KR20200014901A - 풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법 - Google Patents

풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법 Download PDF

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요하네스 브롬바흐
잉고 마켄젠
카이 부스커
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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 풍력 발전 단지와 전기 공급 그리드 간에 전력을 교환하기 위해, 풍력 발전 설비(100) 또는 복수의 풍력 발전 설비(100)를 포함하는 풍력 발전 단지(112)를 작동하기 위한 방법에 관한 것으로서, 각각의 풍력 발전 설비(100)는 하나 이상의 공급 장치(808, 810)를 포함하고, 풍력 발전 설비(100) 또는 풍력 발전 단지(112)는 그리드 연결 지점(118)을 통해 전기 공급 그리드(120)에 연결되고, 그리드 연결 지점(118)을 통해 전력이 교환되고, 공급 장치들(808, 810) 중 하나 이상은 전압 임프레싱(impressing) 유닛(808)으로서 동작하고, 공급 장치들(808, 810) 중 하나 이상은 전류 임프레싱 유닛(810)으로서 동작하고, 특히, 전압 임프레싱 유닛(808) 및 전류 임프레싱 유닛(810)은 전기 공급 그리드(120)의 방해받지 않는 작동에서도 또한 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 것이 제공된다.

Description

풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법
본 발명은 풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 대응하는 풍력 발전 단지에 관한 것이다.
풍력 발전 단지는 기본적으로 공지되어 있고, 복수의 풍력 발전 설비를 포함한다. 이 경우, 풍력 발전 단지의 풍력 발전 설비들은 공동으로, 특히 공동 그리드 연결 지점을 통해, 전기 공급 그리드로 전력을 공급한다.
전기 공급 그리드에서 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지와 같은 분산된 공급 유닛의 도미넌스가 증가함에 따라, 풍력 발전 단지가 또한 전기 공급 그리드를 제어하도록 기여하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 또한, 이러한 방법은 이미 공지되어 있고, 예를 들어 풍력 발전 단지는 주파수에 따라, 이에 대응하여 더 많거나 또는 더 적은 무효 전력을 공급한다. 또한, 전력 공급의 감소 또는 공급된 유효 전력의 단기적 증가도 또한 풍력 발전 단지를 통한 전기 공급 그리드의 제어 또는 지원으로서 고려된다.
그러나, 분산된, 특히 컨버터 제어되는 공급 장치의 높은 비율을 통해, 전기 공급 그리드의 거동도 또한 그 유형이 변경된다. 이 경우, 주파수에 의존하는 전력 변경과 같은 공지된 지원 방법은 때때로 더 이상 적합하지 않을 수 있는데, 왜냐하면 전기 공급 그리드가 이러한 설명된 변경을 통해, 가능하게는 기본적으로 다르게 반응하기 때문이다.
변경된 그리드 거동에 대해서는, 기본적으로 상이한 조절기 간의 스위칭에 의해, 반응될 수 있다. 이에 대해, 공개 공보 DE 10 2013 207 264 A1호는 조절기 스위칭을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 조절기 스위칭에 의해 각각의 그리드 변경 또는 또한 변경된 그리드 요구 사항이 해결될 수 있는지의 여부가 문제가 된다.
독일 특허 및 상표청은 본 발명에 대한 우선권 출원에서 다음과 같은 기술들을 조사하였다: DE 10 2006 050 077 A1호, DE 10 2014 214 151 A1호 그리고 브라운슈바이크 기술 대학, 고전압 기술 및 전기 에너지 설비 협회의 2016 연간 보고서 - 엘레니아, 54-56쪽.
따라서, 본 발명의 과제는 상기 언급된 문제점들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히, 상이한 그리드 요구 사항이 또한 가능한 한 양호하게 처리될 수 있는 해결 방안이 제안되어야 한다. 적어도 지금까지 공지된 방법에 대해 대안적인 해결 방안이 제안되어야 한다.
본 발명에 따르면, 청구항 제1항에 따른 방법이 제안된다. 따라서, 이러한 방법은 풍력 발전 단지와 전기 공급 그리드 간에 전력을 교환하기 위해, 풍력 발전 설비 또는 복수의 풍력 발전 설비를 포함하는 풍력 발전 단지를 작동하기 위해 제공된다. 특히, 풍력 발전 단지의 전기 공급 그리드로의 공급을 제어하기 위한 것인데, 그러나 특히, 특수한 그리드 지원이 있는 경우, 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지가 전기 공급 그리드로부터 전력을 추출하는 것도 또한 고려된다. 이와 관련하여, 본 방법은 일반적으로 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지와 전기 공급 그리드 간에 전력을 교환하기 위한, 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 작동에 관한 것이다.
본 방법은 각각의 풍력 발전 설비가 하나 이상의 공급 장치를 포함하는 것을 가정한다. 특히, 풍력 발전 설비마다 적어도 하나의 컨버터 또는 인버터가 제공될 수 있다. 바람직하게는 보다 높은 전력을 구현하기 위해, 복수의 컨버터 또는 인버터가 병렬로 접속된다. 이 경우, 풍력 발전 설비는 복수의 공급 장치를 갖는다. 본 방법이 단지 풍력 발전 설비의 작동에만 관련되는 경우에는, 풍력 발전 설비는 복수의 공급 장치를 갖지만, 그러나 또한 풍력 발전 단지를 작동하기 위해, 바람직하게는 복수의 공급 장치가 각각의 풍력 발전 설비에 제공된다. 컨버터와 인버터의 구별은 여기서 단지 보조적인 중요성을 가지며, 컨버터에 대한 각각의 설명은 인버터에 대한 설명으로도 또한 이해되며, 약간 다르게 설명되거나 또는 약간 다르게 개시되어 있지 않는 한, 그 반대도 마찬가지이다. 풍력 발전 단지의 특성에 관한 것이 아닌 한, 이하에서 설명되는 풍력 발전 단지에 대한 어떠한 설명도 또한 개별 풍력 발전 설비에 유사하게 적용될 수 있다.
또한, 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지는 그리드 연결 지점을 통해 전기 공급 그리드에 연결되고, 그리드 연결 지점을 통해 전력이 교환되는 것이 가정된다. 즉, 풍력 발전 단지의 풍력 발전 설비는 공동 그리드 연결 지점을 공유한다. 그러나, 기본적으로 본 방법은 복수의 풍력 발전 단지를 제어하는데 적합하며, 이 경우 각각의 풍력 발전 단지는 자체의 그리드 연결 지점을 가질 수 있다.
공급 장치들 중 하나 이상이 전압 임프레싱(impressing) 유닛으로서 동작하는 것이 제안된다. 따라서, 이러한 공급 장치는 전기 공급 그리드와 전압 임프레싱 방식으로 전력을 교환하는데, 특히 전압 임프레싱 방식으로 이러한 전력을 전기 공급 그리드로 공급한다. 또한, 공급 장치들 중 하나 이상이 전류 임프레싱 유닛으로서 동작하는 것이 제안된다. 따라서, 이러한 공급 장치는 전기 공급 그리드와 전류 임프레싱 방식으로 전력을 교환하는데, 특히 전류 임프레싱 방식으로 이러한 전력을 전기 공급 그리드로 공급한다.
즉, 풍력 발전 단지는 공급을 위해 하나 이상의 전압 임프레싱 유닛 및 하나 이상의 전류 임프레싱 유닛을 포함하는 것이 제안된다. 즉, 한편으로는 전압 임프레싱 방식의 그리고 다른 한편으로는 전류 임프레싱 방식의 이러한 공급 유닛은 기본적으로 다르게 동작할 수 있다. 전압 임프레싱 유닛으로서 동작한다는 것은, 특히 사전 설정된 전압을 임프레싱하는 것을 의미한다. 간단히 말해서, 그곳에 전압이 피드백되고, 이와 관련하여 제어 변수를 형성하고, 이에 대응하여 전압 임프레싱 유닛은 이러한 전압을 조정하는 것, 즉 설정하는 것을 시도한다.
이와 반대로, 전류 임프레싱 유닛으로서 동작한다는 것은, 전류를 조절하는 것을 의미한다. 즉, 여기서 특히 전류가 출력되어 측정되고, 실제값으로서의 이러한 측정값은 설정값과 비교되어, 설정값과 실제값 간의 차이에 따라 그에 대응하게 조절된다.
따라서, 일부 유닛은 전압 임프레싱 방식으로 동작하고, 다른 유닛은 전류 임프레싱 방식으로 동작한다. 바람직하게는, 동일한 유닛들은 그들의 하드웨어 측면에서는 동일하지만, 그러나 선택적으로 특히 대응하는 구동을 통해 전류 임프레싱 방식으로 또는 전압 임프레싱 방식으로 동작할 수 있는 것이 제안된다. 그러나, 처음부터 전압 임프레싱 유닛 및 전류 임프레싱 유닛이 제공되는데, 즉 이들은 자체의 하드웨어에서 또는 자체의 구조에서 구별되지만, 그러나 필요에 따라 구동될 수 있거나 또는 사용될 수 있는 것으로 또한 고려된다. 이러한 경우, 전기 공급 그리드와의 전력의 교환을 제어하기 위해, 전압 임프레싱 유닛뿐만 아니라, 전류 임프레싱 유닛도 또한 구동되는 것이 여기서 제안된다.
일부 유닛은 전압 임프레싱 방식으로 동작하고, 다른 유닛은 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 이러한 조합된 작동에 의해, 전기 공급 그리드에 대한 기본적으로 변경된 요구 사항도 또한 고려될 수 있다. 특히, 예를 들어 토폴로지로 인해 자체의 전압을 자체적으로 양호하게 유지할 수 없는 전기 공급 그리드는, 전압 임프레싱 방식의 공급에 의해 또는 전압 임프레싱 방식의 전력 교환에 의해 지원될 수 있다.
일부 유닛의 전류 임프레싱 작동을 통해, 대응하는 공급 전류 및 이에 따른 전력이 특히 안정적으로 전기 공급 그리드로 공급될 수 있다. 그러나, 이는 공급 전류 또는 전력이 특히 짧은 기간 동안 그리드로부터 추출되는 것도 또한 포함할 수 있다.
그러나, 기본적으로 전압 임프레싱 작동 및 전류 임프레싱 작동을 통해, 특수한 조절 작업이 분배될 수 있고, 이에 대해 전압 임프레싱 작동 및 전류 임프레싱 작동이 상이하고 양호하게 적합해진다. 이에 대해, 이하에서도 또한 예시가 제공된다.
전압 임프레싱 유닛 및 전류 임프레싱 유닛은 특히, 전기 공급 그리드의 방해받지 않는 작동에서도 또한 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 것이 제공된다. 방해받지 않은 작동은 정상 작동으로도 또한 지칭될 수 있다. 따라서, 방해받지 않은 작동은 방해가 없는 작동인데, 여기서 방해로서는 그리드 중단, 전기 공급 그리드에서의 단락 및 특히 전기 공급 그리드 또는 그리드 섹션의 그리드 리빌딩 또는 블랙 스타트와 같은 심각한 방해가 지칭된다. 따라서, 풍력 발전 단지에서의 전압 임프레싱 유닛 및 전류 임프레싱 유닛의 사용은 일반적으로 제안되고, 특정 모드에 제한되도록 의도되지 않으며, 특히 특정 블랙 스타트 모드에 제한되지 않고, 정상 작동 모드를 위해 명시적으로 제공되도록 의도된다. 이와 관련하여, 방해받지 않는 작동 또는 정상 작동은 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지가 바람으로부터 전력을 생성하도록, 그리고 바람으로부터 전력이 생성될 수 있는 레벨에서 이러한 전력을 전기 공급 그리드로 공급하도록 작동하는 작동 모드이다. 이러한 정상 작동은 특수한 지원 작동에 의해 중단될 수 있는데, 이에 대해 전압 임프레싱 유닛과 전류 임프레싱 유닛의 조합도 또한 유용하다. 그러나, 전압 임프레싱 유닛 및 전류 임프레싱 유닛은 특수 작동 모드를 위해서만 스위칭 온되는 것은 아니고, 정상 작동에서 이미 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 작동 가능하다.
바람직하게는, 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 작동을 위해, 동시에 전압 임프레싱 유닛은 전기 공급 그리드와 전압 임프레싱 방식으로 전력을 교환하고, 전류 임프레싱 유닛은 전기 공급 그리드와 전류 임프레싱 방식으로 전력을 교환하는 것이 제안된다. 따라서, 전기 공급 그리드와 전압 임프레싱 방식 및 전류 임프레싱 방식으로 전력을 교환하는 것은 동시에 수행될 수 있다. 즉, 두 유형 중에서 선택되지는 않고, 서로 보완된다. 적용의 경우에 따라, 특히 전기 공급 그리드의 상황에 따라, 전압 임프레싱 방식으로 동작하고 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 비율이 변경될 수 있는 것이 또한 고려된다.
어떤 경우에든, 전류 임프레싱 유닛은 전류 임프레싱 작동 시, 전기 공급 그리드로 공급될 공급 전류를 각각 제어한다. 여기서, 전기 공급 그리드로부터 전력이 추출되는 경우에, 공급 전류로 또한 언급된다. 이러한 경우, 공급 전류는 음수일 수 있거나 또는 그 위상각은 전기 공급 그리드로부터 전력이 추출되도록 선택될 수 있다.
전압 임프레싱 유닛은 전압 임프레싱 작동 시, 전기 공급 그리드로 공급하기 위한 공급 전압을 제어한다. 즉, 여기서 공급 전압은 결정적인 목표 변수 또는 조절 변수이다. 즉, 전류 임프레싱 작동 시 공급 전류가 조절되고, 전압 임프레싱 작동 시 공급 전압이 조절된다. 전류 임프레싱 유닛은 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 유닛이고, 전압 임프레싱 유닛은 전압 임프레싱 방식으로 동작하는 유닛이다. 그러나, 이러한 특성이 각각의 유닛에 반드시 고정적으로 할당될 필요는 없고, 경우에 따라서는 제어기의 대응하는 변경에 의해 달성될 수도 있다.
바람직하게는, 전류 임프레싱 유닛은 전류 임프레싱 작동 시, 특히 풍력 발전 단지에서 그리드 연결 지점에 인가되는 공급 전압에 적응되도록 동작한다. 즉, 공급 전류를 제어하고, 이에 대해 공급 전압은 고려되는 경계 조건을 형성한다. 그러나, 어떤 경우에든, 전압 설정값이 사전 설정되었다는 의미에서, 전압값을 의도적으로 조절하도록 시도하지는 않는다. 그러나, 이것은 예를 들어 전압에 따라 전류의 위상각을 설정하는 것과 같이, 상위 조절기를 통해 전압 또는 전압 편차에 대해 반응될 가능성을 남긴다. 이러한 예에서, 위상각의 설정은 전압 레벨에 영향을 주기 위한 목적을 또한 갖는데, 이러한 전압 레벨은 여기서 전류 임프레싱 유닛에 의해 수행되는 조절 또는 공급 방법이지만, 그러나 이러한 설정 전류를 조정하기 위한 것이다.
전압 임프레싱 유닛은 전압 임프레싱 작동 시, 공급 전압을 제어하기 위해 필요로 하거나 또는 공급 전압을 제어함으로써 생성되는 전류를 각각 공급한다. 따라서 전압 임프레싱 작동의 경우, 대응하는 전압 임프레싱 유닛에 대해 설정 전류가 제공되지 않고, 설정 전압이 제공된다. 이러한 전압을 제어 기술적으로 달성하도록 시도되고, 그 결과 공급 전류를 갖는다. 즉, 이를 위해 이러한 공급 전압이 대응하는 설정값 이하로 떨어지거나, 또는 다른 방식으로 설정값을 벗어나면, 각각의 전압 임프레싱 유닛은 전압 임프레싱 작동 시, 이러한 강하에 대응하도록 시도하고, 이에 대응하여 공급 전류가 증가될 수 있다. 또한, 여기서 이러한 공급 전류는 그리드로부터 전력이 추출되도록 이용 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 방법은 전기 공급 그리드에서 과주파수가 발생하는 경우, 풍력 발전 단지로부터 전기 공급 그리드로 공급되는 전력이 감소되는 방식으로 동작한다. 이를 위해, 본 방법은 전압 임프레싱 유닛이 우선 시작 기간에 자체의 공급 전력을 감소하여, 이를 통해 공급된 전력의 감소를 발생시키도록 동작할 수 있다. 전류 임프레싱 유닛과 관련하여, 본 방법은 풍력 발전 단지에서 공급되는 전력의 감소가 정적 값에 도달하는 경우, 전압 임프레싱 유닛에 이어서 자체의 공급 전력을 감소하여, 시작 기간을 뒤따르는 연결 기간에 공급된 전력의 감소를 발생시키도록 동작할 수 있다. 그런 다음, 전압 임프레싱 유닛은 전압 유지를 수행하고, 특히 연결 기간에 풍력 발전 단지로부터 공급된 전력의 감소를 전류 임프레싱 유닛에 맡겨두도록 작동된다. 이를 통해, 전압 임프레싱 유닛은 자체의 전압 임프레싱 작동에 의해 급성 초기 제어 또는 초기 조절을 담당한다.
전기 공급 그리드의 주파수 변경은 우선, 전기 공급 그리드의 전압의 주파수가 변경되는 것을 의미한다. 즉, 전압에 대한 영향이 먼저 인식된다. 따라서, 이러한 주파수 변화로 인한 전압에 대한 영향은 전압 임프레싱 유닛에서 직접 인지할 수 있게 되는데, 왜냐하면 이는 전압을 검출하고, 그들의 설정값을 유지하려고 시도하기 때문이다. 이 경우, 전압 효율값에 대한 것이 아니라, 또는 전압 효율값뿐만 아니라, 특히 순시값에 대한 것이다. 실제 전압의 주파수가 설정 전압의 주파수에 대해 변경되면, 실제 전압과 설정 전압 사이의 위상각도 또한 변경된다. 이로 인해, 각각의 순시값에서 전압 편차가 직접적으로 발생한다. 그러면, 전압 임프레싱 작동 시 동작하는 전압 임프레싱 유닛은 상위 배치된 조절 시스템이 주파수 변화에 따라 변경된 설정값을 결정하기 바로 직전에 반응할 수 있다.
간단히 말해서, 전압 임프레싱 유닛은 주파수 변화에 대해, 직접 연결된 동기식 발전기와 유사하게 반응한다. 어떤 경우에든, 전압 임프레싱 유닛은 전류 임프레싱 유닛보다 동기식 발전기와 더 유사하게 거동된다.
전류 임프레싱 유닛은 특히 감소된 전류 설정값을 가짐으로써, 약간 나중에 전력 감소를 수행할 수 있다. 전류 임프레싱 유닛이 이러한 전력 감소를 수행하자마자, 이것은 또한 주파수 및 전압에 영향을 줄 수 있고, 전압 임프레싱 유닛의 조절 비율은 다시 감소될 수 있다. 이상적인 경우에는, 이를 통해 전력 감소가 전압 임프레싱 유닛을 통해 0으로 감소될 수 있다. 그러나, 종종 이러한 과주파수의 작동은 매우 짧게만 발생하고, 전압 임프레싱 유닛의 거동은 이와 관련하여 관련된 상태로 유지되는 것이 수행될 수 있다. 다시 말해서, 여기서 전압 임프레싱 유닛은 실질적으로 동적 조절을 인식하는 반면, 전류 임프레싱 유닛은 정적인 경우를 담당한다.
일 실시예에 따르면, 전기 공급 그리드에서 과주파수가 발생하는 경우, 전력이 풍력 발전 단지에 의해 전기 공급 그리드로부터 수용되고, 특히 소비되는 것이 제안된다. 따라서, 이러한 실시예는 공급 그리드로부터 전력을 수용하는 것이 또한 제안됨으로써, 과주파수가 발생하는 경우에 단지 전력을 감소시키는 것보다 한 단계 더 나아간다. 이 경우, 전력은 예를 들어 초퍼 시스템에서 소비될 수 있다.
이 경우, 전압 임프레싱 유닛은 적어도 시작 기간에 전기 공급 그리드로부터 전력을 수용하도록 작동되는 것이 제안된다. 따라서, 물론 그리드로부터 전력이 추출되는 경우, 여기서 적어도 초기에 전압 임프레싱 유닛이 이러한 작업을 실질적으로 담당하는 것이 제안된다. 기본적으로, 전압 임프레싱 유닛이 특히 시작 시에 그리고 이에 따라 이러한 과주파수 상황으로의 전환 시에 조절을 담당하는 것이 또한 제안된다. 그러나, 그리드로부터 전력이 심지어 추출되어야 하는 이러한 경우는 종종 단지 짧은 전환 기간 동안에만 존재하기 때문에, 이 경우 전체적으로 이러한 조절은 또한 실질적으로 전압 임프레싱 유닛에 의해 수행된다.
따라서, 전력 수용의 경우에도 물론 전압 임프레싱 유닛이 특히 이러한 작업에 대해 특히 양호하게 적합하다는 것이 인식되었다.
바람직하게는, 풍력 발전 단지는 공급 전압을 전기 공급 그리드로 공급하는 것이 제공된다. 이에 대해, 전기 공급 그리드에서 위상 점프에 대해 검사된다. 그리드 전압에서의 이러한 위상 점프는 그리드 전압에서, 즉 시간의 관점에서 위상 변위를 발생시킨다. 그리드 전압의 절대 위상 위치는 갑작스럽게 변화되므로, 예를 들어 그리드 전압의 영교차는 지금까지의 리듬에 대해 1 밀리 초만큼 변위된다.
이러한 현상은 특히 전기 공급 그리드에 직접적으로 결합된 하나 이상의 동기식 발전기의 거동으로 피드백될 수 있다. 이러한 동기식 발전기는 고정자 전류에 의존하고 극 휠 전압의 위치를 결정하는 극 휠 각도를 포함한다. 따라서 고정자 전류를 변경함으로써, 극 휠의 변화 및 이에 따라 극 휠 전압의 위상 위치가 변경될 수 있다.
이제 이러한 실시예에서, 대응하는 위상 점프에 대해 검사되는 것이 제안된다. 이 경우, 본 방법은 위상 점프가 있는 경우, 전압 임프레싱 유닛은 제1 단계에서 우선 공급 전압의 주파수 및/또는 위상 위치를 유지하기 위해 유효 및/또는 무효 전력을 공급하도록 동작한다. 즉, 전압 임프레싱 유닛은 이러한 위상 점프에 대해 즉시 반응하고, 기본적으로 이에 대해 저항하고자 시도한다. 이를 통해, 우선 위상 점프가 어느 정도 상쇄될 수 있다. 이를 통해, 경우에 따라서는 너무 큰 위상 점프가 또한 방지될 수 있고, 이에 따라 필요한 경우 전기 공급 그리드에 직접 결합된 동기식 발전기의 외부 스테핑 장치가 방지될 수 있다. 특히, 전압 임프레싱 유닛의 이러한 거동은 위상 점프를 야기하는 동기식 발전기를 적어도 약간 안정화시킬 수 있으며, 여기서 또한 복수의 동기식 발전기는 위상 점프를 야기할 수도 있다. 이러한 거동의 경우, 위상 점프에 대한 명확한 검사는 더 필요하지 않은데, 왜냐하면 전압 임프레싱 거동에 의해 이미 고려되었기 때문이다. 그러나, 추가의 단계들 및 이에 따라 제안된 전체적인 개념에 대해, 위상 점프에 대한 검사는 유용하다.
그런 다음, 위상 점프가 검출되면, 제2 단계에서 변경된 그리드 전압의 기준 주파수 및 추가적으로 또는 대안적으로 기준 전압이 추적될 수 있다. 바람직하게는, 여기서 대응하는 기준 주파수를 즉, 특정 신호 형태로 포함하는 단지 하나의 기준 전압이 사전 설정된다. 이러한 기준 주파수 또는 기준 전압의 이러한 사전 설정을 통해, 이제 대응하는 기준값이 의도적으로 사전 설정될 수 있으며, 이는 전기 공급 그리드의 안정성에 유리하다. 여기서 특히, 기준 전압은 위상 점프가 발생하기 이전의 지금까지의 전압 프로파일로부터, 위상 점프가 발생한 이후의 전압 프로파일로의 전환이 점진적으로 발생하여, 전기 공급 그리드에서의 과잉 반응이 방지되도록 사전 설정되는 것이 고려된다. 이 경우, 그리드의 거동은 자체적으로 이러한 위상 점프에 대해 관찰되고, 기준 전압의 사전 설정을 위해 사용되는 것으로 또한 고려된다. 예를 들어 전기 공급 그리드는 그 자체로, 즉 풍력 발전 단지가 아닌 다른 공급 장치 또는 그리드 참여자에 의해 위상 점프에 대해 반응할 수 있으며, 예를 들어 위상을 다시 변경하거나 또는 다르게 변경하거나 또는 주파수를 변경할 수 있다. 이러한 효과는 관찰되고, 특히 측정될 수 있고, 바람직하게는 풍력 발전 단지에서 기준 주파수 또는 기준 전압의 사전 설정을 수행하여, 특히 전기 공급 그리드에서의 공진이 다른 대책으로 인해 처리되는데, 즉 이러한 공진이 방지된다.
이 경우 마지막으로, 전압 임프레싱 유닛이 기준 주파수 또는 기준 전압에 대응하여 공급 전압을 추적하는 것이 제공된다. 따라서, 기준 주파수 또는 기준 전압은 전압 임프레싱 유닛의 조절을 위한 설정값을 형성한다. 특히, 기준 주파수 또는 기준 전압은 전압 임프레싱 유닛을 통한 구현이 양호하게 수행될 수 있도록 또한 사전 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 기준 주파수 또는 기준 전압의 의도된 사전 설정을 통해, 이에 따라, 결과적인 무효 및/또는 유효 전류의 구현이 너무 크지 않도록 방지될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 풍력 발전 단지는 전압 임프레싱 유닛과 전류 임프레싱 유닛의 조합된 제어를 통한 전력 공급을 갖는 전압 임프레싱 작동을 구현하는 것이 제안된다. 이를 위해, 전압 임프레싱 유닛은 실질적으로 전압 임프레싱 및 추가적으로 또는 대안적으로 동적 보상 동작을 수행하고, 전류 임프레싱 유닛은 실질적으로 정적 전력 공급을 수행하는 것이 제안된다.
전압 임프레싱 유닛은 전압 변화 또는 전압 편차에 대해 특히 신속하게 반응하고, 이에 따라 특히 신속한 조절 수단이다. 이것은 조합된 제어의 이러한 작동에서 이용된다. 따라서, 전압 임프레싱 유닛은 전압 임프레싱을 제공할 수 있지만, 그러나 또한 신속한 조절 동작을 개시할 수 있다.
실질적으로 전류 의존적으로 조절하는 전류 임프레싱 유닛은 전압 임프레싱 유닛과 비교하여, 오히려 전기 공급 그리드의 변화에 대해 간접적으로, 특히 전압 변화에 대해 간접적으로 반응한다. 즉, 전류 임프레싱 유닛은 실질적으로 전압 변화의 결과일 수 있는 전류 변화에 대해 반응하고, 예를 들어 상위 배치된 제어 장치에 의해 사전 설정될 수 있는 변화된 설정값에 대해 반응한다. 그러나 이와 함께, 전류 임프레싱 유닛이 비교적 안정적이고 꾸준히 전력을 공급할 수 있는 것이 보장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각각의 공급 장치는 전력 특성값, 특히 공칭 전력을 특징으로 한다. 이를 위해, 풍력 발전 단지는 전압 임프레싱 유닛보다 전류 임프레싱 유닛에서 더 큰 비율을 포함하는 것이 제안된다. 즉, 풍력 발전 단지에서는 전류 임프레싱 유닛이 우세하다. 따라서, 양호하고 안정적인 전력 공급이 달성될 수 있는 반면, 동시에 전압 임프레싱 유닛을 통해 높은 조절 역학이 보장될 수 있다.
바람직하게는, 전압 임프레싱 유닛은 적어도 2% 및 최대 25%, 바람직하게는 최대 15% 및 특히 최대 10%의 비율을 형성한다. 이러한 비율은 모든 공급 장치의 전력 특성값의 합을 나타내는 100% 비율에 대한 것이다. 즉, 전력 특성값에 기초하여 삼분의 일 미만이 풍력 발전 단지의 전압 임프레싱 유닛인 것이 제안된다. 이미 15% 또는 20%의 비율이 위에서 언급된 개념을 보장할 수 있는데, 즉 가능한 한 많은 전류 임프레싱 유닛을 통해 양호하고 안정적인 전력 공급을 달성할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 신속한 조절 목적을 위해 전압 임프레싱 유닛의 여전히 충분한 비율을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 전압 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제1 정역학(statics)을 포함하고, 전류 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함한다. 각각의 정역학은 풍력 발전 단지의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력 사이의 관계, 특히 선형 관계를 각각 설명한다. 각각의 정역학은 또한 대안적으로 풍력 발전 단지의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의 관계를 설명할 수 있다. 이를 위해, 제1 정역학은 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것이 제안된다. 간단히 말해서, 전류 임프레싱 유닛의 정역학은 전압 임프레싱 유닛의 정역학보다 더 가파르다.
특히, 제1 정역학, 즉 전압 임프레싱 유닛의 정역학은 전압 임프레싱 유닛의 출력부 각각에서의 풍력 발전 단지의 전압과, 이러한 전압 임프레싱 유닛을 통해 공급된 무효 전력 사이의 관계를 설명한다. 따라서 이 경우, 전압 임프레싱 유닛은, 특히 풍력 발전 단지의 전압인 전압을 특히 자체의 출력부에서 자체적으로 공급한 무효 전력에 따라 설정한다. 이 경우, 특히 이러한 전압에 대한 설정값은, 즉 공급된 무효 전력에 따라 제1 정역학에 대응하여 설정된다.
이 경우, 제2 정역학, 즉 전류 임프레싱 유닛의 정역학은 풍력 발전 단지의 전압에 의해 공급될 무효 전력의 의존성에 관한 것이다. 여기서, 또한 관련된 전류 임프레싱 유닛의 출력부에서의 전압이 고려되는데, 이 전압은 그러나 여기서는 이제 입력 변수를 형성한다. 그런 다음, 이러한 전압에 의존하여 그리고 제2 정역학에 대응하여, 공급될 무효 전력이 결정되고, 특히 무효 전력 설정값으로서 사전 설정된다. 그런 다음, 각각의 전류 임프레싱 유닛은 이러한 무효 전력 설정값에 따라 가능한 한 무효 전력을 공급한다.
정역학이 주파수와 유효 전력 사이의 관계를 나타내는 경우, 전압 임프레싱 유닛에 대해 제1 정역학에 대응하여 공급된 유효 전력에 따라 주파수 설정값이 사전 설정된다. 전류 임프레싱 유닛의 경우, 제2 정역학에 따라 유효 전력에 대한 설정값이 주파수에 따라 사전 설정된다.
이러한 정역학의 상이한 경사를 통해, 전압 임프레싱 유닛은 우선 신속하고 큰 조절 변수로 조절되는 반면, 전류 임프레싱 유닛은 이와 관련하여 약한 강도를 포함하고, 이를 통해 실질적으로 전압 임프레싱 유닛에 동적 조절을 맡긴다.
일 실시예에 따르면, 전압 임프레싱 유닛은 각각 적어도 하나의 제1 무효 전력 정역학을 포함하는 것이 제안되고, 이들은 풍력 발전 단지에서 전압 임프레싱 유닛을 통해 제공될 전압과, 전압 임프레싱 유닛을 통해 공급된 무효 전력 사이의 관계를 각각 설명한다. 즉, 제1 무효 전력 정역학은 전압 임프레싱 유닛이 공급된 무효 전력에 따라, 풍력 발전 단지에 전압을 어떤 레벨로 각각 제공해야 하는지를 나타낸다.
또한, 전류 임프레싱 유닛은 풍력 발전 단지에서 검출된 전압과, 전류 임프레싱 유닛을 통해 공급될 무효 전력 사이의 관계를 각각 설명하는 적어도 하나의 제2 무효 전력 정역학을 각각 포함하는 것이 제안된다. 즉, 제2 무효 전력 정역학은 전류 임프레싱 유닛이 검출된 전압에 따라, 얼마나 많은 무효 전력을 공급해야 하는지를 나타낸다.
이를 위해, 이제 제1 무효 전력 정역학, 즉 전압 임프레싱 유닛은 제2 무효 전력 정역학, 즉 전류 임프레싱 유닛보다 더 작은 기울기를 포함하는 것이 제안된다. 그러나 이 경우, 제1 정역학은 공급된 무효 전력에 따라, 얼마나 많은 전압이 설정되어야 하는지를 나타낸다. 따라서, 공급된 무효 전력의 이미 낮은 값은 높게 설정될 전압값을 발생시킬 수 있다. 따라서, 이를 위해 전압 임프레싱 유닛 또는 그 조절은 전류 임프레싱 유닛보다 더 우세하다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시예에 따르면, 전압 임프레싱 유닛은 각각 적어도 하나의 제1 유효 전력 정역학을 포함하는 것이 제안된다. 유효 전력 정역학은 각각 풍력 발전 단지에서 전압 임프레싱 유닛을 통해 제공될 주파수와, 전압 임프레싱 유닛을 통해 공급된 유효 전력 사이의 관계를 제공한다. 즉, 제1 유효 전력 정역학은 공급된 유효 전력에 따라, 주파수가 얼마나 높게 선택되어야 하는지를 나타낸다.
이를 위해, 전류 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제2 유효 전력 정역학을 각각 포함하고, 이들은 풍력 발전 단지에서 검출된 주파수와, 전류 임프레싱 유닛을 통해 공급될 유효 전력 사이의 관계를 각각 설명한다. 즉, 제2 유효 전력 정역학은 전류 임프레싱 유닛이 검출된 주파수에 따라, 유효 전력을 어떤 수준으로 공급해야 하는지를 나타낸다.
이제 이를 위해, 제1 유효 전력 정역학은 제2 유효 전력 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것이 제안된다. 즉, 여기서 주파수는 또한 전압 임프레싱 유닛에서 유효 전력에 따라 설정되고, 제1 유효 전력 정역학의 작은 기울기를 통해 대응하는 강한 주파수 편차가 낮은 유효 전력 편차에서 발생된다. 따라서, 여기서 또한 전압 임프레싱 유닛은 각각 신속하고 동적인 조절기이다. 이와 관련하여, 전압 임프레싱 유닛은 여기서 특히 동적 조절 동작을 위해 또한 제공된다.
바람직하게는, 전압 임프레싱 유닛은 제1 무효 전력 정역학을 통해 제어되어, 생성 그리드에서 전압 임프레싱 유닛을 통해 제공될 전압이 전압 임프레싱 유닛을 통해 공급된 무효 전력에 따라 조절되어, 공급된 무효 전력이 0에 가까운 값으로 조절되는 것이 제안된다. 적어도, 가능한 한 작은 정적 제어 편차가 달성되어야 한다. 바람직하게는, 전압 임프레싱 유닛은 신속하게 조절되는 유닛이지만, 그러나 여기서 정적인 경우, 어떤 경우에도 무효 전력에 대해 가능한 한 0에 가까운 값으로 조절을 달성해야 한다. 예를 들어 각각의 공칭 전력에 대해 5%의 범위에서의 작은 제어 편차가 유용할 수 있고, 전류 임프레싱 유닛을 통한 조절을 위한 여지를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 풍력 발전 단지가 또한 제안된다. 이러한 풍력 발전 단지는 그리드 연결 지점을 통해 전기 공급 그리드와 전력을 교환하기 위해 제공되고, 복수의 풍력 발전 설비를 포함한다. 풍력 발전 설비 각각은 하나 이상의 공급 장치를 포함한다. 공급 장치는 컨버터 또는 인버터, 또는 컨버터 또는 인버터의 어레이일 수 있다.
공급 장치들 중 하나 이상은 전압 임프레싱 유닛으로서 동작하고, 전기 공급 그리드와 전압 임프레싱 방식으로 전력을 교환한다. 공급 장치들 중 하나 이상은 전류 임프레싱 유닛으로서 동작하고, 전기 공급 그리드와 전류 임프레싱 방식으로 전력을 교환한다. 즉, 풍력 발전 단지는 전압 임프레싱 및 전류 임프레싱 유닛을 포함하고, 이는 풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법과 관련하여 상기 이미 설명되었던 이점을 달성하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 각각의 공급 장치는 특히 공급 장치의 공칭 전력일 수 있는 전력 특성값을 특징으로 하고, 풍력 발전 단지의 각각의 전력 특성값에 대해, 전압 임프레싱 유닛보다 전류 임프레싱 유닛에서 더 큰 비율을 포함하는 것이 제공된다. 바람직하게는, 풍력 발전 단지는 적어도 2% 및 최대 25%, 바람직하게는 최대 15% 및 특히 최대 10%의 전압 임프레싱 유닛을 포함한다. 이 경우, 이러한 값은 풍력 발전 단지의 모든 공급 장치의 전력 특성값의 합을 나타내는 100% 비율에 대한 것이다. 즉, 전류 임프레싱 유닛이 지배적인 것이 제안된다.
다른 실시예에 따르면, 각각의 풍력 발전 설비 또는 각각의 공급 장치는 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 제어 장치에는 각각 적어도 하나의 정역학이 저장되어 있는 것이 제안된다. 이를 위해, 전압 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제1 정역학을 포함하고, 전류 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함하는 것이 제안된다. 이 경우, 각각의 정역학은 각각 풍력 발전 단지의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력 사이의 관계, 특히 선형 관계를 설명한다. 다른 정역학은 각각 풍력 발전 단지의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의 관계, 특히 선형 관계를 설명한다. 이를 위해, 제1 정역학이 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것이 전체적으로 제안된다. 이를 통해, 전압 임프레싱 유닛과 전류 임프레싱 유닛 간에 조절 도미넌스는 분리될 수 있다. 특히, 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 갖는 제1 정역학은 동적 조절 동작 동안 전압 임프레싱 유닛을 지배하는 것을 발생시킨다.
바람직하게는, 제2 정역학은 제1 정역학에 비해 적어도 2배의 기울기를 포함하고, 특히 제1 정역학에 비해 적어도 3배 및 바람직하게는 적어도 4배의 기울기를 포함한다. 따라서, 제2 정역학이 적어도 2배 가파르고, 바람직하게는 적어도 3배 가파르고, 특히 적어도 4배 가파르게 됨으로써, 전압 임프레싱 유닛은 전류 임프레싱 유닛에 비해 그 조절 특성과 관련하여 상당히 지배적일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 각각의 풍력 발전 설비 또는 각각의 공급 장치는 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 제어 장치에는 각각 적어도 하나의 정역학이 저장되어 있는 것이 제안되고, 여기서 전압 임프레싱 유닛은 각각 하나의 제1 정역학을 포함하고, 전류 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함하여, 각각의 정역학은 풍력 발전 단지의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력 사이의 관계, 특히 선형 관계를 각각 설명하거나, 또는 각각의 정역학은 풍력 발전 단지의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의 관계를 설명하고, 정역학의 2가지 유형에 대해, 제1 정역학은 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함한다. 따라서, 전압 임프레싱 유닛은 신속한 동적 조절을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 설비들 중 적어도 하나에는, 특히 풍력 발전 단지의 모든 풍력 발전 설비에는, 각각 적어도 전압 임프레싱 유닛 및 전류 임프레싱 유닛이 제공된다. 이를 통해, 각각의 풍력 발전 설비는 자체적으로 전류 임프레싱 및 전압 임프레싱 유닛의 조합의 이점을 충족할 수 있다. 또한, 전류 임프레싱 유닛을 통해, 특히 안정적이고 지속적으로 전력이 공급될 수 있고, 이에 따라 각각의 풍력 발전 설비에 전류 임프레싱 유닛을 제공함으로써, 이를 통해 각각의 풍력 발전 설비가 이로부터 생성된 전력을 공급할 수 있도록 달성될 수 있다. 그러나, 동시에 각각의 풍력 발전 설비는 또한 적어도 하나의 전압 임프레싱 유닛을 통해 동적 조절을 달성하도록 준비된다.
또한, 기본적으로 각각의 풍력 발전 설비가 전류 임프레싱 및 전압 임프레싱 유닛의 유리한 비율을 포함함으로써, 풍력 발전 단지는 또한 간단한 방식으로 계획될 수도 있다. 이러한 비율이 각각의 풍력 발전 설비에 대해 동일하게 선택되면, 각각의 풍력 발전 설비에서의 분포는 이와 동시에 풍력 발전 단지에서의 분포에 대응하게 된다. 또한, 이는 풍력 발전 설비가 고장날 때, 풍력 발전 단지의 전류 임프레싱 및 전압 임프레싱 유닛의 분포가 변경되지 않고 유지된다는 이점을 갖는다. 또한, 다른 풍력 발전 설비를 풍력 발전 단지에 보완하는 것은 전압 및 전류 임프레싱 유닛 사이의 분배를 변경시키지 않는데, 이는 이러한 보완된 풍력 발전 설비가 또한 전류 임프레싱 및 전압 임프레싱 유닛을, 특히 풍력 발전 단지에 제공된 바와 같은 비율로 포함하는 경우이다.
그러나, 각각의 풍력 발전 설비가 전류 및 전압 임프레싱 유닛을 포함하지 않고, 단지 일부 그리고 다른 풍력 발전 설비가 단지 전류 임프레싱 유닛만을 포함하는 것도 또한 고려된다. 이를 통해, 바람직하게는 풍력 발전 단지에서의 전압 임프레싱 유닛의 단지 매우 낮은 비율만이 제공되는 것이 허용될 수 있다. 예를 들어 단지 5%의 전압 임프레싱 유닛이 제공되는 경우, 예를 들어 각각 10개의 공급 장치를 포함하는 풍력 발전 설비를 구비하는 풍력 발전 단지에서, 교호식으로 하나의 풍력 발전 설비가 전류 임프레싱 유닛만을 포함하고, 다른 풍력 발전 설비가 각각 하나의 전압 임프레싱 유닛과 9개의 전류 임프레싱 유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 단지는 풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법의 상기 설명된 실시예 중 적어도 하나에 따른 방법을 수행하도록 준비된다. 풍력 발전 단지는 풍력 발전 설비 및/또는 각각의 공급 장치에 대응하는 제어 유닛을 포함함으로써 특히 준비된다. 이러한 제어 장치에서는 대응하는 방법 단계들이 구현될 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 단지는 풍력 발전 설비들 및 특히 풍력 발전 단지를 작동하기 위한 방법을 조정하기 위해, 중앙 제어 유닛을 포함하는 것이 제공된다. 조정은 유리하게는 중앙 제어 유닛이 설정값, 특히 주파수 및 전압 설정값을 전압 임프레싱 유닛에 대해 제공하고, 유효 전력 및 무효 전력 설정값을 전류 임프레싱 유닛에 제공하도록 보일 수 있다. 이러한 설정값을 제공함으로써, 이러한 중앙 제어 유닛을 통해 짧은 반응 시간에 대한 높은 요구 사항 및 그리드 상태에 대한 신속한 반응이 보장되어야 할 필요 없이, 기본적으로 풍력 발전 단지의 조정이 달성될 수 있다. 풍력 발전 단지의 조정을 달성할 수 있지만, 그러나 각각의 풍력 발전 설비 자체에 매우 신속한 조절이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 단지는 이하의 실시예들 중 하나에 따른 적어도 하나의 풍력 발전 설비를 포함한다.
본 발명에 따르면, 그리드 연결 지점을 통해, 전기 공급 그리드와 전력을 교환하기 위한 풍력 발전 설비가 제안되고,
- 복수의 공급 장치를 포함하고,
- 이러한 공급 장치들 중 하나 이상은 전압 임프레싱 유닛으로서 동작하고,
- 이러한 공급 장치들 중 하나 이상은 전류 임프레싱 유닛으로서 동작하고,
- 전압 임프레싱 유닛 및 전류 임프레싱 유닛은 전기 공급 그리드의 방해받지 않는 작동에서도 또한 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 동작한다.
풍력 발전 설비를 작동하기 위한 풍력 발전 단지 및/또는 방법에 대한 상기 설명으로부터 이점이 발생한다. 또한, 이러한 설명은 풍력 발전 설비의 이하의 실시예의 이점에 대해 참조된다.
바람직하게는, 풍력 발전 설비에 있어서,
- 각각의 공급 장치는 전력 특성값, 특히 공칭 전력을 특징으로 하고, 각각의 전력 특성값에 대해,
- 풍력 발전 설비는 전압 임프레싱 유닛보다 전류 임프레싱 유닛에서 더 큰 비율을 포함하고, 바람직하게는,
- 100% 비율인 모든 공급 장치의 전력 특성값의 합에 대해, 전압 임프레싱 유닛은 적어도 2% 및 최대 25%의 비율을 포함하고, 바람직하게는 최대 15%의 비율 및 특히 최대 10%의 비율을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 풍력 발전 설비가 제안되는데, 이는
- 각각의 공급 장치는 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 제어 장치에는 각각 적어도 하나의 정역학이 저장되어 있고,
- 전압 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제1 정역학을 포함하고,
- 전류 임프레싱 유닛은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함하고,
- 각각의 정역학은
- 풍력 발전 설비의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력 사이의, 또는
- 풍력 발전 설비의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의
- 관계, 특히 선형 관계를 각각 설명하고,
- 제1 정역학은 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 풍력 발전 설비는 본 방법의 상기 실시예 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하고, 그리고/또는 상기 실시예에 따른 풍력 발전 단지에서 사용되도록 준비된다.
본 발명은 실시예에 기초하여 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 예시적으로 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 풍력 발전 설비의 사시도를 도시한다.
도 2는 풍력 발전 단지의 개략도를 도시한다.
도 3은 전류 및 전압 임프레싱 유닛 간의 전력 분배를 갖는 풍력 발전 설비의 복수의 전력 캐비닛을 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 풍력 발전 설비의 상이한 정역학을 갖는 다이어그램을 도시한다.
도 5는 풍력 발전 단지 및 도시된 풍력 발전 설비의 제어기의 일부 세부 사항을 개략적으로 도시한다.
도 6은 전류 임프레싱 유닛과 전압 임프레싱 유닛의 상호 작용을 도시한다.
도 1은 타워(102) 및 나셀(104)을 구비한 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 나셀(104) 상에는 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 바람에 의해 회전 운동하고, 이를 통해 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 동일하거나 또는 상이할 수 있는 3개의 풍력 발전 설비(100)를 구비하는 풍력 발전 단지(112)를 예시적으로 도시한다. 따라서, 3개의 풍력 발전 설비(100)는 기본적으로 풍력 발전 단지(112)의 임의의 개수의 풍력 발전 설비를 나타낸다. 풍력 발전 설비(100)는 그들의 전력, 즉 특히 생성된 전류를 전기 발전 단지 그리드(114)를 통해 제공한다. 이 경우, 개별 풍력 발전 설비(100)의 각각 생성된 전류 또는 전력이 합산되고, 대부분 변압기(116)가 제공되는데, 상기 변압기는 일반적으로 PCC로도 또한 지칭되는 공급 지점(118)에서 공급 그리드(120)로 전력을 공급하기 위해 발전 단지 내의 전압을 고-변압한다. 도 2는 물론 제어기가 존재함에도 불구하고, 예를 들어 제어기를 도시하지 않은 풍력 발전 단지(112)의 단지 간략화된 도면이다. 또한, 예를 들어 단지 다른 실시예를 언급하기 위해, 예를 들어 각각의 풍력 발전 설비(100)의 출력부에 변압기가 또한 존재함으로써, 발전 단지 그리드(114)가 다르게 설계될 수도 있다.
도 3은 다른 컨버터 안내되는 공급 장치를 나타내는 풍력 발전 설비(500)를 도시한다. 이러한 풍력 발전 설비는 도시된 예시에서 적어도 4개의 전력 캐비닛(501 내지 504)을 포함한다. 제1 전력 캐비닛(501)은 여기서 전압 임프레싱 전력 캐비닛으로서 제공된다. 따라서, 이는 전압 임프레싱 유닛을 형성하거나, 또는 복수의 전압 임프레싱 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 전압 임프레싱 전력 캐비닛(501)은 특히 전압을 사전 설정할 수 있다. 이 경우, 이러한 전압 임프레싱 전력 캐비닛은 전력, 특히 무효 전력(Q)을 또한 공급할 수 있어야 하지만, 그러나 단지 작은 범위에서만 공급한다. 예시적으로, 0.1 MVA의 값이 여기서 지정된다.
나머지 3개의 전력 캐비닛(502-504)은 전류 임프레싱 전력 캐비닛으로서, 즉 전류 임프레싱 유닛으로서 제공된다. 각각의 전류 임프레싱 전력 캐비닛은 또한 복수의 전력 임프레싱 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 각각의 전력 캐비닛은 제1 전력 캐비닛(501)보다 더 큰 무효 전력(Q)을 공급할 수 있어야 한다. 여기서 예시적으로 각각 0.3 MVA의 무효 전력 값이 전력 캐비닛(502- 504)의 각각에 대한 치수 변수로서 지정된다. 이러한 4개의 전력 캐비닛(501-504)은 함께 예로써 도시된 그리드(506)에 1 MVA의 레벨의 무효 전력(Q)을 공급할 수 있다. 또한, 이러한 분배는 주로 설명을 목적으로 사용된다.
그러나, 도 3은 특히 분배를 도시하기 위한 것으로, 이에 따르면 적어도 하나의 유닛, 여기서는 전력 캐비닛(501)이 전압 임프레싱 방식으로 동작하고, 여기서 적은 무효 전력을 공급할 수 있는 반면, 다른 유닛, 또는 경우에 따라서는 단지 하나의 추가 유닛, 여기서는 전력 캐비닛(502-504)이 전류 임프레싱 방식으로 동작하며, 또한 전압 지원을 위해 많은 무효 전력(Q)을 공급할 수 있다. 이 경우, 도 3은 전압 임프레싱 유닛과 전류 임프레싱 유닛 사이의, 여기서는 10% 내지 90%에 해당하는 일반적인 분배를 도시한다. 이것은 유효 전력에도 또한 적용된다.
도 4는 도 3에 따른 풍력 발전 설비에 대해, 전압 편차(dU)에 따라 무효 전력(Q)을 나타내는 상이한 정역학을 도시한다. 도시된 특성 곡선에 따라, 도 3의 대응하는 전력 캐비닛(501-504)이 제어되는데, 즉 전압 임프레싱 방식으로 동작하는 전력 캐비닛(501)이 곡선(601)에 따라 동작하는 반면, 전류 임프레싱 전력 캐비닛(502-504)은 각각 곡선(604)에 따라 동작한다. 따라서, 전력 캐비닛(502-504)의 각각은 동일한 전압 편차가 있는 경우, 즉 동일한 dU의 경우에, 도시된 예시에서 전압 임프레싱 전력 캐비닛(501)보다 3배 많은 무효 전력(Q)을 공급한다.
전압 임프레싱 전력 캐비닛(501)은 설정된 무효 전력(Q)에 대응하여 설정 전압에 대한 전압 편차(dU)를 조정하고, 전류 임프레싱 스위칭 캐비닛은 검출된 전압 편차(dU)에 대응하여 무효 전력(Q)을 조정한다. 이러한 전압 편차는 인버터의 출력 단자에서 검출될 수 있다.
이 경우, 도 4의 도면은 그 원점, 즉 좌표계의 중심점에서 값 0을 갖는 차동 전압(dU)뿐만 아니라 또한 0의 무효 전력값 0도 또한 도시한다. 차동 전압(dU)이 값 0을 포함한다는 사실은 전압이 그곳에서 설정값(U설정값)을 포함한다는 것을 의미한다. 특히, 전압 임프레싱 전력 캐비닛(501)은 0에 가까운 무효 전력이 생성되도록 전압값을 추적한다.
도 4는 전압 편차에 따른 무효 전력에 대한 정역학을 도시한다. 동일한 방식으로, 주파수 편차에 따른 유효 전력에 대한 정역학도 또한 제안된다. 특히, 도 4에서 주파수 편차(df)에 대해 전압 편차(dU)는 가로축에서, 그리고 결과적인 유효 전력(P)에 대해 결과적인 무효 전력(Q)은 세로축에서 교환될 수 있다. 그런 다음, 주파수 편차에 따른 유효 전력에 대한 정역학의 표현이 형성된다. 이를 위해, 또한 초기 공급 수단, 즉 여기서 전류 임프레싱 전력 캐비닛(502-504)은 각각 동일한 주파수 편차에서 초기 공급 수단, 즉 여기서 전압 임프레싱 전력 캐비닛(501)보다 더 많은 유효 전력을 공급하는 것이 제안된다.
또한 유사하게는, 여기서 전압 임프레싱 전력 캐비닛(501)은 설정될 유효 전력에 대응하여 주파수(f)를 갖는 전압을 공급하고, 전류 임프레싱 스위치 캐비닛은 검출된 주파수 또는 주파수 편차에 대응하여 유효 전력을 공급한다.
도 5는 예시적으로 3개의 풍력 발전 설비(704)를 갖는 중앙 발전 단지 제어 유닛(702)을 구비한 풍력 발전 단지(700)를 개략적으로 도시하고, 이들 3개의 풍력 발전 설비 중 2개는 단지 기호로 표시되어 있고, 추가적으로 제어 장치(706)가 개략적으로 도시되어 있다.
도시된 제어 장치(706)는 인접한 직류 전압 중간 회로(710) 및 하류에 연결된 인버터(712)를 갖는 정류 유닛(708)을 포함한다. 직류 전압 중간 회로(710) 및 인버터(712)를 갖는 정류 유닛(708)은 또한 공통적으로 컨버터로도 지칭될 수 있다.
정류 유닛(708)에는 풍력 발전 설비의 발전기로부터 전력이 공급되며, 이는 단지 도 5에만 표시되어 있다. 이와 같이 획득된 에너지 또는 전력은 전류 유닛(708)에 의해 정류되어, 직류 전압 중간 회로(710)에 제공된다. 인버터(712)는 이로부터 3상 교류 전압 또는 교류 전류를 생성한다. 이를 위해, 인버터에 스로틀(714)이 연결되고, 상기 스로틀에 대해 인버터가 조정된다. 따라서, 이러한 스로틀(714)의 출력부에서 전압(u(t)) 및 전류(i(t))가 측정될 수 있고, 전압 측정 수단(716) 및 전류 측정 수단(718)이 또한 측정을 위해 제공된다. 이렇게 검출된 전압 및 이렇게 검출된 전류는 인버터 제어기(720)로 피드백되고, 이에 따라 이러한 인버터 제어기(720)는 인버터(712)를 제어한다.
중앙 발전 단지 제어 유닛(702)은 각각의 풍력 발전 설비(704)로 전력 설정값(P설정값)을 전송할 수 있다. 풍력 발전 설비들(704)이 각각 동일한 크기인 경우, 이러한 값도 또한 동일한 것으로 간주된다. 실제로, 이러한 전력 설정값(P설정값)은 단지 가능한 전력 설정값을 나타내야 하고, 이 가능한 전력 설정값은 상이한 값을 포함할 수 있거나 또는 상대적인 값, 예를 들어 백분율 값으로 전송될 수 있다.
일 풍력 발전 설비(704)의 도시된 제어 장치(706)에서는, 인버터 제어기(720)에 이러한 전력 설정값(P설정값)이 전달되는 것이 명백히 도시되어 있다. 그러나, 풍력 발전 설비(704)에서 다른 제어 또는 평가 아키텍처도 또한 고려될 수 있다.
도 5에 도시된 제어 장치(706)는 전류 임프레싱 유닛으로서 또는 전압 임프레싱 유닛으로서 동작할 수 있다. 상기 제어 장치가 전압 임프레싱 유닛으로서 동작하는 경우, 특히 피드백된 전압(u(t))이 인버터(712)를 제어하는데 사용된다. 그런 다음, 상기 인버터는 특히 사전 설정된 전압 프로파일에 대응하는 방식으로 전압 신호를 생성하고 출력할 수 있다. 이를 통해, 인버터는 전압 임프레싱 방식으로 동작한다.
상기 인버터는 또한 실질적으로 검출되고 피드백된 전류(i(t))에 기초하여 대응하는 전류 신호를 생성함으로써, 전류 임프레싱 방식으로 또한 동작할 수 있으므로, 그 출력부가 특히 전류 설정값에 따라 전류를 추적하도록 동작할 수 있다.
이러한 전류 및 전압 임프레싱이라 함은 특히 인버터가 생성되거나 또는 생성하고자 시도하는 정확한 사인 신호가 사전 설정되는 것과 관련이 있다. 이에 대응하여, 도 5에는 전압 및 전류에 대한 피드백을 위해 순시값(u(t)) 또는 i(t))이 도시되어 있다. 물론, 인버터 제어기(720)는 필요한 경우, 추가적으로 유효값 측면에서 각각의 신호의 진폭을 평가하고 사용할 수 있다. 또한, 순시값의 이러한 피드백은 각각 위상 방식인 것으로 이해되어야 하는데, 즉 3개의 전류값 및 3개의 전압값이 각각 피드백된다.
따라서, 인버터(712)는 상이한 방식으로 동작할 수 있고, 여기서 전력을 생성할 수 있고, 트랜스포머(trafo)로 또한 간략히 지칭될 수 있는 발전 단지 변압기(722)를 통해 그리드(724)로 공급할 수 있다. 나머지 풍력 발전 설비는 동일한 발전 단지 변압기(722)를 통해 전기 공급 그리드(724)로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 분리 스위치(726 또는 728)는 발전 단지 측뿐만 아니라 전기 공급 그리드(724)에 대해서도 각각 제공된다. 분리 스위치(726) 전방에는 여기서 발전 단지 그리드(730)를 나타내는 다른 풍력 발전 설비(704)에 대한 연결 라인이 표시된다.
도 6은 분리 스위치(802) 및 연결 변압기(804)를 통해 전기 공급 그리드(806)에 결합될 수 있는 연결 구조(800)를 예시적으로 도시한다. 연결 구조(800)는 예를 들어 연결 구조를 통해 공동으로 전력을 제공하는 복수의 전류 또는 전압 임프레싱 유닛의 연결일 수 있다. 연결 구조는 예를 들어 풍력 발전 설비의 모든 전력 캐비닛 사이의 접속을 형성할 수 있거나 또는 포함할 수 있다.
전압 임프레싱 유닛(808) 및 전류 임프레싱 유닛(810)이 예시적으로 도시되어 있고, 이들 자체는 또한 연결 구조(800)의 부분이다.
전압 임프레싱 유닛(808)은 특히 표시된 제1 출력 필터(814)의 출력부에서 측정되는 그 출력부에서의 전압(u(t))을 생성하는 전압 임프레싱 인버터(812)를 포함한다. 전압(u(t))은 지속적으로 측정되고, 제1 마이크로 컨트롤러(816)로 피드백된다. 이와 관련해서 제1 마이크로 컨트롤러(816)는 이러한 측정된 전압(u(t))의 순시값을 평가한다. 또한, 이러한 측정값은 출력된 전압과 같은 정확히 3상이다. 그러나, 도 6을 설명하기 위해, 이러한 3상성에 대해 설명해야 할 필요는 없다. 이것은 전류 임프레싱 유닛(810)에도 또한 적용된다.
제1 마이크로 컨트롤러(816)는 또한 설정될 전압(u(t))을 크기, 주파수 및 위상에 따라 특정하는 전압 신호(u설정값,w)를 수신한다.
이러한 설정값(u설정값,w)은 제1 인버터 제어기(818)에서 생성된다. 이는 설정 전압(U설정값,N) 및 제1 그리드 스로틀(820)의 출력부에서 측정되는 측정된 값들(U, I, f, φ)에 의존한다.
전류 임프레싱 방식으로 동작하는 전류 임프레싱 유닛(810)은 전압 임프레싱 인버터(812)와 유사하게 동작하지만, 그러나 출력 전류(i(t))에 대해 조절하는 전류 임프레싱 인버터(822)를 포함한다. 이러한 출력 전류(i(t))는 표시된 제2 출력 필터(824)의 출력부에서 검출되고, 제2 마이크로 컨트롤러(826)에서 평가된다. 따라서, 제2 마이크로 컨트롤러(826)는 크기, 주파수 및 위상에 따라 생성될 전류(i(t))를 사전 설정하는 전류 설정값(i설정값,w)을 수신한다. 이에 대응하여, 제2 마이크로 컨트롤러(822)는 전류 임프레싱 인버터(822)에서의 스위칭 동작을 제어하며, 이는 참조 부호 S로 표시된다. 따라서 그 외에는, 제1 마이크로 컨트롤러(816)가 인버터(812)에서의 스위칭 동작을 제어한다.
전류 설정값(i설정값,w)은 제2 인버터 제어기(828)에서 결정된다. 이러한 전류 설정값은 전압(U), 전류(I), 주파수(f) 및 위상각(φ)에 의존하고, 이들 변수는 제2 그리드 스로틀(830)의 출력부에서 검출된다. 또한, 제2 인버터 제어기(828)는 여전히 입력 변수로서 또한 설정 전압(U설정값,N)을 수신한다. 제1 및 제2 인버터 제어기(818)는 또한 공동 인버터 제어기에 또한 결합될 수 있다.
따라서, 전압 임프레싱 유닛(808)은 결과적으로 제1 전류(I1)를 생성하고, 전류 임프레싱 유닛(810)은 결과적으로 제2 전류(I2)를 생성한다. 이러한 2개의 전류(I1 및 I2)는 공동 전류(IG)를 형성하도록 합산된다. 이것은 예시적으로 기호화된 발전 단지 그리드(800)로 흐른다. 전압 임프레싱 유닛(808) 및 전류 임프레싱 유닛(810)은 또한 발전 단지 그리드(800)의 부분이기 때문에, 이것은 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 공동 전류(IG)는 발전 단지 그리드의 나머지 부분으로 흐른다.
작동 시, 예를 들어 발전 단지 그리드(800)에서 무효 전력 점프 또는 위상 점프가 발생하는 경우, 이는 전체 전류(IG)에서 인지될 수 있다. 전류 임프레싱 유닛(810)의 출력 전류(I2)가 이로부터 조절되기 때문에, 따라서 공동 전류(IG)의 변화는 우선 전압 임프레싱 유닛(808)의 단지 제1 전류(I1)의 변화만을 초래한다.
따라서, 공동 전류(IG)의 변화는 우선 제1 전류(I1)의 변화를 초래하였고, 이는 제1 인버터 제어기(818)가 검출하였다. 제1 인버터 제어기(818)는 이로부터 무효 전력 정역학 또는 유효 전력 정역학에 따라, 전압 진폭 및/또는 주파수에 대한 새로운 값을 검출한다. 따라서, 전압 설정 신호(U설정값,w)가 적응되고, 제1 마이크로 컨트롤러(816)로 전송된다. 그런 다음, 이는 이에 대응하여 전압 임프레싱 인버터(812)를 제어한다. 이는 이에 대응하여, 전압 진폭 및/또는 전압의 주파수의 변화를 초래하고, 이는 전류 임프레싱 유닛(810)에 의해 제2 그리드 스로틀(830)의 출력부 상에서의 측정을 통해 측정되고, 제2 인버터 제어기(828)에서 평가된다. 이에 따라, 즉 기본 무효 전력 정역학 또는 유효 전력 정역학에 따라 새로운 무효 전력값 및/또는 새로운 유효 전력값이 계산된다. 따라서, 설정 전류 신호(i설정값,w)가 사전 설정되고, 제2 마이크로 컨트롤러(826)로 전송된다. 이것은 이에 대응하여 전류 임프레싱 인버터(822)를 제어한다. 그 결과, 이제 제2 전류(I2)가 변경되고, 이를 통해 제1 전류(I1)도 또한 변경되고, 다시 대응하는 정역학, 즉 무효 전력 정역학 및/또는 유효 전력 정역학에 기초하여 다시 제1 인버터 제어기(818)에 의해 새로운 적응이 이루어진다.
따라서, 결과적으로 전압 임프레싱 유닛(808) 및 전류 임프레싱 유닛(810)은 동일한 전압 편차 또는 동일한 주파수에서 이들에 대해 관련된 정역학에 대응하는 유효 전력 또는 무효 전력을 대응하게 공급하는 방식으로 서로에 대해 조정된다. 따라서, 풍력 발전 설비로부터의 시스템 서비스가 알려져 있는 것으로 인식되었다. 그러나, 현재 이들은 동기식 기계가 장착된 대형 발전소에 따른 이전의 지배적인 공급 기술의 물리적 특성에 적응되어 있다.
단기 및 중기적으로 그리드 작동 지점에 따라, 현재 지배적인, 즉 기존의 공급 기술이거나 또는 컨버터 기반 공급 기술이 시스템 책임을 담당해야 한다는 것도 또한 인식되었다. 컨버터를 통한 기존의 대부분의 느린 발전기의 단순한 모방은 바람직하지 않은 것으로 보인다.
그럼에도 불구하고, 경우에 따라서는 컨버터 기반 시스템을 통해 향후 전압 임프레싱을 보장하는 것도 또한 필요할 수 있다. 이 경우, 컨버터는 전류 임프레싱 방식으로 동작하지 않고, 전압 임프레싱 방식으로 동작해야 한다.
이는 다음과 같은 이점을 갖는다:
에너지 공급 그리드의 블랙 스타트 및 그리드 리빌딩 동안 초기 전압 임프레싱이 달성될 수 있으며, 여기서 전압 임프레싱 컨버터의 사용이 이에 제한되지는 않아야 한다는 것이 제안된다.
추가적인 에너지 저장 장치 및 조절 전략의 적응 없이 전압 임프레싱의 제공이 가능하게 될 수 있다. 이를 위해 그리드 측 컨버터를 통한 중간 회로 조절이 제안될 수 있다.
컨버터 침투율이 높은 그리드에서 주파수 경사를 제한하고, 나머지 직접 결합된 기계를 보호하는 것이 가능하다.
정적 부하 대칭이 가능하게 될 수 있다.
개선된 오류 거동 및 오류 스트로크, 그리고 이에 따라 확장된 오류 특성이 달성될 수 있다.
그리드 보호를 활성화하기 위한 초기 오류 전류를 제공하는 것이 달성될 수 있다.
예를 들어 시스템 분할의 경우, 주파수 강하 및 전압 강하에 대한 즉각적인 발전기 반응이 가능하게 된다.
개선된 주파수 및 전압 안정성이 또한 달성될 수 있다.
전압 임프레싱의 발생 시 컨버터 시스템은 특정 전력 예비량을 제공해야 하므로, 전압 임프레싱 작동이 컨버터의 전류 한계에 의해 위험하게 되지 않도록, 전압 임프레싱 컨버터는 보통 낮은 전력 밀도를 포함하고, 이는 더 비용이 든다.
따라서, 전압 임프레싱 특성을 가능한 한 비용 효율적으로, 이에 따라 가능한 한 적은 전압 임프레싱 컨버터 유닛을 제공하는 것이 또한 바람직한 목표이다.
본 발명, 적어도 일부 실시예는 그리드 병렬 작동 시 전압 임프레싱 특성을 제공하기 위해, 풍력 발전 설비 및 다른 전력 전자적으로 결합된 공급 장치에 대한 제어 및 조절 전략에 관한 것이다.
이를 통해, 연결 그리드에서 컨버터 기반 생성 비율을 향상시키고, 그리드에 대한 조절 개념을 개발하는 것이 달성되며, 이는 시스템 보안에 현저한 단점을 갖지 않고, 재생 가능한 에너지의 컨버터 결합된 공급을 통해 때때로 거의 완전히 구동되거나 또는 구현된다.
이 경우, 또한 다음과 같은 문제점이 인식되었다: 종래의 발전소, 즉 직접 결합된 동기식 기계를 갖는 이러한 발전소는 물리적으로 전압 임프레싱 특성을 포함한다. 대부분 재생 공급 장치에는 직접 결합된 동기식 기계가 없거나, 또는 다른 관점의 사용이 유용하지 않으므로, 향후에는 사용할 수 없게 된다.
다음과 같은 작업에 대해 해결 방안이 제안될 수 있다:
- 컨버터 공급되는 공급 장치를 통해 제공되는 전압 임프레싱 특성.
- 재생 발전소 커패시턴스로 가능한 블랙 스타트.
- 재생 발전소 커패시턴스로 가속화된 그리드 리빌딩.
- 그리드에서 일시적으로 매우 높은 재생 에너지 부분의 그리드 통합.
- 일시적으로 거의 완전히 컨버터 기반으로 공급되는 그리드에서의 또한 안전한 그리드 작동.
- 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지에 의한 전기 에너지 공급에서의 시스템 책임의 담당.
- 재생 에너지 발전기의 확장 시 의사 기술 커버 방지.
- 종래의 발전소의 대체.
- 그리드 작동자에서 재생 공급 장치의 수용의 증가.
따라서 본 발명에 따르면, 적어도 하나 이상의 실시예들에 따라 다음이 인식되었다.
전력 전자 공급 장치는 일반적으로 그리드와 전력을 교환하는 특성 개수의 병렬 유닛, 즉 특히 병렬로 연결된 컨버터 또는 인버터로 이루어지기 때문에, 제안된 해결 방안은 실제 전압 임프레싱을 위해 유닛의 작은 부분이 사용될 수 있고, 조합된 신속하고 분산된 제어기를 통해, 개별 유닛에 전력이 신속하게 분배될 수 있다. 따라서, 단지 적은 유닛만으로 전체 공급 장치를 전압 임프레싱 방식으로 작용하도록 할 수 있다.
제1 단계에서, 그리드와 전력을 교환하는 유닛은 전압 임프레싱 및 전류 임프레싱 유닛으로 분할된다. 이 경우, 예를 들어 1:9의 비율이 유용한 것으로 보인다. 따라서, 특히 1:5 내지 1:20, 바람직하게는 1:8 내지 1:16 범위의 이러한 비율이 제안된다. 그러나, 이러한 비율은 또한 그리드 상황에 의존하여 적응될 수도 있다. 이는 각각의 유닛의 공칭 전력과 관련된다. 바람직하게 제안되는 동일한 크기의 유닛에서, 비율은 개수, 즉 전압 임프레싱 유닛의 개수 대 전류 임프레싱 유닛의 개수를 반영한다.
이 경우, 전류 임프레싱 유닛은 2개의 정역학을 갖는 전력 분배를 위해 작동된다:
무효 전력에 대해, 전압에 따라 소위 Q(U) 정역학이 사전 설정된다. 이 경우, 컨버터에는 설정 전압이 사전 설정된다. 그런 다음, 설정 전압의 편차에 따라, 컨버터는 무효 전력을 공급한다.
전력에 대해, 주파수에 따라 소위 P(f) 정역학이 사전 설정된다. 이 경우, 공칭 주파수에서, 사전 설정된 설정 전력 또는 공급 의존적 최대 전력일 수 있는 설정 전력이 사전 설정된다. 주파수 편차가 있는 경우, 전력은 정역학에 대응하여 적응된다.
전압 임프레싱 유닛은 마찬가지로 2개의 정역학으로 작동되는데, 그러나 다른 가이드 변수에 따라서도 작동된다. 이러한 전압 임프레싱 유닛은 현재 설정된 무효 전력에 따라 전압을 제어하거나, 또는 현재 설정된 유효 전력에 따라 주파수를 제어한다.
이 경우, 2개의 시스템은 3가지 지점에서 구별된다:
1. 공칭 전압 및 공칭 주파수에서 전압 임프레싱 컨버터의 동작 지점은 각각 0이거나 또는 0에 가깝게 위치된다.
2. 전류 임프레싱 유닛의 정역학은 전압 임프레싱 유닛의 정역학보다 훨씬 가파른데, 즉 약간 또는 적어도 약 5배는 가파르다. 즉, 조절 편차는 정역학의 경우에 전류 임프레싱 유닛에 의해 거의 완전히 조작되는데, 왜냐하면 이러한 전류 임프레싱 유닛은 더 가파른 정역학을 포함하는 더 많은 전류 임프레싱 유닛이기 때문이다.
3. 전압 임프레싱 유닛의 설정값의 추적은 전류 임프레싱 유닛보다 훨씬 신속하다.
예를 들어 그리드에서의 전력 잉여를 나타내는 상향으로의 주파수 드리프트가 발생하면, 전압 임프레싱 컨버터는 주파수 및 위상 변위로 인해 생기는 추가적인 전류를 초기에 완전히 담당한다. 이는 유효 전력 소비가 존재하며, 제1 순간의 주파수가 "유지"되는 것을 의미한다.
그러나, 조절기는 설정 주파수를 즉 생성되는 전력에 대응하여, 정역학으로부터 생성되는 값을 신속하게 추적하게 한다.
전류 임프레싱 컨버터는 이제 주파수 편차를 보고, 유효 전력을 증가시킨다.
이는 전압 및 무효 전력에도 유사하게 적용된다.

Claims (20)

  1. 풍력 발전 단지와 전기 공급 그리드 간에 전력을 교환하기 위해, 풍력 발전 설비(100), 또는 복수의 풍력 발전 설비(100)를 포함하는 상기 풍력 발전 단지(112)를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    - 각각의 상기 풍력 발전 설비(100)는 하나 이상의 공급 장치(808, 810)를 포함하고,
    - 상기 풍력 발전 설비 또는 상기 풍력 발전 단지는 그리드 연결 지점을 통해 상기 전기 공급 그리드에 연결되고, 상기 그리드 연결 지점을 통해 상기 전력이 교환되고,
    - 상기 공급 장치들(808, 810) 중 하나 이상은 전압 임프레싱(impressing) 유닛(808)으로서 동작하고,
    - 상기 공급 장치들(808, 810) 중 하나 이상은 전류 임프레싱 유닛(810)으로서 동작하고, 특히
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808) 및 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 상기 전기 공급 그리드의 방해받지 않는 작동에서도 또한 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 것이 제공되는 것인, 풍력 발전 설비(100) 또는 풍력 발전 단지(112)를 작동하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 단지를 작동하기 위해, 동시에
    - 전압 임프레싱 유닛(808)은 상기 전기 공급 그리드와 전압 임프레싱 방식으로 전력을 교환하고,
    - 전류 임프레싱 유닛(810)은 상기 전기 공급 그리드와 전류 임프레싱 방식으로 전력을 교환하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 전류 임프레싱 작동 시, 상기 전기 공급 그리드로 공급될 공급 전류를 각각 제어하고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 전압 임프레싱 작동 시, 상기 전기 공급 그리드로 공급하기 위한 공급 전압을 제어하고, 특히
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 전류 임프레싱 작동 시, 특히 상기 풍력 발전 단지에서 상기 그리드 연결 지점에 인가되는 상기 공급 전압에 적응되고, 그리고/또는
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 전압 임프레싱 작동 시, 상기 공급 전압을 제어하기 위해 필요로 하는 그리고/또는 상기 공급 전압을 제어함으로써 생성되는 전류를 각각 공급하는 것이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 공급 그리드에서 과주파수가 발생하는 경우,
    - 상기 풍력 발전 단지로부터 상기 전기 공급 그리드로 공급되는 상기 전력은 감소되고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 우선 시작 기간에 자체의 공급 전력을 감소하여, 이를 통해 상기 공급된 전력의 감소를 발생시키고,
    - 상기 풍력 발전 단지로부터 공급되는 상기 전력의 감소가 정적 값(steady value)에 도달하는 경우, 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)에 이어서 자체의 공급 전력을 감소하여, 상기 시작 기간을 뒤따르는 후속 기간에 상기 공급된 전력의 감소를 발생시키고, 이 경우
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 전압 유지를 수행하고, 특히 상기 후속 기간에 상기 풍력 발전 단지로부터 공급된 전력의 감소를 상기 전류 임프레싱 유닛(810)에 맡겨두도록 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기 공급 그리드에서 과주파수가 발생하는 경우,
    - 전력이 상기 풍력 발전 단지에 의해 상기 전기 공급 그리드로부터 수용되고, 특히 소비되고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 상기 시작 기간에 상기 전기 공급 그리드로부터 상기 전력을 수용하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    그리드 주파수가 그리드 공칭 주파수(rated grid frequency)로부터 적어도 사전 결정된 최소값만큼 벗어나는 경우에만, 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 상기 그리드 주파수에 따라 자체의 공급 전류를 변경하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 단지는 공급 전압을 상기 전기 공급 그리드로 공급하고,
    - 상기 전기 공급 그리드에서, 그리드 전압이, 상기 그리드 전압에서의 위상 변위를 발생시키는 위상 점프를 갖는 위상 점프에 대해 검사되고,
    - 위상 점프가 있는 경우, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은, 제1 단계에서 우선 상기 공급 전압의 주파수 및/또는 위상 위치를 유지하기 위해 유효 및/또는 무효 전력을 공급하고,
    - 상기 그리드 전압의 위상 점프를 검출하는 경우, 제2 단계에서 변경된 그리드 전압의 기준 주파수 및/또는 기준 전압이 추적되고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 상기 기준 주파수 또는 기준 전압에 대응하여 상기 공급 전압을 추적하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 단지는 상기 전압 임프레싱 유닛(808)과 상기 전류 임프레싱 유닛(810)의 조합된 제어를 통한 전력 공급을 갖는 전압 임프레싱 작동을 구현하고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 실질적으로 전압 임프레싱 동작 및/또는 동적 보상 동작을 수행하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 실질적으로 정적 전력 공급을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 각각의 공급 장치(808, 810)는 전력 특성값(power coefficient), 특히 공칭 전력을 특징으로 하고, 각각의 상기 전력 특성값에 대해,
    - 상기 풍력 발전 단지는 전압 임프레싱 유닛(808)보다 전류 임프레싱 유닛(810)에서 더 큰 비율을 포함하고, 바람직하게는,
    - 100% 비율인 모든 공급 장치(808, 810)의 상기 전력 특성값의 합에 대해, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 2% 및 최대 25%의 비율을 포함하고, 바람직하게는 최대 15%의 비율 및 특히 최대 10%의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 하나의 제1 정역학(droop)을 포함하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함하고,
    - 각각의 정역학은
    - 상기 풍력 발전 단지의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력(Q) 사이의, 또는
    - 상기 풍력 발전 단지의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의
    - 관계, 특히 선형 관계를 각각 설명하고,
    - 상기 제1 정역학은 상기 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은, 각각 상기 풍력 발전 단지에서 상기 전압 임프레싱 유닛(808)을 통해 제공될 전압과, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)을 통해 공급된 무효 전력(Q) 사이의 관계를 각각 설명하는 적어도 하나의 제1 무효 전력 정역학을 포함하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은, 각각 상기 풍력 발전 단지에서 검출된 전압과, 상기 전류 임프레싱 유닛(810)을 통해 공급될 무효 전력(Q) 사이의 관계를 각각 설명하는 적어도 하나의 제2 무효 전력 정역학을 포함하고,
    - 상기 제1 무효 전력 정역학은 상기 제2 무효 전력 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하고, 그리고/또는
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은, 각각 상기 풍력 발전 단지에서 상기 전압 임프레싱 유닛(808)을 통해 제공될 주파수와, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)을 통해 공급된 유효 전력 사이의 관계를 각각 설명하는 적어도 하나의 제1 유효 전력 정역학을 포함하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은, 각각 상기 풍력 발전 단지에서 검출된 주파수와, 상기 전류 임프레싱 유닛(810)을 통해 공급될 유효 전력 사이의 관계를 각각 설명하는 적어도 하나의 제2 유효 전력 정역학을 포함하고,
    - 상기 제1 유효 전력 정역학은 상기 제2 유효 전력 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(810)은 제1 무효 전력 정역학 또는 상기 제1 무효 전력 정역학을 통해 제어되어, 에너지 생성 그리드에서 상기 전압 임프레싱 유닛(808)을 통해 제공될 전압을, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)을 통해 공급된 무효 전력(Q)에 따라 설정하여, 상기 공급된 무효 전력(Q)은 0에 가까운 값으로 조절되고, 특히 정적 제어 편차가 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 그리드 연결 지점을 통해 전기 공급 그리드와 전력을 교환하기 위한 풍력 발전 단지에 있어서,
    - 복수의 풍력 발전 설비들을 포함하고, 상기 풍력 발전 설비 각각은 하나 이상의 공급 장치(808, 810)를 포함하고,
    - 상기 공급 장치들(808, 810) 중 하나 이상은 전압 임프레싱 유닛(808)으로서 동작하고, 상기 전기 공급 그리드와 전압 임프레싱 방식으로 전력을 교환하고,
    - 상기 공급 장치들(808, 810) 중 하나 이상은 전류 임프레싱 유닛(810)으로서 동작하고, 상기 전기 공급 그리드와 전류 임프레싱 방식으로 전력을 교환하고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808) 및 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 상기 전기 공급 그리드의 방해받지 않는 작동에서도 또한 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 것인, 풍력 발전 단지.
  13. 제12항에 있어서,
    - 각각의 공급 장치(808, 810)는 전력 특성값, 특히 공칭 전력을 특징으로 하고, 각각의 상기 전력 특성값에 대해,
    - 상기 풍력 발전 단지는 전압 임프레싱 유닛(808)보다 전류 임프레싱 유닛(810)에서 더 큰 비율을 포함하고, 바람직하게는,
    - 100% 비율인 모든 공급 장치의 상기 전력 특성값의 합에 대해, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 2% 및 최대 25%의 비율을 포함하고, 바람직하게는 최대 15%의 비율 및 특히 최대 10%의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    - 각각의 풍력 발전 설비(100) 또는 각각의 공급 장치(808, 810)는 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치에는 각각 적어도 하나의 정역학이 저장되어 있고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 하나의 제1 정역학을 포함하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함하고,
    - 각각의 정역학은,
    - 상기 풍력 발전 단지의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력(Q) 사이의, 또는
    - 상기 풍력 발전 단지의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의
    - 관계, 특히 선형 관계를 각각 설명하고,
    - 상기 제1 정역학은 상기 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 설비들 중 적어도 하나에는, 특히 모든 풍력 발전 설비에는, 각각 적어도 하나의 전압 임프레싱 유닛(808) 및 전류 임프레싱 유닛(810)이 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 단지는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 준비되고, 특히
    - 상기 풍력 발전 설비들 및 특히 상기 풍력 발전 단지를 작동하기 위한 상기 방법을 조정하기 위해, 상기 풍력 발전 단지는 중앙 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
  17. 그리드 연결 지점을 통해, 전기 공급 그리드와 전력을 교환하기 위한 풍력 발전 설비에 있어서,
    - 복수의 공급 장치들을 포함하고,
    - 상기 공급 장치들 중 하나 이상은 전압 임프레싱 유닛(808)으로서 동작하고,
    - 상기 공급 장치들 중 하나 이상은 전류 임프레싱 유닛(810)으로서 동작하고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808) 및 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 상기 전기 공급 그리드의 방해받지 않는 작동에서도 또한 전압 임프레싱 방식으로 또는 전류 임프레싱 방식으로 동작하는 것인, 풍력 발전 설비.
  18. 제17항에 있어서,
    - 각각의 공급 장치는 전력 특성값, 특히 공칭 전력을 특징으로 하고, 상기 각각의 전력 특성값에 대해,
    - 상기 풍력 발전 설비는 전압 임프레싱 유닛(808)보다 전류 임프레싱 유닛(810)에서 더 큰 비율을 포함하고, 바람직하게는,
    - 100% 비율인 모든 공급 장치의 상기 전력 특성값의 합에 대해, 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 2% 및 최대 25%의 비율을 포함하고, 바람직하게는 최대 15%의 비율 및 특히 최대 10%의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    - 각각의 공급 장치는 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치에는 각각 적어도 하나의 정역학이 저장되어 있고,
    - 상기 전압 임프레싱 유닛(808)은 적어도 하나의 제1 정역학을 포함하고,
    - 상기 전류 임프레싱 유닛(810)은 적어도 하나의 제2 정역학을 포함하고,
    - 각각의 정역학은
    - 상기 풍력 발전 설비의 전압과, 공급될 또는 공급된 무효 전력(Q) 사이의, 또는
    - 상기 풍력 발전 설비의 주파수와, 공급될 또는 공급된 유효 전력 사이의
    - 관계, 특히 선형 관계를 각각 설명하고,
    - 상기 제1 정역학은 상기 제2 정역학보다 더 작은 기울기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 발전 설비는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 준비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
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