KR20190039295A - 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

풍력 터빈을 제어하기 위한 방법 Download PDF

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브롬바흐 요하네스 닥터
슈베르트 카타리나 닥터
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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 공급 네트워크(2)로 공급하기 위해 바람으로부터 전기 에너지를 발생시키기 위한 적어도 하나의 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 풍력 터빈은 블레이드 각도가 조정될 수 있는 로터 블레이드를 갖는 공기 역학적 로터(18)를 가지며, 로터(18)는 가변 로터 회전 속도로 작동될 수 있으며, 풍력 터빈은 발전기 전력을 발생시키기 위해 공기 역학적 로터(18)에 결합된 발전기를 가지며, 풍력 터빈은 정격 전력까지 가용 바람 전력을 전기 공급 네트워크(2)로 공급하는 정상 모드에서 작동되고, 여기서 가용 바람 전력은 바람 및 풍력 터빈의 기술적 한계에 따라, 바람으로부터 얻어져 전기 공급 네트워크(2)로 공급될 수 있는 전력을 나타내며, 풍력 터빈은 동일한 전기 공급 네트워크(2)로 전력을 공급하는 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라 정상 모드로부터 지원 모드로 변경된다.

Description

풍력 터빈을 제어하기 위한 방법
본 발명은 적어도 하나의 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상응하는 풍력 터빈에 관한 것이고, 본 발명은 또한 복수의 그러한 풍력 터빈을 갖는 풍력 발전 지역에 관한 것이다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 풍력 발전 지역 및 적어도 하나의 솔라 시스템을 갖는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.
풍력 터빈은 알려져 있으며, 기본적으로 바람으로부터 에너지를 취출하여 전기 공급 네트워크에 전력으로 공급하도록 제공된다. 이러한 기본적인 과제 외에도, 풍력 터빈은 또한 항상 전기 공급 네트워크를 지원하기 위한 과제를 종종 맡고 있다.
이와 같은 네트워크 지원의 증가하는 중요성은 또한 부분적으로 풍력 터빈뿐만 아니라 특히 광전지 시스템도 포함하는 분산형 에너지 공급 장치의 비율이 증가하고 있는 것과 관련된다. 따라서 분산형 에너지 공급 장치가 또한 네트워크의 지원에 기여할 수 있는 것이 바람직하며, 적어도 이러한 분산형 공급 장치 중 일부는 그러한 기여를 할 수 있는 것이 바람직하다.
풍력 터빈을 사용하여 전기 공급 네트워크를 지원하기 위한 일 문제점으로서 종종, 네트워크를 지원하기 위해 추가의 전력을 공급할 수 있는 능력이 현재 기상 상황에 의존한다는 점이 언급될 수 있다. 다른 말로 하면, 문제점으로서, 풍력 터빈은 바람이 적은 경우 또는 바람이 없는 경우에 적은 지원 전력을 공급할 수 있거나 또는 지원 전력을 전혀 공급할 수 없다는 점이다.
사실, 특히 햇빛이 존재하는 경우 낮 동안만 자연적으로 전기를 생성할 수 있는 광전지 시스템에 대해서도 유사한 문제가 언급된다.
풍력 터빈은 기본적으로 순시 예비량(instantaneous reserve)을 제공할 수 있도록 운동 에너지를 특히 그 로터에 저장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나 이러한 언급된 운동 에너지로부터 양의 값의 순시 예비량을 이와 같이 제공하는 것도 또한 관련되는 풍력 터빈의 로터가 또한 회전하는 경우에만 가능하다. 풍력 터빈의 로터가 회전하는 경우에는, 그러나 순시 예비량을 제공할 수 있으므로, 단기간에 공급되는 전력을 증가시키는 것이 가능하다. 그러나 그러한 순시 예비량의 공급은 광전 시스템에서는 알려져 있지 않다. 기껏해야 예방 차원의 감축 조절 또는 에너지 저장 장치의 제공을 통해 구현될 수 있다.
독일 특허 및 상표청은 본 출원의 우선권 출원에서 다음의 종래 기술을 조사하였다: DE 10 2011 081 795 A1, DE 10 2013 101 099 A1, DE 10 2013 203 540 A1, DE 10 2014 101 809 A1, US 2011/0057445 A1, US 2016/0065115 A1, WO 2014/118059 A1, DE 10 2009 037 239 A1 및 DE 297 15 248 U1.
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 언급한 문제점 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 재생 가능 에너지의 네트워크 통합을 개선시키는 것이다. 가능한 한, 순시 예비량 공급이 네트워크에서 어느 시점에서나 구현되어야 한다. 특히, 재생 가능한 에너지 소스에 의한 전력 생산에서 가능한 한 더 높은 커버리지 비율이 달성되거나 또는 적어도 가능해야 한다. 특히 네트워크 지원의 부재로 인해 재생 가능한 에너지 소스를 병합할 때 네트워크 기술적 한계가 회피되어야 한다. 적어도 이전의 해결 방안에 대해 대안적인 해결 방안이 제안되어야 한다.
본 발명에 따르면, 본원의 청구범위 제 1 항에 따른 방법이 제안된다. 따라서, 상기 방법은 전기 공급 네트워크로 전력을 공급하기 위해 바람으로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 적어도 하나의 풍력 터빈을 제어하는 것에 관한 것이다. 풍력 터빈을 제어하기 위한 상기 방법은 복수의 풍력 터빈을 제어하는 것으로 유사하게 전용될 수 있다. 특히, 각 풍력 터빈은 자신의 작동 포인트를 자동으로 제어하는 것이 바람직하지만, 그러나 특히 예를 들어 풍력 발전 지역을 제어하기 위한 발전 지역 제어 장치와 같은 상위 제어 유닛에 의해 조정되고 제공될 수 있는 조정을 위한 사양을 획득할 수도 있다.
풍력 터빈은 블레이드 각도가 조정될 수 있는 로터 블레이드를 갖는 공기 역학적 로터를 포함한다. 원칙적으로, 단일 로터 블레이드로도 충분할 수 있지만, 그러나 이는 오늘날 기본적으로 부적합한 것으로 밝혀졌다. 또한, 로터는 가변 로터 회전 속도로 작동 가능하다. 특히 부분 부하 범위에서, 풍속이 아직 정격 풍속에 도달하지 않은 경우, 로터 회전 속도는 선택된 작동 포인트에 따라 달라질 수 있다. 그러나 원칙적으로 로터 회전 속도는 합당한 한계 내에서 변경 가능하고 지정 가능하다.
공기 역학적 로터에는, 발전기 전력을 생성하기 위한 발전기가 결합되어 있다.
풍력 터빈은 전기 공급 네트워크로 정격 전력까지 가용 바람 전력을 공급하는 정상 모드에서 작동되는 것이 제안된다. 바람이 너무 약해서 정격 전력을 제공할 수 없는 한, 이러한 정상 모드에서 가용 바람 전력 및 이에 따라 가능한 많은 전력이 바람으로부터 얻어져 전기 공급 네트워크로 공급된다. 풍속이 정격 풍속에 도달하여 그 이상으로 올라가면, 풍력 터빈의 구성 요소를 보호하기 위해 전력이 정격 전력으로 제한되어야 한다. 정기적으로 이러한 작동 모드에는 풍속에 의존하는 작동 포인트가 또한 할당된다.
또한, 동일한 네트워크로 전력을 공급하는 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라, 풍력 터빈이 정상 모드로부터 지원 모드로 변경되는 것이 제안된다. 따라서, 풍력 터빈은 또한 정상 모드와 상이한 지원 모드에서 작동될 수도 있다. 여기서 이러한 지원 모드는 동일한 네트워크로 전력을 공급하는 솔라 시스템에 따라 수행되는 것이 제안된다. 이는 각각의 경우에 공급되는 전력이 복사되는 솔라 전력에 의해 사실상 지연 없이 변동하고 일반적으로 사실상 에너지 저장 장치를 포함하지 않는 광전지 시스템에서 특히 제안된다. 특히 광전지 시스템의 경우 이에 따라 순시 예비량을 제공하기에는 적합하지 않다는 문제점이 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 솔라 시스템이 또한 이로써 지원될 수 있다.
특히 여기서 풍력 터빈은 정상 모드보다 지원 모드에서 더 많은 순시 예비량을 공급하거나, 공급할 수 있거나 또는 적어도 더 많은 순시 예비량을 제공하는 것이 제안된다. 그러나 또한, 이러한 지원 모드에서 풍력 터빈은 다른 방식으로 정상 모드보다 전기 공급 네트워크를 지원하기 위한 더 높은 지원 기여를 제공하는 것이 고려된다.
특히, 단순하게 네트워크로도 언급될 수 있는 동일한 전기 공급 네트워크로 적력을 공급하는 적어도 하나의 광전지 시스템이 상대적으로 많은 전력을 네트워크에 공급하는 경우, 특히 정격 전력을 공급하는 경우, 이러한 지원 모드가 선택되는 것이 제안된다. 다른 말로 하면, 많은 태양 복사가 존재하는 경우, 여기서 적어도 하나의 풍력 터빈의 지원 모드가 제안된다.
본 발명에 따르면, 일반적으로 높은 태양 복사 및 이에 따라 한편으로는 많은 양의 공급되는 솔라 전력과 약한 바람 및 이에 따라 다른 한편으로는 적은 양의 공급되는 솔라 전력 사이에는 상관관계가 있다는 것이 인식되었다. 이를 위해 이제, 전기 공급 네트워크를 지원하기 위해 비교적 큰 기여를 제공하기 위한 그러한 경우에 적어도 하나의 풍력 터빈을 제공하는 것이 제안된다. 특히, 위에서 언급된 전력을 공급하는 적어도 하나의 광전지 시스템에 대해 실질적으로 그러한 상황에서 풍력 터빈이 순시 예비량의 공급 또는 적어도 제공을 떠맡을 수 있다.
이를 통해, 강한 태양 복사의 경우 많은 양의 광전지 전력이 공급될 수 있는 상황을 달성하는 동시에, 광전지 솔라 시스템 자체가 제공할 수 없는 높은 수준의 지원 잠재력, 특히 순시 예비량이 제공될 수 있다. 이를 통해, 광전지 시스템 및 풍력 터빈은, 강한 태양 복사의 경우 광전지 시스템이 전력을 공급하고 풍력 터빈이 지원함으로써, 유리한 방식으로 서로 보완할 수 있다.
그러나 기본적으로 적어도 하나의 풍력 터빈은 그 자체가 또한 일부 바람 전력 또는 심지어 많은 양의 바람 전력을 공급할 수도 있는 경우에도 지원 모드로 전환될 수 있다. 많은 양의 태양 복사와 적은 바람 사이에 상관관계가 있지만, 그러나 제안된 해결 방안은 태양 복사가 많은 동시에 많은 바람도 존재하는 드문 경우에도 사용될 수 있는 것으로 인식되었다.
따라서 바람직하게는, 풍력 터빈은 정상 모드보다 지원 모드에서 더 많은 순시 예비량을 제공할 수 있는 것이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 전기 공급 네트워크에서 검출된 네트워크 주파수(f)의 주파수 변화(df/dt)에 따라 순시 예비 전력(PM)이 전기 공급 네트워크로 공급되고, 이 경우 정상 모드와 지원 모드 사이에 주파수 변화(df/dt)에 대한 순시 예비 전력(PM)의 상이한 의존성이 제공되어, 동일한 주파수 변화(df/dt)에서, 지원 모드에서의 순시 예비 전력(PM)의 양은 정상 모드보다 큰 것이 제공된다. 주파수 변화에 따라 전기 공급 네트워크로 공급되는 순시 예비량은 특히 주파수 변화를 방해하는 역할을 한다. 그러한 방해 작용은 가능한 한 신속하게 또는 즉각적으로 수행되어야 한다. 그러므로 순시 예비 전력 또는 단순하게 순시 예비량이라는 용어가 사용되며 또한 이하에서는 이러한 용어 순시 예비량은 순시 예비 전력과 동의어로 사용된다.
이러한 순시 예비량의 공급은 전기 공급 네트워크를 지원하기에 적합하므로 따라서 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 그러한 순시 예비량을 공급하는 것은 또한 전력 공급 풍력 터빈에 부담이 될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 특히, 공급된 전력의 빠른 증가는, 특히 이러한 증가가 설계 한계에 접근하는 경우, 이를 통해 부품에 부담을 줄 수 있다. 또한 이를 통해, 풍력 터빈은 이 경우 적어도 단기간에 그 최적의 작동 포인트를 이탈하기 때문에, 성능 손실이 발생할 수도 있다. 특히, 풍력 터빈의 회전하는 로터로부터의 운동량 에너지의 사용은 이러한 로터의 감속을 발생시키고, 이는 한편으로는 또한 공기 역학적으로 최적의 작동 포인트를 이탈하게 할 수 있으며, 이는 다른 한편으로는 또한 시스템에 기계적 부하를 유발할 수도 있다.
그러므로 순시 예비량의 공급은 풍력 터빈의 운영자에게 반드시 바람직한 것은 아니다.
따라서, 정상 모드에서는 지원 모드보다 더 적은 순시 예비량이 공급되거나 또는 제공되는 것이 제공된다. 순시 예비량의 공급은 일반적으로 전기 공급 네트워크의 전압의 주파수 변화, 즉 주파수 변화(df/dt)의 검출에 의존한다. 이제 정상 모드에서는 지원 모드보다 주파수 변화에 더 약하게 반응하는 것이 제안된다. 그에 상응하게 동일한 크기의 주파수 변화인 경우 정상 모드에서는 지원 모드보다 더 적은 순시 예비량이 제공되는데, 즉 공급된다.
바람직하게는, 순시 예비 전력(PM)은 다음과 같은 공식을 사용하여 계산될 수 있다:
PM = k·df/dt
이 경우 k는 의존성 계수를 형성하고, 그 양은 정상 모드보다 지원 모드에서 더 크다. 따라서, 의존성 계수(k)는 주파수 변화(df/dt)와 공급될 순시 예비 전력(PM) 사이의 관계를 결정하고, 이 경우 정상 모드 및 지원 모드에 대해 상이한 크기로 설정될 수 있다. 그 양은 지원 모드에서 더 크게 설정된다. 주파수 감소, 즉 음의 값의 df/dt의 경우, 순시 예비량이 지원을 위해 공급되어야 하기 때문에, 의존성 계수(k)는 일반적으로 음의 값을 가질 것이다. 이 경우, 의존성 계수(k) 대신에, 또한 예를 들어 함수가 사용될 수 있거나 또는 필요한 경우 예를 들어 한계값 또는 초기값의 고려와 같은 추가의 기준이 포함될 수도 있다. 예를 들어 양과 관련해서 절대 주파수 편차의 한계값을 초과해야만 한다는 경계 조건도 또한 고려될 수 있다. 의존성 계수(k)는 지원 모드의 경우 정상 모드의 경우의 적어도 2 배인 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 의존성 계수(k)는 정상 모드에서 0이므로, 정상 모드에서는 순시 예비량이 공급되지 않는 것이 고려된다.
따라서 정상 모드 및 지원 모드가 특히 이러한 상이한 양의 순시 예비량에 의해 구별되는 것이 고려된다. 이 경우 또한 정상 모드와 지원 모드 사이의 실제 작동 포인트는 다르지 않은 것이 고려된다. 따라서 또한 풍력 터빈은 기본적으로, 순시 예비량의 인출이 이루어지지 않는 한, 즉 예를 들어 주파수 변화(df/dt)가 충분히 작은 경우, 또는 정상 네트워크 주파수, 즉 정격 주파수와 절대 주파수 편차가 작은 특히 무시할 수 있는 범위에서만 발생하는 경우, 두 모드에서 최적의 작동 포인트에서 작동되는 것이 고려된다.
일 실시예에 따르면, 전기 공급 네트워크를 지원하기 위해 지원 전력, 특히 전기 공급 네트워크로 공급되도록 인출될 수 있거나 또는 네트워크 거동에 따라 공급될 수 있는 순시 예비 전력이 제공되고, 적어도 하나의 풍력 터빈은 정상 모드보다 지원 모드에서 더 높은 지원 전력을 제공하는 것이 제안된다. 또한 여기서 전기 공급 네트워크를 지원하기 위한 순시 예비량의 공급은 실제로 네트워크에 유리하지만, 그러나 풍력 터빈의 운영자에게 반드시 유리한 것은 아닌 것으로 고려된다. 따라서, 순시 예비량을 정상 모드에서 제공하지 않거나 또는 지원 모드보다 더 작은 진폭으로 제공하는 것이 제안된다.
또한 여기서는, 앞서 언급한 다른 주파수 변화 의존성과 마찬가지로, 더 높은 순시 예비량을 제공하거나 또는 공급하는 것이 특히 동일한 네트워크에 전력을 공급하는 광전지 시스템이 보다 높은 전력으로 공급하는 경우에 유리하다는 사상이 기초가 된다. 또한 여기서도 적어도 하나의 풍력 터빈은, 순시 예비량이 인출되지 않고 다른 지원 전력이 인출되지 않는 한, 정상 모드뿐만 아니라 지원 모드에서도 동일한 작동 포인트에서 작동될 수 있는 것이 제공될 수 있다. 그러나 또한, 풍력 터빈이 다른 작동 포인트에서도 목표되어 작동된다는 것이 아래에서 더 설명될 것으로 고려된다.
바람직하게는, 일 실시예에 따르면, 풍력 터빈은 정상 모드보다 지원 모드에서 적어도 일시적으로 더 적은 전력을 전기 공급 네트워크에 공급하거나, 또는 전기 공급 네트워크로부터 전력을 취출하여, 이를 통해 증가된 순시 예비량을 제공하는 것이 제안된다.
이러한 조치를 통해 특히 가능한 지원 전력, 특히 가능한 순시 예비량을 증가시킬 수 있다. 이를 위해, 풍력 터빈은 그 최적의 작동 포인트를 이탈하는데, 왜냐하면 순시 예비량을 공급하거나 또는 적어도 제공하는 것이 이 경우 특히 중요하기 때문이다. 특히 이를 통해, 큰 양의 순시 예비량 또는 다른 지원 전력이 공급되거나 또는 적어도 제공되어, 이에 따라 이것이 동일한 네트워크에 전력을 공급하는 적어도 하나의 광전지 시스템을 위해 충분한 것이 달성될 수 있다. 최적의 작동 포인트를 이탈함으로써 네트워크에 정기적으로 더 적은 전력이 공급된다. 그러나 또한, 네트워크에 전력이 공급되지 않거나 또는 실질적으로 훨씬 더 적은 전력이 공급되는 다른 작동 포인트가 발견되었지만, 그러나 이러한 새로운 작동 포인트로의 변경이 일시적으로 전력 공급의 감소를 의미하는 것으로 고려될 수 있다. 이는 더 높은 회전 속도를 갖는 새로운 작동 포인트의 경우에 특히 해당되며, 여기서 가속 기간 동안 로터에 대한 이러한 더 높은 회전 속도로의 가속은 성능 저하를 의미한다. 경우에 따라서는, 그럼에도 불구하고, 이러한 더 높은 회전 속도에서는 최적 작동 포인트에서와 유사한 양의 전력이 공급될 수 있지만, 그러나 아마도 시스템 부하가 커지거나 또는 다른 단점이 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 지원 모드는 풍력 터빈의 로터가 전력을 생성하지 않고 바람을 통해 구동됨으로써 회전하는 트런들 작동(Trundle operation)을 포함하는 것이 제공된다. 풍력 터빈의 이러한 트런들은 특히 단지 적은 양의 바람만이 존재할 때 제공될 수 있다. 존재하는 바람 에너지가 풍력 터빈을 작동시키기 위해 필요한 전력을 제공하기에 충분하지 않아서, 결과적으로 전력이 공급될 수 없기 때문에, 풍력 터빈은 이 경우 정기적으로 작동되지 않는다. 따라서 여기서는 이러한 트런들 작동을 의도적으로 허용하지만, 그러나 이 경우 풍력 터빈을 스위칭 오프하지는 않는 것이 제공된다. 정상 모드는 이러한 경우 풍력 터빈을 스위칭 오프하는 것이고, 제안된 지원 모드는 이 경우 풍력 터빈이 이러한 트런들 작동에서 스위칭 온되는 것이다. 따라서, 풍력 터빈의 로터는 적어도 일부 회전하고, 경우에 따라서는, 이를 통해 필요한 경우 적어도 단기간 동안 순시 예비량을 제공할 수도 있다.
또 다른 변형예에 따르면, 지원 모드는 전력이 공급되지 않거나 또는 적은 전력만이 공급되는, 즉 정상 모드에서의 회전 속도보다 더 적은 전력이 가능한, 풍력 터빈이 가능한 한 보다 높은 회전 속도로 회전하는 보다 높은 회전 속도 작동을 포함하는 것이 제공된다. 또한 여기서 풍력 터빈은 정상 모드로부터 지원 모드로 그 작동 포인트를 변경한다. 이제 더 이상 최대 전력이 생성될 수 있는 최적의 회전 속도는 설정되지 않고, 가능한 한 높은 회전 속도가 설정된다. 가능한 한 높은 회전 속도는 이와 관련해서 지배적인 바람에 의해 달성될 수 있는 회전 속도이며, 이 경우 물론 회전 속도 한계값이 고려된다. 이러한 높은, 즉 적어도 증가된 회전 속도에 의해, 보다 높은 운동 에너지, 즉 보다 높은 회전 에너지를 갖는 작동 포인트가 선택된다. 이러한 높은 회전 에너지는 이 경우 필요하다면 순시 예비량으로 사용될 수 있다. 또한 이를 통해, 풍력 터빈이 여기서 존재하는 바람에 대해 일반적으로 제공하거나 또는 제공해야 하는 수준 이상일 수 있는 높은 순시 예비량이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 지원 모드는 회전 속도가 전력 공급 없이 최대 회전 속도까지 증가되는 제로 전력 작동에 관련되는 것이 제안된다. 이것은 부분적으로 이전에 설명된 가능한 한 보다 높은 회전 속도를 갖는 작동에 대응한다. 그러나 여기서 회전 속도를 최대 회전 속도까지, 특히 정격 회전 속도까지 끌어올리고 이 경우 의도적으로 전력을 공급하지 않는 것이 명시적으로 제안된다. 여기에는 또한 시스템이 이제 정격 회전 속도로 작동되고 또한 전력을 공급할 수 있지만, 그러나 전력을 공급하지는 않는 경우도 포함된다. 이러한 경우는 특히 이러한 최대 회전 속도에서 풍력 터빈을 작동시키기에 충분한 바람이 존재하는 상황에 관련된다. 따라서 적어도 바람의 변동을 고려하여, 회전 속도가 더욱 증가될 수도 있지만, 그러나 이는 여기서 제어 기술적으로 방지되는 것이 가능하다. 특히, 풍력 터빈은 이에 따라 이러한 최대 회전 속도에서 유지된다. 이를 위해 블레이드 조정을 통한 제어가 제공되며, 여기서 로터 블레이드는 이러한 최대 회전 속도가 유지되도록 조정되어 제어 기술적으로 일정하게 재설정된다. 이 경우, 그러나 풍력 터빈은 전력을 스스로 공급할 수 있도록 많은 전력을 생성하는 것이 고려된다. 이 경우 풍력 터빈은 자체 필요량을 생성하고, 공급하지는 않지만, 그러나 필요한 경우에는 즉시 공급할 수도 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 지원 모드는 풍력 터빈의 로터가 전기 공급 네트워크로부터의 전력에 의해 구동되는 모터 작동을 포함하는 것이 제공된다. 이 경우, 풍력 터빈을 구동하기 위한 이러한 전력은 현재 솔라 시스템으로부터 전기 공급 네트워크로 공급되는 솔라 전력을 초과해서는 안 된다. 그렇지 않으면, 솔라 시스템은 결과적으로 네트워크에 공급 기여를 제공할 수 없다. 그러나 원칙적으로, 지원 모드에서, 즉 특히 많은 태양 복사가 존재하는 경우, 솔라 시스템은 이러한 모터 작동에 필요한 것보다 전기 공급 네트워크에 실질적으로 더 많은 전력을 공급한다고 가정할 수 있다. 또한 여기서는 위에서 언급된 솔라 시스템이 많은 양의 전력을 공급하며, 이러한 전력의 일부가 풍력 터빈을 모터 작동 중에 작동시키는데 사용되지만 본질적으로는 무-부하 작동이라는 사상에 기초한다. 로터 블레이드는 이 경우 회전 중에 가능한 한 적은 유동 저항을 갖도록 조정된다. 그러나, 풍력 터빈을 구동하기 위한 이러한 적은 전력은 풍력 터빈의 로터의 회전에 의해 높은 순시 예비량이 제공될 수 있는 것을 가능하게 한다.
특히, 태양 복사로부터 직접 전기를 생성하는 광전지 시스템은 제안된 변형예를 통해 풍력 터빈에 의해 지원될 수 있다. 이러한 광전지 시스템은, 태양 복사가 그에 따라 변동하는 경우, 그 공급된 전력이 직접적으로 그리고 기본적으로 즉시 변동할 수 있다. 이에 따라 이러한 광전지 시스템은 네트워크를 지원하기 어려울 뿐만 아니라, 태양 복사가 충분히 우세한 경우 태양 복사의 변동이 있을 때 자체적으로 전기 공급 네트워크의 변동에 기여할 수도 있다. 또한 이는 본 발명에 따라 고려되어야 하며, 풍력 터빈의 거동에 의해 보상되어야 한다.
일 실시예에 따르면, 지원 모드로의 변경은 지배적인 풍속에 의존하는 것이 제안된다. 특히 약한 바람에서 이러한 지원 모드로 변경될 수 있다. 강한 바람에서는 가능하게는 풍력 터빈의 작동은, 풍력 터빈이 자체적으로 많은 전력을 공급하고 따라서 결과적으로 또한 높은 지원 잠재력을 갖는 작동 포인트를 갖는 최적 작동 포인트에서 유리할 수 있다.
보완적으로 또는 대안적으로, 지원 모드의 특성은 지배적인 풍속에 의존하는 것이 제안된다. 예를 들어, 낮은 풍속에서는, 지원 모드에서 목표한 대로 높은 회전 속도를 제공하는 것, 즉 작동 포인트를 더 높은 회전 속도로 변경하는 것이 제안될 수 있다. 높은 풍속에서는, 작동 포인트를 변경하지 않고 특히 높은 순시 예비량을 적어도 제공할 수 있는 것이 제안될 수 있다.
바람직하게는, 지원 모드로의 변경 및 추가적으로 또는 대안적으로 지원 모드의 적어도 하나의 특성이 전기 공급 네트워크의 적어도 하나의 네트워크 상태에 의존하거나 또는 이에 대한 대표적인 적어도 하나의 변수에 의존하는 것이 제안된다. 이를 통해 가능하게는 지원 모드, 즉 특히 지원 전력 또는 순시 예비량이 사용될 수 있는지 또는 이들이 어떤 양으로 사용될 수 있는지가 예상될 수 있다. 아래에 설명된 네트워크 상태는 물리적 크기와 관련해서 직접적으로, 또는 이에 대한 대표적인 값을 통해서도 고려될 수 있다. 후자는 특히 각각의 크기, 즉 각각의 네트워크 상태가 풍력 터빈에 의해 직접 검출되지 않을 때에도 고려된다.
따라서 네트워크 주파수에 따른 지원 모드의 변경 또는 특성이 제안된다. 예를 들어, 지원 모드는 네트워크 주파수가 이미 비교적 낮은 값을 가질 때, 즉 예를 들어 공칭 주파수보다 낮지만, 그러나 여전히 하한값보다 높은 경우에 특히 유용할 수 있다.
또한, 네트워크 주파수 변화는 지원 모드가 곧 필요한 것으로 나타날지 여부에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 특히 일정한 네트워크에서, 즉 네트워크 주파수 변화가 거의 없고 그리고/또는 단지 적은 경우, 네트워크의 주파수 변화가 일정하지 않은 경우보다 지원 모드가 더 적게 요구된다.
또한 네트워크 주파수 변화 그라디언트(gradient)를 고려하면 지원 모드가 필요한 것으로 나타날지 여부를 판단할 수 있기 위해 도움이 될 수 있다. 여기서 이와 관련하여 네트워크 주파수 변화의 정량적 평가가 그 진폭 변화에 따라 이루어진다. 여기서, 주파수 변화의 빈도는 입력되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 네트워크 주파수 변화의 빈도, 즉 네트워크가 얼마나 비-일정한지를 고려하고 또한 네트워크 주파수 변화 그라디언트, 즉 주파수 변화의 진폭을 고려하는 것이 유리할 수 있다.
다른 네트워크 상태는 네트워크 전압이다. 특히 비교적 높은 전압에서는 지원 모드의 필요성이 낮은 네트워크 전압보다 더 가능성이 높다. 이 경우 특히 이러한 네트워크 전압 측정을 위한 측정 포인트의 특성이 고려되어야 하는데, 왜냐하면 복잡한 전기 공급 네트워크에서의 네트워크 전압은 그 위치에 따라 변하기 때문이다.
또한 네트워크 전압 변화를 고려하는 것이 제안된다. 예를 들어 네트워크 전압이 초기에 비교적 높은 값을 갖고 있더라도, 떨어지는 네트워크 전압은 지원 모드에 대한 필요성을 나타낼 수 있다.
또한, 네트워크 상태를 나타내는 외부 네트워크 상태 신호를 고려하는 것이 제안된다. 이에 따라 지원 모드가 선택될 수 있으며, 필요한 경우 그 특성도 또한 선택될 수 있다. 이 경우, 전기 공급 네트워크를 운영하는 네트워크 운영자가 특히 다양한 네트워크 포인트의 전기 공급 네트워크에 대한 정보를 가지고 있다는 점이 고려된다. 이에 따라 전기 공급 네트워크의 필요성 또는 예상되는 이벤트를 더 양호하게 추측할 수 있다.
일 변형예에 따르면, 전기 공급 네트워크로 공급된 총 전력에 대한 주파수 변환기에 의해 전기 공급 네트워크로 공급된 전력의 비를 나타내는 주파수 변환기 비율이 고려되는 것이 제안된다. 예를 들어 즉 공급된 전력만을 기준으로 한 네트워크에서의 주파수 변환기의 비율이 80 %보다 크고 그 중에서 마찬가지로 주파수 변환기를 통해 네트워크로 공급되는 광전지 시스템의 비율이 50 %보다 큰 경우, 이것은 전기 공급 네트워크에 대해 효과를 가질 수 있다.
주파수 변환기 비율을 검출하는 한 가지 방법은 이것이 전기 공급 네트워크의 운영자에게 알려지고 이 정보가 해당 풍력 터빈으로 전달되는 것이다.
지원 모드의 선택은 또한 네트워크 운영자가 순시 예비량을 요청하기 위한 대응하는 요청 신호를 전송하는지 여부, 즉 순시 예비량이 네트워크 운영자에 의해 요청되는지 여부에 따라 수행될 수 있다. 이것은 또한 그러한 순시 예비량이 공급된 전력에 대해 일정 수준으로 요청된다는 것을 의미할 수도 있다. 이러한 경우에 고려된 광전지 시스템의 전력 공급을 고려한 그러한 전력 의존적 요청은 풍력 터빈을 위한 순시 예비량으로 변환될 수 있으며, 이는 솔라 시스템에 대해 대신하게 된다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 솔라 시스템이 정격 전력의 적어도 하나의 사전 설정 가능한 최소 비율, 특히 정격 전력의 50 %를 전기 공급 네트워크로 공급하고, 또한 순시 예비량의 필요성이 검출될 때, 적어도 하나의 풍력 터빈은 지원 모드로 변경되고 정상 모드에 비해 그 회전 속도를 증가시키는 것이 제안된다. 이를 통해 이러한 지원 모드를 구체적으로 선택할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 솔라 시스템이 정격 전력의 적어도 하나의 사전 설정 가능한 최소 비율, 특히 정격 전력의 적어도 50 %를 전기 공급 네트워크로 공급하고, 상기 지배적인 바람이 너무 약해서, 적어도 하나의 풍력 터빈이 최대한으로 정격 전력의 사전 설정 가능한 최대 비율, 특히 최대한으로 정격 전력의 50 %를 전기 공급 네트워크로 공급할 수 있을 때, 적어도 하나의 풍력 터빈은 정상 모드에 비해 증가된 로터 회전 속도에 의해 지원 모드에서 지속적으로 작동되는 것이 제안된다. 여기서는 특히 기상 상황, 즉 단순히 표현하여 많은 햇빛 및 적은 바람이 고려되고 그에 대응하여 솔라 시스템이 가능한 한 많은 전력을 공급하도록 사용되고 풍력 터빈이 본질적으로 전기 공급 네트워크를 지원하도록 사용되고, 적어도 필요한 경우 지원 전력을 제공할 수 있도록 사용된다는 사상을 기초로 한다.
일 실시예에 따르면, 상대 순시 예비량의 필요성이 검출되고, 이 경우 이러한 상대 순시 예비량은 기준 전력에 대해 추가적으로 공급 가능한 전력을 나타내는 것을 특징으로 하는 해결 방안이 제안된다. 상대 순시 예비량의 이러한 검출된 필요성 및 솔라 시스템을 나타내는 솔라 기준 전력에 기초하여, 솔라 시스템에 의해 유지되거나 또는 제공되는 순시 예비량을 나타내는 전력인 솔라 순시 예비량이 결정된다. 따라서 이러한 솔라 순시 예비량은 제공될 총 순시 예비량이 전력 공급 생성 장치에게 동일한 부분으로 분배되는 경우의 계산 값이다.
이를 위해 이제, 적어도 하나의 풍력 터빈은 결정된 솔라 순시 예비량을 제공할 수 있도록 지원 모드에서 작동되는 것이 제안된다. 바람직하게는, 풍력 터빈은 그 고유한 작동 및 상대 순시 예비량에 기초하여 공급해야만 하는 순시 예비량에 추가하여 이를 제공할 수 있다. 이를 통해 표준화된 순시 예비량의 제공량이 특히 정량화될 수 있다. 이 경우 이를 위해 계산된 순시 예비량을 공급하거나 또는 제공할 수 없거나 또는 큰 노력에 의해서만 공급하거나 또는 제공할 수 있는 생성 장치가 이것을 적절한 풍력 터빈에 의해 감소시킬 수 있는 것이 제안된다. 풍력 터빈은 이 경우 특히 지원 모드에서 솔라 시스템의 이러한 요청을 대신 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상대 순시 예비량은 현재 전기 공급 네트워크 또는 관련 네트워크 섹션으로 공급되는 전력에 대해 추가로 공급 가능한 전력을 나타내는 것이 제안된다. 이러한 제안에 따르면, 기준 전력은 현재 전기 공급 네트워크로 공급되거나 또는 관련 네트워크 섹션으로 공급되는 전력이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 솔라 기준 전력은 현재 솔라 시스템에 의해 전기 공급 네트워크에 공급되는 솔라 전력이다. 따라서 이는 또한 여기서 현재 실제 값에 적용된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 이 경우 적어도 하나의 풍력 터빈은 정상 모드에 비해 증가된 회전 속도를 포함하여 이를 통해 솔라 시스템에 대해 솔라 순시 예비량을 제공하도록 지원 모드에서 작동된다. 이를 통해, 특히 솔라 순시 예비량의 제공 또는 공급을 달성할 수 있다.
바람직하게는 솔라 순시 예비량은 현재 공급된 솔라 전력과 상대 순시 예비량의 곱으로서 계산된다. 이 경우, 상대 순시 예비량은 기본적으로 알려진, 적어도 솔라 시스템 각각에 대해 알려진 현재 공급된 솔라 전력과 간단한 방식으로 곱해질 수 있는 상대적으로 일정한 값일 수 있다.
선택적으로, 특히 양의 값의 가중 계수의 곱에 의해 가중 함수가 고려되는 것이 제안된다. 따라서 솔라 순시 예비량은 추가적으로, 특히 0.5 내지 2의 범위에 존재할 수 있는 양의 값의 가중 계수를 곱함으로써, 가중 함수로 변경될 수 있다. 이를 통해, 솔라 순시 예비량의 재조정이 가능하거나, 또는 해당 솔라 시스템이 전력을 공급하는 네트워크에서의 예를 들어 네트워크 연결 포인트의 특정 위치와 같은 특별한 상황에 대한 고려가 가능하다.
솔라 시스템에 대한 또는 솔라 시스템과 관련한 상기 및 후속하는 설명은 특히 바람직하게는 광전지 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 솔라 시스템에 대해, 또는 적어도 하나의 솔라 시스템 및 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함하는 혼합 시스템에 대해, 제공 가능한 솔라 순시 예비량이 계산되는 것을 특징으로 하는 것이 제안된다. 이는 풍력 터빈이 해당 지원 모드에서 작동될 때, 적어도 하나의 솔라 시스템을 지원함으로써 적어도 하나의 풍력 터빈이 얼마나 많은 순시 예비량을 유지할 수 있는지를 나타낸다. 이를 위해, 제공될 수 있는 이 솔라 순시 예비량은 현재 공급된 솔라 전력, 정상 모드에서 현재 적어도 하나의 풍력 터빈을 통해 공급되는 바람 전력 및 전기 공급 네트워크의 상기 네트워크 상태 또는 이에 대한 대표적인 변수에 따라 계산되는 것이 제안된다. 제공 가능한 솔라 순시 예비량은 따라서 필요에 따라 제공되고 인출될 수 있으므로 지속적으로 제공되거나 또는 공급되지 않는다. 따라서 이는 제공될 수 있는 솔라 순시 예비량이 어느 레벨까지 유지되어야 하는지를 나타내는 값이다. 이를 위해 현재 공급된 솔라 전력이 유입되어야 하는데, 왜냐하면 이는 풍력 터빈의 지원 전력을 통해 보완되어야 하기 때문이다. 이는 또한 지원 모드로 전환하지 않으면, 풍력 터빈이 작동될 수 있는 정상 모드도 포함한다. 이는 전기 공급 네트워크의 네트워크 상태이기도 한데, 왜냐하면 대체로 지원 전력에 대한 필요성이 존재하는지 여부에 따라 궁극적으로 달라질 수 있기 때문이다.
본 발명에 따르면, 또한 전기 공급 네트워크로 공급하기 위해 바람으로부터 전기 에너지를 생성할 수 있는 풍력 터빈이 제공되며,
- 상기 풍력 터빈은 블레이드 각도가 조정될 수 있는 로터 블레이드를 갖는 공기 역학적 로터를 포함하고,
- 이 로터는 가변 로터 회전 속도로 작동 가능하고,
- 상기 풍력 터빈은 발전기 전력을 생성하기 위해 공기 역학적 로터와 결합된 발전기를 포함하고,
- 상기 풍력 터빈은 전기 공급 네트워크로 정격 전력까지 가용 바람 전력을 공급하는 정상 모드에서 작동되고, 이 가용 바람 전력은 바람 및 풍력 터빈의 기술적 한계에 따라 바람으로부터 얻어져 전기 공급 네트워크로 공급될 수 있는 전력을 나타내며,
- 상기 풍력 터빈은 동일한 네트워크로 전력을 공급하는 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라 정상 모드로부터 지원 모드로 변경된다.
특히, 위에서 설명된 실시예 중 적어도 하나에 따른 방법을 수행하도록 준비된 풍력 터빈이 제안된다. 이를 위해 상기 풍력 터빈은 특히 상기 방법이 구현되는 프로세스 컴퓨터를 포함한다. 그러나 또한, 상기 방법에 필요한 외부 변수를 고려할 수 있도록, 외부 컴퓨터에 연결되거나 또는 대응하는 인터페이스를 포함하는 것이 고려된다. 또한 외부 프로세스 컴퓨터에서 상기 방법의 일부가 실행되거나 또는 제어될 수도 있다.
바람직하게는, 기상 데이터를 평가하고 그리고/또는 기록하기 위한 기상 모듈이 존재하며, 이 기상 모듈은 또한 태양 복사를 양으로 검출할 수 있다. 여기서는 적어도 하나의 풍력 터빈에서의 태양 복사의 검출이 부근에 있는 광전지 시스템의 가용 광전지 전력에 대한 충분한 정보를 제공할 수 있다는 지식에 기초한다. 기상 모듈은 광을 측정하기 위한 광전지 및/또는 외부 기상 데이터를 수신하기 위한 인터페이스를 포함할 수 있다.
또한 복수의 풍력 터빈을 갖는 풍력 발전 지역이 제안된다. 따라서 풍력 발전 지역은 위에서 설명한 적어도 2 개의 풍력 터빈을 포함하며, 이러한 적어도 2 개의 풍력 터빈은 공통 네트워크 연결 포인트를 통해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급한다. 이를 통해, 복수의 풍력 터빈을 사용함으로써, 상기 방법은 특히 효율적으로 사용될 수 있는데, 왜냐하면 이를 통해 순시 예비량 또는 다른 지원 전력에 대한 큰 잠재력이 생성될 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 따르면, 위에서 설명한 적어도 하나의 풍력 발전 지역 및 적어도 하나의 솔라 시스템을 포함하는 풍력 발전 시스템이 제안되며, 여기서 상기 적어도 하나의 솔라 시스템은 동일한 전기 공급 네트워크로 전력을 공급한다. 이러한 솔라 시스템은 이 경우 바람직하게는 풍력 발전 지역과는 다른 네트워크 연결 포인트를 통해 전기 공급 네트워크로 전력을 공급할 수 있다. 이로써, 기본적으로 풍력 발전 지역뿐만 아니라 적어도 하나의 솔라 시스템도 서로 독립적으로 작동될 수 있는 것이 달성된다. 그러나, 시너지 효과가 발생하여, 풍력 터빈, 즉 풍력 발전 지역이 솔라 시스템에 대해, 지원 작업, 특히 지원 전력 또는 순시 예비량을 제공하는 작업을 수행한다. 이것은 풍력 터빈이 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라 각각 정상 모드로부터 지원 모드로 변경됨으로써 이루어진다.
이하에서 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 의해 예시적으로 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 풍력 터빈의 사시도를 도시한다.
도 2는 풍력 발전 지역을 개략적으로 도시한다.
도 3은 전기 공급 네트워크의 섹션을 개략적으로 도시한다.
도 4는 전기 공급 네트워크에서의 주파수 변화와 순시 예비 전력 사이의 가능한 관계를 도시한다.
도 1은 타워(102) 및 나셀(104)을 갖는 풍력 터빈(100)을 도시한다. 나셀(104)에는, 3 개의 로터 블레이드(108) 및 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 바람에 의해 회전 운동하도록 설정되고, 이에 따라 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 동일하거나 또는 상이할 수 있는 예시적인 3 개의 풍력 터빈(100)을 갖는 풍력 발전 지역(112)을 도시한다. 3 개의 풍력 터빈(100)은 따라서 풍력 발전 지역(112)의 기본적으로 임의의 개수의 풍력 터빈을 나타낸다. 풍력 터빈(100)은 그 전력, 즉 특히 생성된 전류를 전기 발전 지역 네트워크(114)를 통해 제공한다. 이 경우, 개별 풍력 터빈(100)의 각각의 생성된 전류 또는 전력은 합산되고, 일반적으로 변압기(116)가 제공되어, 발전 지역 내의 전압을 고 변환시키고, 그 후 일반적으로 PCC로도 언급되는 공급 포인트(118)에서 공급 네트워크(120)로 전력을 공급한다. 도 2는 당연히 제어 장치가 존재하지만, 예를 들어 어떠한 제어 장치도 나타내지 않는 단지 풍력 발전 지역(112)의 단순화된 도면만을 도시하고 있다. 또한, 예를 들어 발전 지역 네트워크(114)는 다르게 설계될 수도 있는데, 단지 다른 실시예를 언급하자면, 예를 들어 각 풍력 터빈(100)의 출력부에 변압기가 또한 존재할 수도 있다.
도 3은 광전지 시스템(4) 및 풍력 터빈(7)을 갖는 풍력 발전 지역(6)이 개략적으로 도시되어 연결되는 전기 공급 네트워크(2)의 섹션을 도시한다. 풍력 발전 지역(6)은 도 2의 풍력 발전 지역(112)과 같이 형성될 수 있고, 풍력 터빈(7)은 각각 도 1의 풍력 터빈(100)과 같은 것을 각각 포함한다. 전기 공급 네트워크(2)는 도 2의 전기 공급 네트워크(120)에 대응할 수 있다.
다른 소비 장치 또는 공급 장치를 대표하여, 도 3은 전기 공급 네트워크(2)에 연결되는 도시(8), 예를 들어 공장일 수 있는 산업 소비 장치(10), 및 추가 생성 장치로서 대형 발전소(12)를 도시하고 있다.
개략적으로 도시된 태양(14) 및 늘어진 바람개비(16)는 도시된 전기 공급 네트워크(2)에 대한 도 3이 강렬한 태양 복사가 우세하고 바람이 거의 없는 주요 기상 상황을 나타내는 것을 의미한다. 따라서, 단순히 PV 시스템으로도 지칭될 수 있는 광전지 시스템(4)은 많은 양의 전력(PPV)을 생성하여, 전기 공급 네트워크(2)로 전달된다. 화살표 및 더 설명되는 다른 화살표들의 두께는 또한 각각 전력 레벨을 적어도 설명해야 한다. 따라서, 많은 양의 PV 전력(PPV)이 전기 공급 네트워크로 공급되며, 이 많은 양의 PV 전력은 전기 공급 네트워크(2)의 상이한 영역으로 흐르는 전력 부분(P1 및 P2)으로 분할된다. 이것은 PV 시스템(4)에 의해 생성된 이 전력(PPV)이 일반적으로 전기 공급 네트워크(2)에 제공된다는 것을 명확히 하기 위해 단지 예시하기 위한 것이다.
또한 전력 부분(P3)은 얇은 화살표로 표시되어 있고, 따라서 공급된 PV 전력(PPV)의 적은 부분만을 차지해야 한다. 이러한 추가의 전력 부분(P3)은 풍력 발전 지역(6)에 제공될 수 있다. 이는 또한 단지 예시적인 것일 뿐이며, 이러한 전력 부분(P3)은 PV 시스템(4)으로부터 직접 나오지 않아도 된다는 점에 유의해야 한다. 오히려 풍력 발전 지역(6)이 PV 시스템에 의해 공급되는 전력(PPV)보다 현저히 더 낮은 전력 부분(P3)을 얻는 것이 문제이다. 따라서, 전력 부분(P3)은 적어도 수학적으로 총 공급된 PV 전력(PPV)의 일 부분일 수 있다.
도 3의 이러한 도시에서, 따라서, 풍력 발전 지역(6)은 도시된 상황에서 바람으로부터 전력을 생성할 수 없다고 가정된다. 이에 따라, 전력 부분(P3)은 로터(18)를 회전(20)시키기 위해 사용된다. 로터(18)는 도 1에 따른 로터(106)에 대응할 수 있다. 회전(20)은 도 3에서 대응하는 화살표로 표시된다.
따라서, 풍력 발전 지역(6)의 로터(18)는 회전되고, 이러한 회전 운동으로 유지된다. 이를 위해 전력 부분(P3)을 사용할 수 있다. 풍력 발전 지역(6)의 풍력 터빈(7) 및 이에 따라 결과적으로 또한 풍력 발전 지역(6)은 그 자체로 따라서 지원 모드에 있다. 바람이 없는 도 3의 도시된 상황에서, 정상 모드는 풍력 터빈이 스위칭 아웃되거나 또는 기껏해야 대기 작동으로 유지되는 것이다.
이들 로터(18)가 각각 회전(20)됨으로써, 각각의 풍력 터빈(7)은 각각의 로터(18)의 회전 에너지의 형태로 운동 에너지를 갖는다. 따라서, 풍력 발전 지역(6)은 많은 양의 총 회전 에너지를 갖는다. 순수하게 예방적으로 언급하고자 하는 것은, 풍력 발전 지역(6)에서 단지 4 개의 풍력 터빈(7)이 개략적으로 도시되어 있지만, 그러나 예를 들어 20 개 초과, 50 개 초과 또는 심지어 100 개 초과의 풍력 터빈(7)과 같이, 현저하게 더 많은 풍력 터빈이 풍력 발전 지역에 존재할 수 있으며, 설명된 바와 같이 작동될 수 있다는 것이다.
이러한 존재하는 회전 에너지는 필요한 경우 전기 공급 네트워크(2)를 지원하기 위해 순시 예비 전력(PM)으로서 공급될 수 있다. 이를 위해 예시적으로 넓은 화살표가 점선으로 도시되어 있다. 따라서, 이러한 순시 예비 전력(PM)이 필요하다면 공급될 수 있지만, 그러나 이것은 지속적으로 공급되는 것이 아니라, 전기 공급 네트워크(2)의 대응하는 지원이 필요한 짧은 순간에만 공급될 수 있다는 것이 예시되어야 한다. 그러나, 이 경우 큰 지원 전력(PM)이 또한 공급될 수도 있다.
그러한 지원 전력(PM)의 이러한 공급은 예를 들어 이 경우 산업 소비 장치(10)가 전력 공급 장치(2)에 연결될 때 또는 도시(8)에서 갑자기 많은 전력이 소비될 때 요구될 수 있다.
도 3은 즉 바람이 전혀 없는 특정 상황에 대한 일 유형의 지원 모드를 도시한다. 그러나 예를 들어 풍력 발전 지역(6)을 통해 전기 공급 네트워크(2)로 적어도 대체로 일부 전력을 공급하기에 충분한 바람이 존재하는 것과 같은 다른 변형예도 또한 고려된다. 일 변형예에 따르면, 풍력 발전 지역(6) 및 그에 따른 풍력 터빈(7)은 특히 로터(18)의 회전 속도가 지배적인 바람에 대해 최적 값을 갖는 최적 작동 포인트에서 작동된다. 지원 모드의 선택을 위해 이 작동 포인트는 유지될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 더 높은 값의 순시 예비 전력(PM)이 제공된다. 이는 순시 예비 전력(PM)의 주파수 변화에 따른 공급의 경우 정상 모드와 다른 의존성이 기초가 된다는 것을 의미할 수 있다.
이러한 상황이 도 4에 예시적으로 도시되어 있다. 도 4의 다이어그램에서, 순시 예비 전력(PM)은 2 개의 경우에 대해 주파수 변화(df/dt)의 함수로서 도시된다. 순시 예비 전력(PM)은 공급될 최대 순시 예비 전력(PMmax)으로 정규화되며, 이는 양 작동 모드에 대해 동일하다. 전기 공급 네트워크의 주파수 변화(df/dt)도 정규화되는데, 즉 최대 df/dt로 정규화된다. 또한, -df/dt가 도시되어 있다. 따라서, 도 4의 다이어그램은 기본적으로 주파수 변화(df/dt)의 음의 값을 나타낸다. 따라서 정규화된 가로 좌표는 0으로부터 -1까지의 범위이다.
예시적으로, 순시 예비 전력(PM)에 대한 2 개의 의존성 함수가 도시되어 있는데, 즉 지원 모드에 대한 순시 예비 전력(PMS) 및 정상 모드에 대한 순시 예비 전력(PMN)이 도시되어 있다.
이 예시적인 예에서, 지원 모드에 대한 순시 예비 전력(PMS)의 기울기는 정상 모드에 대한 순시 예비 전력(PMN)의 기울기의 2 배이다. 추가적으로 또한 지원 모드에서 순시 예비 전력(PMS)은 순시 예비 전력(PMN)에 대한 것보다 더 일찍, 즉 더 작은 양의 주파수 변화(df/dt)에서 인출되며, 이는 여기서는 예시적으로 주파수 변화(df/dt)의 2 배부터 인출된다.
순시 예비 전력(PM)이 초기 한계값을 초과하는 주파수 변화에 따른 함수로서 이해되는 한, 지원 모드의 순시 예비 전력(PMS)은 각각 정상 모드의 순시 예비 전력(PMN)의 값의 2 배를 제공한다. 예를 들어 지원 모드의 순시 예비 전력(PMS)은 0.4의 정규화된 주파수 변화에서, 즉 그 시작 값보다 0.2가 큰 경우, 0.4보다 약간 큰 정규화된 전력 값을 가지며, 한편 정상 모드의 순시 예비 전력(PMN)은 0,6의 정규화된 주파수 변화값에서, 즉 그 시작 값보다 0.2가 큰 경우, 약 0.2의 정규화된 전력 값을 갖고, 이에 따라 지원 모드의 순시 예비 전력(PMS)의 상응하는 값의 절반이다.
또한, 이것은 단지 설명을 위한 예이며, 예를 들어 또한 정상 모드와 지원 모드의 두 시작 값이 동일하고 그리고/또는 0인 것으로 고려될 수도 있다.
따라서, 재생 에너지에 의한 전류 발생의 경우 커버리지 비율이 높으면 상황에 따라 변환기 기반 발전 시스템에 의한 순시 예비량 공급의 필요성이 존재할 수도 있다는 것이 인식된다. 이 경우, PV 시스템은 추가적인 저장 장치를 집적함에 의해서만 순시 예비량을 구현할 수 있다는 것이 인식되었다. 이를 위해 이제, 바람이 불이 날지만, 그러나 태양 복사로 인해 일정 비율의 PV-전류가 공급되는 경우, 풍력 터빈을 또한 순시 예비량 공급을 위해 사용하는 것을 제안한다. 이에 대한 하나의 제안은 풍력 터빈을 모터식으로 회전 속도를 올려, 순시 예비량 필요성이 있는 경우 로터 에너지 또는 회전 에너지로부터 네트워크를 지원하는 것이다. 여기서는 또한, PV에 의해 전기 수요의 높은 커버리지가 이루어지는 경우 적어도 통계적으로는 대체로 거의 풍력 에너지가 공급되지 않고 그로 인해 풍력 터빈 변환기의 용량이 거의 활용되지 않는다는 인식을 기반으로 한다. 그러나, 이미 위에서 설명한 바와 같이, 실현 가능성에는 다른 가능성도 존재한다.
제안된 발명에 의해서는, 또한 재생 가능 에너지 소스의 네트워크 통합이 대체로 가능한 한 개선되어야 한다. 원칙적으로 순시 예비량 공급이 네트워크에서 언제든지 요구될 수 있기 때문에, 하나의 아이디어는 풍력 터빈을 이용하여 이를 구현하는 것이다. 이 경우 풍력 터빈은 일반적으로 순시 예비량 공급에 매우 양호하게 적합하다는 것이 인식되었는데, 왜냐하면 로터 질량, 특히 설치된 동력에 대한 각 로터의 질량 관성 모멘트가 매우 높기 때문이다.
따라서 일반적으로 그리고 특히 풍력 터빈 및 광전지 시스템에 대해 재생 가능한 에너지의 네트워크 통합의 개선이 달성될 수 있으며, 따라서 재생 가능 에너지 소스에 의한 전기 생성에서 높은 커버리지 비율이 달성될 수 있다. 또한 종래의 발전소는 풍력 터빈에 기반하는 발전소로 대체될 수 있다. 또한, 네트워크 지원의 부재로 인해 설정될 수 있거나 또는 이미 존재하는 재생 가능한 에너지 소스의 병합에 대한 네트워크 기술적 한계를 회피하거나 또는 적어도 증가시킬 수 있다. 원칙적으로 또한 제안된 해결 방안을 통해 완전히 변환기로 공급되는 네트워크를 가능하게 하는 것이 달성될 수 있거나 또는 적어도 더 양호하게 달성될 수 있다.
해결 방안으로서 특히 또한 로터의 운동 에너지에 의해 순시 예비량을 공급하기 위해 풍력 터빈의 모터 작동 또는 트런들 작동이 제안된다. 본 발명의 중요한 장점은 회전하는 위상 시프터를 회피하는 것 또는 순시 예비량을 공급하기 위해 광전지 시스템(PV 시스템)에 저장 장치를 설치하는 것을 회피하는 것이다. 따라서 일반적으로 재생 가능 에너지의 네트워크 통합을 위한 비용이 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 제안된 해결 방안은 또한 풍력 터빈의 운영자에게 추가적인 시스템 서비스를 제공할 수 있는 가능성도 제공할 수 있다. 이러한 기능성은 특히 시스템 또는 발전 지역 제어 장치에 구현되어야 한다.

Claims (18)

  1. 전기 공급 네트워크(2)로 공급하기 위해 바람으로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 적어도 하나의 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 블레이드 각도가 조정될 수 있는 로터 블레이드를 갖는 공기 역학적 로터(18)를 포함하고,
    - 상기 로터(18)는 가변 로터 회전 속도로 작동 가능하고,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 발전기 전력을 생성하기 위해, 상기 공기 역학적 로터(18)와 결합된 발전기를 포함하고,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 상기 전기 공급 네트워크(2)로 정격 전력까지 가용 바람 전력을 공급하는 정상 모드에서 작동되고, 상기 가용 바람 전력은 바람 및 상기 풍력 터빈(7)의 기술적 한계에 따라 상기 바람으로부터 얻어져 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급될 수 있는 전력을 나타내며,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 동일한 전기 공급 네트워크(2)로 전력을 공급하는 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라 정상 모드로부터 지원 모드로 변경되는 것인, 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈(7)은 상기 정상 모드보다 상기 지원 모드에서 더 많은 순시 예비량(instanteous reserve)을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 공급 네트워크(2)에서 검출된 네트워크 주파수(f)의 주파수 변화(df/dt)에 따라 순시 예비 전력(PM)이 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급되고, 상기 정상 모드와 상기 지원 모드 사이에 상기 주파수 변화(df/dt)에 대한 상기 순시 예비 전력(PM)의 상이한 의존성이 제공되어, 동일한 주파수 변화(df/dt)에서, 상기 지원 모드에서의 상기 순시 예비 전력(PM)의 양은 상기 정상 모드보다 크고, 특히 상기 순시 예비 전력(PM)은 공식 PM = k*df/dt에 의해 계산되며, k는 의존성 계수이고, 상기 양은 상기 정상 모드보다 상기 지원 모드에서 더 큰 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 공급 네트워크(2)를 지원하기 위해, 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급되도록 인출될 수 있거나 또는 네트워크 거동에 따라 공급될 수 있는 지원 전력, 특히 순시 예비 전력이 제공되고, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)은 상기 정상 모드보다 상기 지원 모드에서 더 높은 지원 전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈(7)은 상기 정상 모드보다 상기 지원 모드에서 적어도 일시적으로 더 적은 전력을 상기 전기 공급 네트워크(2)에 공급하거나, 또는 상기 전기 공급 네트워크(2)로부터 전력을 취출(draw)하여, 이를 통해 증가된 순시 예비량을 제공하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈(7)의 상기 지원 모드는
    - 상기 풍력 터빈(7)의 상기 로터(18)가 전력을 생성하지 않고 바람을 통해 구동됨으로써 회전하는 트런들 작동(trundle operation),
    - 전력이 공급되지 않거나 또는 적은 전력만이 공급되는, 상기 풍력 터빈(7)의 상기 로터(18)가 보다 높은 회전 속도로 회전하는 보다 높은 회전 속도 작동
    - 상기 회전 속도가 전력 공급 없이 최대 회전 속도까지 증가되는 제로 전력 작동 및
    - 상기 풍력 터빈(7)의 상기 로터(18)가, 현재 상기 솔라 시스템으로부터 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급되는 솔라 전력을 초과하지 않는, 상기 전기 공급 네트워크(2)로부터의 전력(PPV)에 의해 구동되는 모터 작동
    을 포함하는 리스트(list)로부터 선택되는 적어도 하나의 작동을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 지원 모드로의 상기 변경은 지배적인(prevailing) 풍속에 의존하고, 추가적으로 또는 대안적으로
    - 상기 지원 모드의 적어도 하나의 특성은 상기 지배적인 풍속에 의존하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 지원 모드로의 상기 변경 및 추가적으로 또는 대안적으로
    - 상기 지원 모드의 적어도 하나의 특성은
    - 네트워크 주파수,
    - 네트워크 주파수 변화,
    - 네트워크 주파수 변화 그라디언트(gradient),
    - 네트워크 전압,
    - 네트워크 전압 변화,
    - 네트워크 상태를 나타내는 외부 네트워크 상태 신호,
    - 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급된 총 전력에 대한, 주파수 변환기에 의해 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급된 전력의 비를 나타내는 주파수 변환기 비율, 및
    - 순시 예비량을 요청하기 위해 네트워크 운영자에 의해 전송되는 요청 신호
    를 포함하는 리스트로부터 선택되는, 상기 전기 공급 네트워크(2)의 적어도 하나의 네트워크 상태 또는 이에 대한 대표적(represent)인 변수에 의존하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 솔라 시스템이 정격 전력의 적어도 하나의 사전 설정 가능한 최소 비율, 특히 정격 전력의 50 %를 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급하고, 그리고
    - 순시 예비량의 필요성이 검출될 때,
    상기 풍력 터빈(7)은 상기 지원 모드로 변경되고 상기 정상 모드에 비해 그 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 솔라 시스템이 정격 전력의 적어도 하나의 사전 설정 가능한 최소 비율, 특히 정격 전력의 적어도 50 %를 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급하고, 그리고
    - 지배적인 바람이 너무 약해서, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)이 최대한으로 정격 전력의 사전 설정 가능한 최대 비율, 특히 최대한으로 정격 전력의 50 %를 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급할 수 있는 한,
    상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)은, 상기 정상 모드에 비해 증가된 로터 회전 속도에 의해 상기 지원 모드에서 지속적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상대 순시 예비량의 필요성이 검출되고, 상기 상대 순시 예비량은 기준 전력에 대해 추가적으로 공급 가능한 전력을 나타내며,
    - 상기 상대 순시 예비량의 상기 검출된 필요성 및 상기 솔라 시스템을 나타내는 솔라 기준 전력에 기초하여, 상기 솔라 시스템에 의해 유지되거나 또는 제공되는 순시 예비량을 나타내는 전력으로서 솔라 순시 예비량이 결정되고,
    - 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)은 상기 결정된 솔라 순시 예비량을 제공할 수 있도록 지원 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    - 상기 상대 순시 예비량은 현재 상기 전기 공급 네트워크(2) 또는 관련 네트워크 섹션으로 공급되는 전력에 대해 추가적으로 공급 가능한 전력을 나타내고, 그리고/또는
    - 상기 솔라 기준 전력은 현재 상기 솔라 시스템에 의해 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급되는 솔라 전력을 나타내고, 그리고/또는
    - 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)은, 상기 정상 모드에 비해 증가된 회전 속도를 포함하여 이를 통해 상기 솔라 시스템에 대해 상기 솔라 순시 예비량을 제공하도록 상기 지원 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    - 상기 솔라 순시 예비량은 현재 공급된 솔라 전력과 상기 상대 순시 예비량의 곱으로서 형성되고, 선택적으로
    - 특히 상기 솔라 순시 예비량과 양의 값의 가중 계수의 곱에 의해 가중 함수가 고려되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라 시스템에 대해, 또는 적어도 하나의 솔라 시스템 및 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)을 포함하는 혼합 시스템에 대해,
    - 현재 공급된 솔라 전력,
    - 상기 정상 모드에서 현재 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)을 통해 공급되는 바람 전력 및
    - 상기 전기 공급 네트워크(2)의 네트워크 상태 또는 이에 대한 대표적인 변수
    에 따라,
    - 상기 풍력 터빈(7)이 대응하는 지원 모드에서 작동될 때, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈(7)이 상기 적어도 하나의 솔라 시스템의 지원을 통해 얼마나 많은 순시 예비량을 유지할 수 있는지를 나타내는 제공 가능한 솔라 순시 예비량이 계산되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7)을 제어하기 위한 방법.
  15. 전기 공급 네트워크(2)로 공급하기 위해 바람으로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 풍력 터빈(7)에 있어서,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 블레이드 각도가 조정될 수 있는 로터 블레이드를 갖는 공기 역학적 로터(18)를 포함하고,
    - 상기 로터(18)는 가변 로터 회전 속도로 작동 가능하고,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 발전기 전력을 생성하기 위해, 상기 공기 역학적 로터(18)와 결합된 발전기를 포함하고,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 상기 전기 공급 네트워크(2)로 정격 전력까지 가용 바람 전력을 공급하는 정상 모드에서 작동되고, 상기 가용 바람 전력은 바람 및 상기 풍력 터빈(7)의 기술적 한계에 따라 상기 바람으로부터 얻어져 상기 전기 공급 네트워크(2)로 공급될 수 있는 전력을 나타내며,
    - 상기 풍력 터빈(7)은 동일한 네트워크로 전력을 공급하는 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라 정상 모드로부터 지원 모드로 변경되는 것인, 풍력 터빈(7).
  16. 제 15 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 준비되고, 특히 상기 방법이 구현되는 프로세스 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈(7).
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 따른 적어도 2 개의 풍력 터빈(7)을 갖는 풍력 발전 지역(6)에 있어서,
    상기 풍력 터빈(7)은 공통 네트워크 연결 포인트를 통해 전기 공급 네트워크(2)로 전력을 공급하는 것인, 풍력 발전 지역(6).
  18. 제 17 항에 따른 적어도 하나의 풍력 발전 지역(6) 및 적어도 하나의 솔라 시스템을 갖는 풍력 발전 시스템에 있어서,
    상기 적어도 하나의 솔라 시스템은 동일한 전기 공급 네트워크(2)로 바람직하게는 다른 네트워크 연결 포인트를 통해 전력을 공급하고, 풍력 터빈(7)이 제공되고, 상기 풍력 터빈(7)은 상기 적어도 하나의 솔라 시스템의 작동 상황에 따라 각각의 경우에 정상 모드로부터 지원 모드로 변경되는 것인, 풍력 발전 시스템.
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