너지 생성기를 통해 공급되는 전력과
    - 상기 전기 공급 네트워크로부터 소비 장치를 통해 취출되는 전력
    사이의 차이로서의 전력차를 나타내고, 상기 전력 밸런스는 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인 것인 모니터링 수단,
    - 상기 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하기 위한 결정 수단,
    - 상기 네트워크 연결 포인트에서 상기 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 공급 장치,
    - 상기 공급 장치를 제어하기 위한 제어 장치로서, 상기 제어 장치는
    - 상기 공급 장치가 사용 가능한 풍력에 따라 기본 전력을 공급하도록, 그리고
    - 상기 공급 장치가 결정된 상기 보상 에너지 양에 의해 상기 기본 전력의 공급을 변경하도록
    상기 공급 장치를 제어하는 것인 제어 장치
    를 포함하는, 풍력 발전 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    풍력 발전 시스템, 특히 상기 제어 장치는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    적어도 하나의 예비 에너지 저장 장치가 에너지 예비량 또는 그 일부를 저장하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 예비 에너지 저장 장치 또는 상기 예비 에너지 저장 장치는 상기 풍력 발전 시스템에 대해 또는 적어도 상기 공급 장치에 대해 외부에 위치하는 에너지 저장 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제어 장치는 제 1 위치 인자 및/또는 제 2 위치 인자를 제공하기 위한 위치 인자 블록을 포함하며, 상기 위치 인자 블록은 상기 위치 인자에 영향을 미치는 변수가 입력될 수 있는 입력부를 포함하고,
    - 상기 보상 에너지 양은 상기 전력 인디케이터의 변화와 상기 제 1 위치 인자의 곱으로부터 계산되고, 또는 추가적으로 또는 대안적으로
    - 상기 보상 에너지 양은 상기 전력 인디케이터와 상기 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
  18. 네트워크 연결 포인트에서 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위한 복수의 풍력 발전 시스템을 구비하는 풍력 발전 지역에 있어서,
    - 상기 전기 공급 네트워크에서의 전력 밸런스를 나타내는 전력 인디케이터를 모니터링하기 위한 발전 지역 모니터링 수단으로서, 상기 전력 밸런스는
    - 상기 전기 공급 네트워크로 에너지 생성기를 통해 공급되는 전력과
    - 상기 전기 공급 네트워크로부터 소비 장치를 통해 취출되는 전력
    사이의 차이로서의 전력차를 나타내고, 상기 전력 밸런스는 취출된 것보다 더 많은 전력이 공급되는 경우 포지티브인 것인 발전 지역 모니터링 수단,
    - 상기 전력 인디케이터에 따라 보상 에너지 양을 결정하기 위한 발전 지역 결정 수단,
    - 상기 풍력 발전 시스템을 제어하기 위한 발전 지역 제어 장치로서, 상기 발전 지역 제어 장치는
    - 상기 풍력 발전 시스템이 사용 가능한 풍력에 따라 기본 전력을 공급하도록, 그리고
    - 상기 풍력 발전 시스템이 결정된 상기 보상 에너지 양에 의해 상기 기본 전력의 공급을 변경하도록
    상기 풍력 발전 시스템을 제어하는 것인 발전 지역 제어 장치
    를 포함하는, 풍력 발전 지역.
  19. 제 18 항에 있어서,
    제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전 시스템이 사용되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 보상 에너지 양 또는 그 일부를 제공하도록 추가적인 에너지를 저장하기 위해 발전 지역 에너지 저장 장치가 제공되고, 선택적으로 상기 발전 지역 에너지 저장 장치로부터 상기 전기 공급 네트워크로 에너지를 공급하기 위해 발전 지역 공급 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 발전 지역 제어 장치는 제 1 위치 인자 및/또는 제 2 위치 인자를 제공하기 위해 위치 인자 발전 지역 블록을 포함하며, 상기 위치 인자 발전 지역 블록은 상기 위치 인자에 영향을 미치는 변수가 입력될 수 있는 입력부를 포함하고,
    - 상기 보상 에너지 양은 상기 전력 인디케이터의 변화와 상기 제 1 위치 인자의 곱으로부터 계산되고, 또는 추가적으로 또는 대안적으로
    - 상기 보상 에너지 양은 상기 전력 인디케이터와 상기 제 2 위치 인자의 곱으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
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