JP2016524436A - 電力供給ネットワークに電力を供給する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】風力発電装置によって電力供給ネットワークをサポートすること。【解決手段】本発明はネットワーク電圧（Ｕ）とネットワーク周波数（ｆ）を有する電力供給ネットワーク（１２０）に少なくとも１つの風力発電装置（１００）またはウィンドパーク（１１２）の電力を供給する方法に関し、当該方法は有効電力（Ｐ）および無効電力（Ｑ）を供給するのに適合しており、供給される有効電力（Ｐ）は有効電力制御（Ｒ１、Ｒ２）を介してネットワーク状態（Ｕ、ｆ）に依存して調整可能であり、供給される無効電力（Ｑ）は無効電力制御を介して少なくとも１つのネットワーク状態（Ｕ、ｆ）に依存して調整可能であり、有効電力制御（Ｒ１、Ｒ２）または無効電力制御は供給すべき目標値を指定し、目標値はそれぞれ調整関数（ＦＳ）を介して少なくとも１つのネットワーク状態（Ｕ、ｆ）に応じて調整され、調整関数（ＦＳ）はサンプリング点（ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３）を用いて指定され、サンプリング点は有効電力（Ｐ）または無効電力（Ｑ）の値とネットワーク状態（Ｕ、ｆ）の値から成る値の組（｛Ｐｉ、ｆｉ｝）によって定義される。【選択図】図４

Description

本発明は、少なくとも１つの風力発電装置またはウィンドパークの電力を電力供給ネットワークに供給する方法に関する。また、本発明は電力供給ネットワークに電力を供給する風力発電装置に関し、複数の風力発電装置を備え、電力供給ネットワークに電力を供給するウィンドパークに関する。
図１に風力発電装置を概略的に示すとともに、図２にウィンドパークを概略的に示す。
風力発電装置は一般的に知られており、今日では特に電力供給ネットワークに電力を供給する目的で使用される。この際、風力発電装置は、周波数と位相に従って、電力供給ネットワークにおける対応する電圧を考慮して、供給する電流を適合させる。これは、いかなる場合においても満たす必要があり、公知の風力発電装置によっても満たされる基本的な前提条件である。同様のことは、共通のネットワーク接続点（ＰＣＣ：Point of Common Coupling）を介して電力供給ネットワークに電力を一緒に供給する複数の風力発電装置を備えたウィンドパークについてもあてはまる。この場合には、ウィンドパークが電力供給ネットワークに電力を供給することになる。
米国特許第６７８４５６４号明細書 米国特許第６８９１２８１号明細書 米国特許第６９６５１７４号明細書 米国特許第７４６２９４６号明細書
風力発電装置またはウィンドパークによってできるだけ多くの電力を電力供給ネットワーク（以下では単に「ネットワーク」ともいう。）に供給するのみならず、ネットワークをサポートする（支える、Stuzen）ために風力発電装置またはウィンドパークを使用することが望ましいということが、以前からすでに認識されている。米国特許第６７８４５６４号明細書（特許文献１）、米国特許第６８９１２８１号明細書（特許文献２）、米国特許第６９６５１７４号明細書（特許文献３）、米国特許第７４６２９４６号明細書（特許文献４）には、これに対応する解決手段が記載されている。これらの出願は、電力供給ネットワークにおける電圧または周波数に依存して、供給する電力または供給する電流をレベルおよび／または種類に応じて変更し、これによって電力供給ネットワークをサポートすることをすでに提案している。
今日では、風力発電装置が電力供給ネットワークにおいて総電力のうちのますます大きな割合を占める状況が多くの国で生じている。結果として、風力発電装置によってネットワークをサポートする（stutzen）必要性が高まっている。また、風力発電装置のネットワークにおける優位性が高まりつつあり、これによって風力発電装置の影響も増大しつつある。これに応じて、ネットワークにおける風力発電装置またはウィンドパークによるネットワークのサポートも有効となり得る。
したがって、本発明の目的は、上記の問題の少なくとも１つを解決することにある。特に、ネットワークをサポートするために風力発電装置の重要性が高まっていることに応える、または、少なくとも寄与する解決手段が提供されるべきである。特に、風力発電装置またはウィンドパークによるネットワークのサポートが、定性的に、かつ／または、定量的に改善されるべきである。また、少なくとも代替となる解決手段が提供されるべきである。
本発明によると、請求項１に係る方法が提案される。
一風力発電装置を概略的に示す。 一ウィンドパークを概略的に示す。 本発明の一実施形態に係る方法を使用して電力供給を行う風力発電装置を概略的に示す。 周波数に依存する有効電力制御に対する、サンプリング点（ないし支点、Stutzstelle）を用いた調整関数（Einstellfunktion）の指定を示す。 ネットワーク電圧に依存する無効電力制御の例に対する、サンプリング点（支点）を用いた調整関数の指定と、変更方法を示す。
本発明の請求項１に係る方法によると、少なくとも１つの風力発電装置またはウィンドパークの電力が電力供給ネットワークに供給される。電力供給ネットワークは、ネットワーク電圧およびネットワーク周波数を有する。かかる方法は、有効電力Ｐと無効電力Ｑを供給するのに適合している。したがって、かかる方法、および、かかる方法を実行する、対応する風力発電装置またはウィンドパークは、有効電力の供給および無効電力の供給に適合している。
ここで、供給される有効電力Ｐは、有効電力制御によって、少なくとも１つのネットワーク状態（Netzzustand）に依存して調整可能である。したがって、有効電力は固定値として指定され、または、支配的（ないし優勢な、vorherrschend）風のみに依存して供給されるものではなく、ネットワーク周波数のような少なくとも１つのネットワーク状態（パラメータ）に依存して調整される。
加えて、または、その代わりに、供給される無効電力Ｑは固定値として指定されるものではなく、ネットワーク電圧のような少なくとも１つのネットワーク状態に依存して調整される。
好ましくは、有効電力制御または無効電力制御はネットワーク状態としてネットワーク感度（Sensitivitat）に依存して行われる。特に、ネットワーク感度が増大した場合、有効電力を削減してネットワークを安定化させることが提案される。
また、好ましくは、複数の、特に２つの依存性を同時に考慮すること、すなわち２つの調整関数（Einstellfunktion）を考慮することが提案される。例えば、一方の調整関数はネットワーク周波数に依存する有効電力を表し、他方の調整関数はネットワーク感度に依存する有効電力を表す。両調整関数のうちの相対的に小さい値の方が考慮される。
ここで、有効電力制御または無効電力制御は、供給すべき目標値を指定し、目標値はそれぞれ調整関数を介して、少なくとも１つのネットワーク状態に応じて調整される。風力発電装置またはウィンドパーク、特に、そのために使用されるインバータは、この指定値（目標値）を変換し、対応する電流、特に対応する三相電流を生成する。かかる電流により、所望の有効電力または所望の無効電力を電力供給ネットワークへ供給することが実現される。
調整関数に関して、サンプリング点（関数を定めることができる支点）を用いて指定することが提案される。かかるサンプリング点は、有効電力の値または無効電力の値と、ネットワーク周波数またはネットワーク電圧のようなネットワーク状態（Netzzustand）の値から成る値の組によって定義される。
これにより、少なくとも２組の値の組が指定され、これらの値の組によって調整関数を決定することができる。必要であれば、関数形のような追加情報が含まれるようにしてもよい。調整関数または調整関数の部分（ないし区分、Teilabschnitt）に対して２つのサンプリング点、すなわち、２組の値の組を使用した場合、これらの値の組によって、特に調整関数または区分関数（Teilfunktion）の始点と終点を決定することができる。
例えば最も簡単な場合、ネットワーク状態としてネットワーク周波数に依存した有効電力の制御に関して、調整カーブの線分は有効電力に対して２つのサンプリング点とこれらのサンプリング点を結ぶ直線によって定義することができる。このとき、第１のサンプリング点は値の組（ｆ１、Ｐ１）によって定義され、第２のサンプリング点は値の組（ｆ２、Ｐ２）によって定義され、ｆ１およびｆ２はそれぞれネットワーク周波数の周波数値を表し、Ｐ１およびＰ２は対応する電力値を表す。これは、周波数に依存する有効電力に対する簡単な例示にすぎない。好ましくは、追加のサンプリング点を指定することができる。これにより、ネットワーク周波数に依存して供給される有効電力のより良い関数を指定することができる。
一実施形態によると、調整関数は変更基準（Anderungskriterium）に依存して変更されることが提案される。ここで、変更基準はそもそも変更を行うか否かを決定する基準である。必要であれば、変更基準はどのように変更するかを決定してもよい。変更基準は以下でさらに説明されるが、一例として、外部から指定してもよい。かかる変更は、少なくとも部分的には、少なくとも１組の値の組が変更されることによって行われる。これによって、最も簡単な場合には１組の値の組のみを変更することによって、有効電力制御および／または無効電力制御を変更された要求に容易に適合させることが可能となる。かかる方法によると、新しい値の組のセット、すなわち、新しいサンプリング点のセットと、必要であればサンプリング点間の関数の振る舞いに関する追加情報に基づいて、調整関数に対する新しい関数の振る舞いを決定することができる。提案する方法に係る調整関数は、いずれにせよ、サンプリング点に基づいて算出されるため、かかる再計算はいずれにしても多大な負荷をかけることなく計算機で実行可能である。
好ましくは、調整関数は区分的に（abschnittsweise）複数の区分関数から成る。調整関数は、異なる区間に対して、異なる関数の振る舞いを実現することができる。２つの区分関数（一実施形態では２つの区分関数のみを用いる）はサンプリング点のうちの１つで接続され、サンプリング点で同一の値をとる。これにより接続された調整関数を容易に実現することができ、結果として、異なる領域、特に基礎となるネットワーク状態の異なる領域を考慮することが可能となる。これにより、最も簡単な場合には、３つの値の組によって、すなわち３つのサンプリング点によって、２つの区分関数を有する調整関数を決定することができる。しかしながら、好ましくは、区分関数または区分関数のうちの少なくとも１つは３つ以上のサンプリング点によって、特に４つ以上のサンプリング点によって指定される。これにより調整関数はモデル化され（modelliert）、結果として、例えば２つの区分関数の間の移行部分も変更することができる。２つの区分関数が共通のサンプリング点において同一の値を有することにより、これらの両区分関数の間における不連続は回避される。
好ましくは、調整関数（ＦＳ）または少なくとも１つの区分関数は、関数の種類が
１次多項式関数（Polynomfunktion）、
２次多項式関数、
３次以上の多項式関数、
指数関数（Exponentialfunktion）、
ヒステリシス関数（Hysterese-Funktion）、
三角関数（trigonometrische Funktion）、または、
その他の非線形関数（nichtlineare Funktion）である、ことが提案される。
１次多項式関数は、直線を記述する。これにより、２つサンプリング点の間の関数を容易に定義することができる。２次多項式関数は１次多項式関数と比較してより複雑な関数を可能とし、直線とは異なり、２つのサンプリング点をある種の湾曲した（bauchig）関数で接続することができる。かかる湾曲した関数によると、直線と比較して、システム要求に対してより適切に対応できる場合がある。かかる２次多項式関数は、３つのサンプリング点を指定することによって容易に決定することができる。すなわち、２次多項式関数は、３つのサンプリング点によって一意に定義することができる。かくして、単純な線形の振る舞いを超える有利な調整関数を非常に簡単に定義し得ることが容易に理解される。
３次またはより高次の多項式関数を用いると、さらに特殊な調整関数を実現することができる。すでに３次多項式関数の場合に、パラメータ設定に応じて極点（Wendestelle）が生じ得る。かかる極点は望ましくないこともあるものの、極点または対応する基礎となる複雑な関数によると、調整関数のためにより多くの区分関数を断片的（区分的）につなぎ合わせることを防ぐことができる。少なくとも、調整関数をより少ない断片（区分）に分割することが可能となる。
指数関数はゆっくりした単調増加によって特徴付けられ、対応する符号は負にもなり得る。これにより、例えば、周波数に依存する有効電力設定に対して、まず、周波数の上昇に伴う電力のわずかな低下が実現され、さらに低下が進むと、すなわち周波数の上昇とともに有効電力はより急激に低下して、最大周波数まで急勾配で低下して電力値ゼロに到達するようにしてもよい。状況により、特に本発明の形態（Topologie）により、電力が指定された周波数値で電力値ゼロに到達する必要がある場合、かかる負符号の指数関数によると、供給可能な電力の損失が可能な限り少なくなるように、できるだけ長期間に亘って電力を大きい値に維持することが可能となる。
ヒステリシス関数を使用することにより、例えば、基礎となるネットワーク状態が向上しているか低下しているかに依存して、調整関数の異なる振る舞いが達成される。
三角関数、すなわち、特に、正弦関数、余弦関数および正接関数、もしくは、これらの組み合わせ、または、これらのバリエーション（Abwandlung）によって、調整関数の特別な振る舞いを達成することができる。これは、サンプリング点の指定を介して、比較的容易に実現可能である。例えば、双曲線正接関数（tanh）によって、連続微分可能（stetig differenzierbar）な飽和関数（Saturierungsfunktion）と同様の関数を実現することができる。これにより、例えば、電圧に依存する無効電力制御、すなわち、ネットワーク電圧に依存して供給すべき無効電力を指定する調整関数を定義することができる。ここで、双曲線正接関数のゼロ点をネットワーク電圧の定格電圧上にとるべきである。
いくつかの例を挙げるならば、他の非線形関数として、例えば、双曲線関数、対数関数、または、ルート関数（Wurzel-Funkiton）も考えられる。
一実施形態によると、調整関数または調整関数の区分関数のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つのサンプリング点と関数の種類によって決定されることが提案される。関数または区分関数の種類によって、図形的には、特に関数の形状が決定される。特に関数または区分関数の始点と終点に配置されたサンプリング点によって、形状が決定済みの関数が具体的に確定される。
好ましくは、調整関数または少なくとも１つの区分関数は、１次多項式関数を用いるとともに２つのサンプリング点を指定することによって決定される。これにより、かかる関数または区分関数は一意に決定される。一方、調整関数または少なくとも１つの区分関数は、２次多項式関数を用いるとともに３つのサンプリング点を指定することによって決定される。このとき、これらの３つのサンプリング点によって一意に決定される複雑な調整関数を指定することが可能となる。
一実施形態によると、有効電力制御、および、加えてまたは代わりに、無効電力制御は、ネットワーク感度（Netzsensitivitat）に依存して変更される。
ここで、ネットワーク感度は、ネットワークに影響を及ぼす変数の変化に対する、特に共通のネットワーク接続点（ＰＣＣ）におけるネットワークの反応（ないし応答）であると理解される。 ネットワーク感度は、ネットワークに影響を及ぼす変数の変化量に対するネットワークの反応の変化量として定義することができる。特に、本発明の場合には、供給される有効電力とネットワーク電圧のレベルに関する定義が考慮される。単純化すると、ネットワーク感度ＮＳに対して、例えば次の式を定義することができる。
ＮＳ ＝ ΔＵ／ΔＰ
ここで、ΔＰは供給される有効電力、すなわち、供給されるパーク（ないしファーム）電力（Parkleistung, farm power）の変化を示し、ΔＵは結果として生じるネットワーク電圧の変化を示す。これらの変化は、特に１秒またはそれ未満の非常に短い期間に生じる。電力の差に対する電圧の差に関するこの具体的な式の代わりに、ネットワーク電圧の供給されるパーク電力Ｐに関する偏微分とすることも有利である。ネットワーク周波数ｆの変化も、ネットワークの反応として考慮される。ネットワーク感度を考慮する他の方法として、以下の式を用いてもよい。
ＮＳ＝Δｆ／ΔＰ
したがって、特に、ネットワーク感度は、選択される有効電力制御、および／または、選択される無効電力制御の尺度として用いられる。ネットワーク感度が少なくとも有意に変動した場合、対応する有効電力制御、および／または、対応する無効電力制御は、種類（Art）および／またはパラメータ設定において変更される。種類（Art）の変更は、制御のタイプ（Typ）の変更に相当し、ここでは同義語として使用する。代わりに、ネットワーク感度は、制御、特に有効電力制御に対して直接、すなわち基礎となるネットワーク状態として、影響を及ぼすこともできる。
他の実施形態によると、有効電力制御および／または無効電力制御は、給電点における短絡電流比に応じて変更される。
短絡電流比（ＳＣＲ（Short Circuit Ratio、短絡比）ともいう。）は、接続電力に対する短絡電力の比をいう。ここで、短絡電力とは、風力発電装置またはウィンドパークが接続される考慮中のネットワーク接続点において短絡が生じたときに、電力供給ネットワークが当該ネットワーク接続点に供給可能な電力として理解される。一方、接続電力とは、接続される風力発電装置または接続されるウィンドパークの接続電力であり、特に、接続される発電機の定格電力、または、ウィンドパークに含まれる発電機のすべての定格電力の和である。したがって、短絡電流比は、当該ネットワーク接続点に関する電力供給ネットワークの強さ（Starke）の基準となる。ネットワーク接続点に関して強い電力供給ネットワークは、例えば、ＳＣＲ=１０以上のような典型的に大きい短絡電流比を有する。
短絡電流比はネットワーク接続点における電力供給ネットワークの挙動に関する情報を提供できることが知られている。ここで、短絡電流比もまた可変である。
新たにウィンドパークまたは風力発電装置を導入する場合、短絡電流比を考慮するとともに、有効電力制御および無効電力制御を短絡電流比に適合させることが有利である。風力発電装置またはウィンドパークの導入および運転開始後においても、定期的に短絡電流比を測定することが推奨される。短絡電力は、例えば、ネットワークトポロジに関する情報と、シミュレーションを用いることで把握することができる。接続電力はウィンドパークに導入された風力発電装置に関する知見から容易に得られ、かつ／または、接続電力は公称風（ないし定格風）において供給される電力の測定によって得られる。
提案されるやり方で短絡電流比を計算して考慮するために、特に、接続電力は現実に使用可能なすべての風力発電装置の定格電力の和として定義され、計算される。この意味で、風力発電装置が故障した場合、接続電力は少なくとも一時的に変動するであろう。したがって、短絡電流比も変動し、これにより、有効電力制御および／または無効電力制御の変更もトリガされる。
他の実施形態によると、接続電力は支配的風の条件を考慮してウィンドパークにおいて現実に利用可能な電力の和として算出され、または、ウィンドパークの接続電力の代わりに、現実に利用可能なウィンドパークの電力は、短絡電流比の計算に用いられ、かつ／または、有効電力制御および／または無効電力制御を変更するための変更基準として用いられる。変更基準を決定するために、このように算出されたウィンドパーク電力に基づいて短絡電流比が再計算され、または、ウィンドパークで利用可能な電力から変更基準を直接導き出すことができる。
例えば、切替条件（変更基準）において、増幅率または関数の傾きのようなパラメータが、短絡電流比または他の基準に依存するようにしてもよい。例えば、比例関係の依存性が存在してもよい。特に限定されないが、他の例として、制限値を決定し、短絡電流比または他の基準が制限値を上回った場合または下回った場合、ある有効電力制御からタイプに応じて別の有効電力制御に切り換えることができる。同様のことは、無効電力制御の変更についても適用することができる。
特に、有効電力制御および／または無効電力制御は、外部から指定すること、例えば、有効電力制御および／または無効電力制御を行う計算機に入力される外部信号によって行われる。特に、そのような指定は、そのために外部信号を送出するネットワーク事業者によって実施される。
このようにして、１または２以上のパラメータを変更することができ、または、他のタイプまたは他の種類の有効電力制御または無効電力制御に切り替えられる。一実施形態によれば、有効電力制御または無効電力制御のそれぞれの所望の新しい構成を送出することができる。変更されるパラメータを送出することができ、または、新しいアルゴリズムをも送出することができる。
ここで、好ましくは、サンプリング点を決定するために値の組を送出することができる。少なくとも、１組の値の組を送出することが提案される。
一実施形態によると、無効電力制御または無効電力制御のための調整関数は、風力発電装置またはウィンドパークが供給し、かつ／または、供給可能な有効電力に依存して変更され、これにより、供給する有効電力または供給可能な有効電力が減少する場合、無効電力制御への切り替えが行われ、または、絶対値としてより多くの無効電力が供給されるように無効電力制御が変更され、かつ／または、無効電力制御は絶対値としてより多くの無効電力最終値を供給用に有することが提案される。
さらに、上記の実施形態に係る方法を実施するのに適合した風力発電装置が提供される。特に、かかる風力発電装置は、対応する計算機と、かかる無効電力制御および／または有効電力制御を実行するのに適合した、対応する周波数インバータと、を備えている。特に、使用されるインバータ、または、使用される風力発電装置は、ＦＡＣＴＳ（Flexible Alternating Current Transmission System、フレキシブル交流送電システム）に対応した性能を有することが望ましい。
さらに、上記の実施形態に係る方法を実装するのに適合したウィンドパークが提供される。特に、ウィンドパークは、有効電力および無効電力を電力供給ネットワークに供給するのに適合し、この目的で有効電力制御および／または無効電力制御を使用するのに適合している。特に、かかるウィンドパークは、共通のネットワーク接続点を介して電力供給ネットワークに電力を供給する。ウィンドパークについても、ＦＡＣＴＳに対応した性能を有すると、有利である。変動し得るネットワーク周波数ｆに応じて電力Ｐを調整するための調整関数を具体的に例示する。
以下では、添付の図面を参照しつつ実施例に基づいて、本発明について例示的に説明する。
図１は、タワー１０２とゴンドラ（ないしナセル）１０４を有する風力発電装置１００を示す。ゴンドラ１０４には、３枚のロータブレード１０８とスピナ１１０を有するロータ１０６が配置されている。ロータ１０６は、動作状態において風によって回転運動させられ、これによりゴンドラ１０４内の発電機を駆動する。
図２は、一例として、同一または異なる３つの風力発電装置１００を備えたウィンドパーク１１２を示す。３つの風力発電装置１００は、基本的に、ウィンドパーク１１２における任意の数の風力発電装置を代表する。風力発電装置１００は、電力、すなわち、特に生成した電流をウィンドパークネットワーク１１４に供給する。各風力発電装置１００によって生成された電流または電力は足し合わされる。また、典型的には、変圧器１１６が設置される。変圧器１１６は、ウィンドパークにおける電圧を上昇させて、給電点１１８において電力供給ネットワーク１２０に電力を供給する。給電点１１８は、一般にＰＣＣ（共通接続点、Point of Common Coupling）ともいう。図２は、ウィンドパーク１１２を簡単化して示したものにすぎない。例えば、制御部はもちろん存在しているが、制御部は図示されていない。また、例えば、ウィンドパークネットワーク１１４は異なる構成とすることができる。一例として、各風力発電装置１００の出力部に変圧器を設け、他の実施形態としてもよい。
図３は、例えば三相発電機電流を整流器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）２に供給する風力発電装置１００を示す。整流器２は、三相交流を生成するインバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）４に接続される。三相交流は変圧器６を介して給電点８（ＰＣＣ）で電力供給ネットワーク１０に供給される。インバータ４の制御は制御部１２によって行われる。制御部１２は、例えば１または２以上の計算機として構成することができる。制御部１２は、出力された三相電流の振幅、周波数および位相に従って測定された電流値および電圧値を利用する。このために、測定フィードバック１４が例示されている。
図３の構成は、さらに、制御部１２が所望の電力を考慮し、これに応じて、そのような希望した電力Ｐが出力されるようにインバータ４を駆動することを示す。理想的には、整流器２から出力される電力Ｐが目標電力Ｐｓｏｌｌに一致し、Ｐ＝Ｐｓｏｌｌとなる。さらに、本実施例では、生成された電力Ｐはネットワーク１０に供給される電力と同一であるものと、理想的に仮定する。本実施例では、電力の供給の際の損失や、目標電力と生成された電力との間の動的過程における損失を無視する。
図３の構成は、有効電力目標値Ｐｓｏｌｌが、したがって、理想的には供給される有効電力Ｐが周波数ｆに依存して決定され、または、指定されることを示す。この目的で、２つの調整関数ＦＳ１、ＦＳ２を用いることができる。これらの関数は、さらに他の調整関数を代表するものとして描かれている。スイッチＳと、スイッチＳとともに動作するスイッチＳ’が示されている。これらのスイッチは、スイッチ位置に従って、すなわち、選択に応じて、第１または第２の調整関数ＦＳ１またはＦＳ２によって有効電力Ｐｓｏｌｌを指定できることを示している。スイッチＳまたはＳ’を用いた選択オプションは、単なる例示にすぎない。このような選択オプションを、例えば制御部１２に実装することもできる。このとき、制御部１２はネットワーク周波数ｆを直接受取する。さらに、かかる切り替えは、特に計算機において実現される。また、計算機では、例えば選択された調整関数に応じて、対応するデータメモリへのアクセスが行われる。ここで、データメモリは、所望の調整関数を保持している。
図３は、供給される有効電力に対する調整関数、したがって、有効電力制御が可変であることを示す。ここでは、一例として、ネットワーク周波数ｆに依存する有効電力制御を示す。しかし、かかる例示は、ネットワーク電圧またはネットワーク周波数の変化のような他のネットワーク状態に依存する制御を代表するものである。同様に、ネットワーク状態に依存した無効電力制御も、図示して説明したように実現される。ここでも、無効電力制御に対する入力値として、他のネットワーク状態を使用することができる。
図４は、周波数に依存する有効電力制御の例として、実施例において基礎となる調整関数がどのように指定されるかを示す。説明を容易にするために、この点について、図４の略図に図像（Piktogramm）として含まれる調整関数ＦＳ２を例として示す。調整関数ＦＳ１は、同様に図４において、少なくとも調整関数ＦＳ２とは異なる範囲について破線で記載され、基本的に図３で用いた調整関数ＦＳ１に相当し、図像において表されている。
図４によると、調整関数ＦＳ２は定格周波数ｆＮから周波数ｆ３までのネットワーク周波数ｆに亘って示される。かかる調整関数は、周波数ｆ１から周波数ｆ３までに亘って決定された区分関数を有する。この区分関数は２次多項式関数であり、一般に次のように表される。
Ｐ＝ａ＋ｂ・ｆ＋ｃ・ｆ２
この区分関数を指定するために、サンプリング点ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３が使用される。これらのサンプリング点は、それぞれ丸印によって強調されている。これらのサンプリング点は、次の値の組によって定義される。
ＳＴ１＝（ｆ１、Ｐ１）、
ＳＴ２＝（ｆ２、Ｐ２）、
ＳＴ３＝（ｆ３、Ｐ３）
これにより、破線で示した第１の調整関数ＦＳ１と比較して有利で連続な調整関数ＦＳ２を容易に定義できることが分かる。特に、図示した第２の調整関数ＦＳ２はネットワークのサポートに適している。なぜなら、第２の調整関数によると、第１の参照用調整関数ＦＳ１と比較してより多くの電力が供給できるようにしつつ、周波数に依存して有効電力を低減できるからである。このことは、第２の調整関数ＦＳ２が第１の調整関数ＦＳ１よりも明らかに多くの電力を供給する第２のサンプリング点ＳＴ２において、最も明らかである。好ましい調整関数ＦＳ２を指定するには、図示した３つのサンプリング点ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３を単に指定すればよく、非常に容易である。第１および第３のサンプリング点ＳＴ１、ＳＴ３は、図示した第２の調整関数の区分関数の始点および終点を介して、調整関数ＦＳ２の指定を可能とする。これらのサンプリング点において、第１の調整関数ＦＳ１および第２の調整関数ＦＳ２は同一の値を有する。これらの点が第１および第３のサンプリング点ＳＴ１、ＳＴ３として正確に指定されている限り、両調整関数の値を容易に一致させることができる。中央のサンプリング点ＳＴ２を用いると、第２の調整関数ＦＳ２の振る舞いを容易に改善することができる。これによって、例えば、周波数ｆ２において望ましいより多くの電力供給を直接指定することが可能となる。
このように、図４は、サンプリング点を用いて、周波数に依存する有効電力制御または対応する調整関数を指定する方法を示す。実際の応用では、電力値Ｐ１は、基礎となる風力発電設備または基礎となるウィンドパークの定格電力に対応させることできる。周波数ｆ１は、ネットワーク周波数ｆの増大に応じた電力の削減を開始すべき閾値周波数とすることができる。値Ｐ３は、電力値ゼロに対応させることができる。また、対応するネットワーク周波数ｆ３は最大周波数を表すことができ、最大周波数を超えると、もはや電力は一切供給されない。電力値Ｐ２は補助電力（Hilfsleistung）を表し、補助電力は、上述のように、すなわち電力を増加させるために選択することができる。これに応じて、この第２のサンプリング点ＳＴ２のネットワーク周波数ｆ２は、閾値周波数ｆ１と最大周波数ｆ３の間の値をとり、有利には、これらの両周波数値から等間隔に選択される。さらに、図には周波数ｆＮが図示されている。周波数ｆＮはネットワーク周波数の定格周波数を表すことができる。調整関数ＦＳ２は、第１のサンプリング点と定格周波数ｆＮの電力Ｐ１との間で水平に振る舞い、これによって、この領域において電力は一切削減されない。
図５は、調整関数Ｆｓの指定について他の例を示す。この調整関数Ｆｓは、ネットワーク電圧Ｕに依存した無効電力Ｑを規定する。図５では、ネットワーク電圧Ｕ１からネットワーク電圧Ｕ３までの区分関数のみを考慮する。ネットワーク電圧Ｕ１以下の定格ネットワーク電圧ＵＮまでは、調整関数は水平に振る舞い、値ゼロをとることができ、これにより、この領域において、無効電力は供給されず、または、供給されるべきでない。ネットワーク電圧Ｕ３を超えると、無効電力は、同様に、一定値、すなわち値Ｑ３をとる。一方、この領域の電圧に対して、風力発電装置を停止するように決めておいてもよい。
図示した調整関数ＦＳは、図３と同一の符号を有するものの、まったく異なる値のサンプリング点ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３によって指定される。すなわち、サンプリング点は以下の値の組によって指定される。
ＳＴ１＝（Ｕ１、Ｑ１）、
ＳＴ２＝（Ｕ２、Ｑ２）、
ＳＴ３＝（Ｕ３、Ｑ３）
したがって、ネットワーク電圧Ｕに依存する無効電力に対する調整関数は容易に指定される。ネットワーク電圧が電圧値Ｕ１を超えない場合、調整関数は値Ｑ１、特に値ゼロをとる。ネットワーク電圧Ｕのさらなる増大に従って、無効電力Ｑはネットワーク電圧値Ｕ３における値Ｑ３まで増大する。立ち上がりと同時に無効電力の（負符号を伴った）急増を達成できるようにするために、対応する大きい絶対値の無効電力値Ｑ２を有する、ネットワーク電圧値Ｕ２に対する第２のサンプリング点ＳＴ２が指定される。これにより、最初から非常に迅速に大きい（負符号の）無効電力を供給することができ、これにより、特に、長く、かつ／または、支配的な誘導性のネットワークに対する接続負荷、または、ネットワーク内の接続負荷が存在する場合、ネットワーク電圧のさらなる増大を迅速に抑止することができる。さらに、電圧が降下した場合には、点（ＵＮ、Ｑ１）に関して基本的に点対称（punktgespiegelt）の類似のまたは同一の調整関数を使用することができる。したがって、ネットワーク電圧がネットワーク電圧ＵＮ以下に降下した場合、同様に、さらなる電圧降下を防ぐために、正の無効電力を供給することが提案される。
また、図５は、無効電力供給量の当面の最大値を表す無効電力値Ｑ３を、絶対値についてさらに増加させる可能性を示す。ここに示した無効電力供給の基礎となる風力発電装置またはウィンドパークが有効電力をほとんど供給しない場合、または、有効電力をまったく供給しない場合、そのようなさらなる増大を行うことが特に提案される。例示としての値を挙げるとすると、基準として、供給される有効電力が定格電力の５０％を下回る場合、無効電力最大値を絶対値について増大させることが提案される。他の例を挙げるならば、有効電力がまったく供給されない場合、無効電力値Ｑ３を変更することが提案される。有効電力の供給が減少するに従って、より多くの無効電力を供給可能であることが知られている。
調整関数ＦＳのかかる変更を行うには、すなわち破線で示した調整関数ＦＳ’を求めるには、第３のサンプリング点ＳＴ３を変更後のサンプリング点ＳＴ３’に変更するだけでよい。第２のサンプリング点ＳＴ２も変更可能であるが、図５に示したグラフでは変更していない。これにより、供給する無効電力に対する、ただでさえ急激な絶対値についての増加関数をさらに増大させる必要がなくなり、代わりに上述の第３のサンプリング点ＳＴ３をＳＴ３’とすればよい。
図５は３つのサンプリング点ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３ないしＳＴ３’の設定を示し、これにより２次多項式関数を確定することができる。第１のサンプリング点ＳＴ１には調整関数ＦＳに対する他の断片（区分関数）を配置してもよいし、第３のサンプリング点ＳＴ３ないしＳＴ３’についても同様である。代わりに、例えば双曲線正接（tanh）関数またはルート関数（Wurzelfunktion）のような他の関数を基礎とすることもできる。
２ 整流器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）
４ インバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）
６ 変圧器
８ 給電点
１０ 電力供給ネットワーク
１２ 制御部
１４ 測定フィードバック
１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ゴンドラ（ナセル）
１０６ ロータ
１０８ ロータブレード
１１０ スピナ
１１２ ウィンドパーク
１１４ ウィンドパークネットワーク
１１６ 変圧器
１１８ 給電点
１２０ 電力供給ネットワーク
ｆ、ｆ１−ｆ３ ネットワーク周波数
ｆＮ 定格周波数
ｆＳ 周波数閾値
ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ、ＦＳ’ 調整関数
ＮＳ ネットワーク感度
Ｐ、Ｐ１−Ｐ３、Ｐ３’ 有効電力
Ｐｓｏｌｌ 有効電力目標値
Ｑ、Ｑ１−Ｑ３、Ｑ３’ 無効電力
ＳＣＲ 短絡電流比
ＳＴ１−ＳＴ３、ＳＴ３’ サンプリング点
Ｕ、Ｕ１−Ｕ３ ネットワーク電圧
ＵＮ 定格電圧
本発明の第１の視点によると、ネットワーク電圧とネットワーク周波数を有する電力供給ネットワークに少なくとも１つの風力発電装置またはウィンドパークの電力を供給する方法であって、前記方法は有効電力および無効電力を供給するのに適合しており、供給される有効電力は、有効電力制御を介して、ネットワーク状態に依存して調整可能であり、供給される無効電力は、無効電力制御を介して、少なくとも１つのネットワーク状態に依存して調整可能であり、前記有効電力制御または前記無効電力制御は供給すべき目標値を指定し、目標値はそれぞれ調整関数を介して少なくとも１つのネットワーク状態に応じて調整され、調整関数はサンプリング点を用いて指定され、サンプリング点は有効電力または無効電力の値とネットワーク状態の値から成る値の組によって定義される、電力供給方法が提供される。
図５は３つのサンプリング点ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３ないしＳＴ３’の設定を示し、これにより２次多項式関数を確定することができる。第１のサンプリング点ＳＴ１には調整関数ＦＳに対する他の断片（区分関数）を配置してもよいし、第３のサンプリング点ＳＴ３ないしＳＴ３’についても同様である。代わりに、例えば双曲線正接（tanh）関数またはルート関数（Wurzelfunktion）のような他の関数を基礎とすることもできる。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、図示した形態に限定することを意図するものではなく、専ら理解を助けるためのものである。
また、本発明において、さらに以下の形態が可能である。
［形態１］
ネットワーク電圧とネットワーク周波数を有する電力供給ネットワークに少なくとも１つの風力発電装置またはウィンドパークの電力を供給する方法であって、
前記方法は有効電力および無効電力を供給するのに適合しており、
供給される有効電力は、有効電力制御を介して、ネットワーク状態に依存して調整可能であり、
供給される無効電力は、無効電力制御を介して、少なくとも１つのネットワーク状態に依存して調整可能であり、
前記有効電力制御または前記無効電力制御は供給すべき目標値を指定し、目標値はそれぞれ調整関数を介して少なくとも１つのネットワーク状態に応じて調整され、
調整関数はサンプリング点を用いて指定され、サンプリング点は有効電力または無効電力の値とネットワーク状態の値から成る値の組によって定義される、
ことを特徴とする電力供給方法。
［形態２］
調整関数は変更基準に依存して変更され、調整関数の変更は少なくとも１組の値の組を変更することによって行われる、
ことを特徴とする形態１に記載の電力供給方法。
［形態３］
調整関数は区分的に複数の区分関数から成り、２つの区分関数はサンプリング点のうちの１つで接続され、サンプリング点で同一の値をとる
ことを特徴とする形態１または２に記載の電力供給方法。
［形態４］
調整関数または調整関数に含まれる区分関数のうちの少なくとも１つは、関数の種類が
１次多項式関数、
２次多項式関数、
３次以上の多項式関数、
指数関数、
ヒステリシス関数、
三角関数、または、
その他の非線形関数である、
ことを特徴とする形態１ないし３のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態５］
調整関数または調整関数の区分関数のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つのサンプリング点と関数の種類によって決定される、
ことを特徴とする形態１ないし４のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態６］
調整関数または調整関数の区分関数のうちの少なくとも１つは、
１次多項式関数を用い、２つのサンプリング点を指定することによって決定され、または、
２次多項式関数を用い、３つのサンプリング点を指定することによって決定される、
ことを特徴とする形態１ないし５のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態７］
調整関数の変更は、
ネットワーク感度、
短絡電流比、および／または、
特に外部信号を介した、外部からの指定、
に依存して行われる、
ことを特徴とする形態１ないし６のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態８］
調整関数は、
ネットワーク電圧、
ネットワーク周波数、および／または、
ネットワーク感度、
に依存して調整される、
ことを特徴とする形態１ないし７のいずれか一に記載の電力供給方法。
［形態９］
電力供給ネットワークに電力を供給する風力発電装置であって、
形態１ないし８のいずれか一に記載の電力供給方法を使用して電力を供給する、
ことを特徴とする風力発電装置。
［形態１０］
電力供給ネットワークに電力を供給するウィンドパークであって、
形態１ないし８のいずれか一に記載の電力供給方法を使用して電力を供給する、
ことを特徴とするウィンドパーク。

Claims (10)

  1. ネットワーク電圧（Ｕ）とネットワーク周波数（ｆ）を有する電力供給ネットワーク（１２０）に少なくとも１つの風力発電装置（１００）またはウィンドパーク（１１２）の電力を供給する方法であって、
    前記方法は有効電力（Ｐ）および無効電力（Ｑ）を供給するのに適合しており、
    供給される有効電力（Ｐ）は、有効電力制御（Ｒ１、Ｒ２）を介して、ネットワーク状態（Ｕ、ｆ）に依存して調整可能であり、
    供給される無効電力（Ｑ）は、無効電力制御を介して、少なくとも１つのネットワーク状態（Ｕ、ｆ）に依存して調整可能であり、
    前記有効電力制御（Ｒ１、Ｒ２）または前記無効電力制御は供給すべき目標値を指定し、目標値はそれぞれ調整関数（ＦＳ）を介して少なくとも１つのネットワーク状態（Ｕ、ｆ）に応じて調整され、
    調整関数（ＦＳ）はサンプリング点（ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３）を用いて指定され、サンプリング点は有効電力（Ｐ）または無効電力（Ｑ）の値とネットワーク状態（Ｕ、ｆ）の値から成る値の組（｛Ｐｉ、ｆｉ｝）によって定義される、
    ことを特徴とする電力供給方法。
  2. 調整関数（ＦＳ）は変更基準に依存して変更され、調整関数の変更は少なくとも１組の値の組（｛Ｐｉ、ｆｉ｝）を変更することによって行われる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給方法。
  3. 調整関数（ＦＳ）は区分的に複数の区分関数から成り、２つの区分関数はサンプリング点のうちの１つ（ＳＴ１）で接続され、サンプリング点（ＳＴ１）で同一の値をとる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給方法。
  4. 調整関数（ＦＳ）または調整関数に含まれる区分関数のうちの少なくとも１つは、関数の種類が
    １次多項式関数、
    ２次多項式関数、
    ３次以上の多項式関数、
    指数関数、
    ヒステリシス関数、
    三角関数、または、
    その他の非線形関数である、
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力供給方法。
  5. 調整関数（ＦＳ）または調整関数の区分関数のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つのサンプリング点（ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３）と関数の種類によって決定される、
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電力供給方法。
  6. 調整関数（ＦＳ）または調整関数の区分関数のうちの少なくとも１つは、
    １次多項式関数を用い、２つのサンプリング点（ＳＴ１、ＳＴ２）を指定することによって決定され、または、
    ２次多項式関数を用い、３つのサンプリング点（ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３）を指定することによって決定される、
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電力供給方法。
  7. 調整関数（ＦＳ）の変更は、
    ネットワーク感度（ＮＳ）、
    短絡電流比（ＳＣＲ）、および／または、
    特に外部信号を介した、外部からの指定、
    に依存して行われる、
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電力供給方法。
  8. 調整関数（ＦＳ）は、
    ネットワーク電圧、
    ネットワーク周波数、および／または、
    ネットワーク感度、
    に依存して調整される、
    ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電力供給方法。
  9. 電力供給ネットワーク（１２０）に電力（Ｐ）を供給する風力発電装置（１００）であって、
    請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電力供給方法を使用して電力を供給する、
    ことを特徴とする風力発電装置（１００）。
  10. 電力供給ネットワーク（１２０）に電力（Ｐ）を供給するウィンドパーク（１１２）であって、
    請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電力供給方法を使用して電力を供給する、
    ことを特徴とするウィンドパーク（１１２）。
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