KR102607778B1 - 블랙 스타트 복원 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 기술된 실시예들은 블랙 스타트 동작들을 수행하기 위한 시스템들 및 기술들을 제공한다. 예를 들어, 일 실시예는 블랙 스타트 동작들을 수행하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 일반적으로 제어 시스템을 사용하여 교류(AC) 그리드에 전력을 제공하기 위해 풍력 단지 내 풍력 터빈을 제1 모드로 작동시키는 단계를 포함한다. 제어 시스템은 무효 전력 제어 레그(leg) 및 유효 전력 제어 레그를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 전기 그리드의 블랙 스타트를 수행하라는 지시에 기초하여 그리고 적분 동작(integral action)을 갖는 제어기를 활성화하여 풍력 터빈의 출력 전력을 증가시킴으로써, 풍력 터빈의 작동을 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하는 단계로서, 제어기는 무효 전력 제어 레그와 유효 전력 제어 레그 사이에 연결되는, 단계, 그리고 제2 모드에서 작동하는 동안 전력 그리드에 전력을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

블랙 스타트 복원
본 개시서에 제시된 실시예들은 일반적으로 전력 복원에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 그리드의 블랙 스타트를 수행하는 것에 관한 것이다.
많은 상황에서 육상 풍력 터빈 대신 해상 풍력 터빈이 바람직하다. 육지와 비교할 때 일반적으로 해양에서 더 강한 풍속이 이용 가능하기 때문이다. 또한, 해상 풍력 터빈은 나무, 언덕, 건물 등에 의해 방해 받지 않는다. 해상 풍력 터빈을 육상 그리드(수십 또는 수백 킬로미터 떨어진 곳에 위치함)에 연결하기 위해, 풍력 터빈 운영자는 고전압 직류(high-voltage direct-current; HVDC) 링크를 사용할 수 있다. 육상 그리드는 여러 요인 중 하나로 인해 정전 조건이 발생할 수 있는 육상 풍력 단지에 연결될 수 있다. 일부 경우, 전국 그리드 운영자들은 대기 전원을 할당하여, 정전 조건이 발생하는 풍력 단지의 블랙 스타트를 수행한다.
본 개시서의 일 실시예는 블랙 스타트 동작을 수행하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 일반적으로 제어 시스템을 사용하여 교류(AC) 그리드에 전력을 제공하기 위해 풍력 단지 내 풍력 터빈을 제1 모드에서 작동시키는 단계를 포함한다. 제어 시스템은 무효 전력 제어 레그(leg) 및 유효 전력 제어 레그를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 전기 그리드의 블랙 스타트를 수행하라는 지시에 기초하여 그리고 적분 동작(integral action)을 갖는 제어기를 활성화하여 풍력 터빈의 출력 전력을 증가시킴으로써, 풍력 터빈의 작동을 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하는 단계로서, 제어기는 무효 전력 제어 레그와 유효 전력 제어 레그 사이에 연결되는, 단계, 그리고 제2 모드에서 작동하는 동안 전기 그리드에 전력을 제공하는 단계를 포함한다.
본 개시서의 일 실시예는 풍력 터빈을 제공한다. 풍력 터빈은 일반적으로 무효 전력 제어 레그, 유효 전력 제어 레그 및 적분 동작을 갖는 제어기를 구비하는 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어기는 무효 전력 제어 레그와 유효 전력 제어 레그 사이에 선택적으로 연결된다. 특정 실시예들에서, 제어 시스템은 로컬 AC 그리드에 전력을 제공하기 위해 풍력 터빈을 제1 모드로 작동시키고, 전기 그리드의 블랙 스타트를 수행하라는 지시에 기초하여 그리고 상기 제어기를 활성화하여 풍력 터빈에 의해 출력된 전력을 증가시킴으로써, 풍력 터빈의 작동을 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하고, 그리고 제2 모드에서 작동하는 동안 전기 그리드에 전력을 제공하도록 구성된다.
본 개시서의 일 실시예는 풍력 터빈을 위한 제어 시스템을 제공한다. 제어 시스템은 일반적으로 프로세서, 그리고 프로세서에 의해 실행될 때 동작을 수행하는 프로그램을 저장하도록 구성된 메모리를 포함한다. 상기 동작은 제어 시스템을 사용하여 AC 그리드에 전력을 제공하기 위해 풍력 터빈을 제1 모드로 작동시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제어 시스템은 무효 전력 제어 레그 및 유효 전력 제어 레그를 포함한다. 상기 동작은 또한 전기 그리드의 블랙 스타트를 수행하라는 지시에 기초하여 그리고 적분 동작(integral action)을 갖는 제어기를 활성화하여 풍력 터빈에 의해 출력된 전력을 증가시킴으로써, 풍력 터빈의 작동을 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하는 동작으로서, 상기 제어기는 무효 전력 제어 레그와 유효 전력 제어 레그 사이에 연결되는, 동작, 그리고 상기 스위칭 동작 후에 상기 제2 모드에서 작동하는 동안 상기 전기 그리드에 전력을 제공하는 동작을 포함한다.
본 개시서의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 실시예들을 참조하여, 위에서 간략하게 요약된 본 개시서에 대해 보다 구체적인 설명이 이루어질 수 있으며, 실시예들 중 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 개시서의 전형적인 실시예들만을 도시하는 것이며 따라서 본 개시서의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 본 개시서는 다른 동등하게 유효한 실시예들을 인정할 수 있다.
도 1은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시서에 기술된 실시예에 따른 풍력 터빈의 나셀(nacelle) 및 타워 내부의 컴포넌트들의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 전력 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 풍력 터빈의 제어 시스템을 도시한다.
도 5는 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 벡터도이다.
도 6은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따라 상이한 모드에서 풍력 터빈을 작동시키기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 예시적인 블랙 스타트 동작들의 흐름도이다.
도 8은 본 개시서의 실시예에 따라 블랙 아웃 조건을 검출한 후 그리드 형성 모드를 개시하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 개시서의 일 실시예에 따라 메인 그리드의 블랙 아웃 시나리오의 검출로 인해 하나 이상의 풍력 터빈을 셧다운하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 HVDC 링크의 기능에 따라 상이한 모드들에서 동작하는 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 단지의 블록도이다.
이해를 돕기 위해, 가능한 경우 도면에 공통인 동일한 요소들을 지정하기 위해 동일한 참조번호가 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 특정한 언급없이 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있는 것으로 고려된다.
본 개시서의 특정 실시예들은 일반적으로 전력이 손실된 육상 그리드를 위한 블랙 스타트 블록 로드 소스로서 사용될 해상 풍력 터빈 단지 어레이(offshore wind turbine park array), 해상 변전소 및 전력 이출(export) 케이블에 전력을 공급하는 기술에 관한 것이다. 일 실시예에서, 해상 풍력 터빈 단지는 정전된 물리적 섬들, 더 큰 메쉬 그리드(meshed grid) 내의 다른 해상 풍력 단지 유닛들 및/또는 서로 다른 동기 구역들 사이에서 고전압 직류(high-voltage direct-current; HVDC)에 연결된 다른 해상 풍력 단지(들)에 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
도시 인프라의 거의 모든 측면에서 전력 의존성이 증가함에 따라, 종속 고장(cascaded fault)으로 인해 발생할 수 있는 전력 손실(블랙 아웃)을 가능한 빨리 복원하는 것이 중요하다. 따라서 많은 국가의 전국 그리드 운영자들은 일반적으로 30-40 메가 와트(MW)의 블록 로드를 공급할 수 있고 무효 전력 기능을 갖춘 대기 전원을 할당하여, (예를 들어, 석탄 또는 가스 플랜트를 사용하여) 2시간 이내에 전기 그리드의 블랙 스타트를 수행하고, 정전된 영역들을 그리드의 나머지 영역과 재-동기화하기 전에 정전 영역들에서 전력을 복구한다.
화력 발전소를 셧다운할 계획으로, 가까운 미래에 대기 전원의 수가 줄어들 수 있다. 본 개시서의 특정 실시예들은 일반적으로 해안선을 가로질러 널리 퍼져 있는 육상 접속점(point of common coupling; PCC)들을 갖는 해상 풍력 단지로부터 블랙 스타트 전력을 공급함으로써 이 공극을 채우는 기술에 관한 것이다. 많은 해상 풍력 단지는 연중 시간에 따라 다를 수 있지만 60MW 이상의 블록 로드 블랙 스타트 전력을 제공할 수 있다.
본 개시서의 특정 실시예들은 블랙 스타트 동작들에 사용될 HVDC 링크에 전력을 제공하도록 구성된 해상 풍력 터빈을 위한 제어 시스템을 제공한다. 어떤 경우에는, 중앙 제어 시스템을 사용하는 대신, 각 풍력 터빈에 개별 제어 시스템이 있을 수 있다. 정상 작동 동안, 풍력 터빈들의 제어 시스템은 풍력 터빈이 전압 및 주파수가 고정된 강력한(stiff) 메인 그리드에 전류를 주입하는 그리드-추종 모드(grid-following mode)에서 작동할 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 메인 그리드에 정전 조건이 발생할 수 있으며, 그 후에, 제어 시스템은 두 가지 모드로 작동할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 그리드-형성 모드(grid-forming mode)로 지칭될 수 있는 제1 모드에서 작동될 수 있으며, 여기서, 풍력 터빈은 풍력 터빈 출력에서 주어진 주파수에서 자신의 전압을 생성하도록 스위칭한다. 그리드 형성 모드에서, 풍력 터빈(그리고 이어서 전체 풍력 단지)은 자체 로컬 그리드를 형성한다. 그리드 형성 모드를 사용하면, 풍력 터빈은 고전적인 전기 그리드(예를 들어, 메인 그리드)로부터 격리되기 때문에 본 명세서에서 아일랜드 모드(island mode)로 지칭되는 모드에 있는 것으로 간주될 수 있다. 아일랜드 모드에서, 풍력 단지 내 풍력 터빈들은 자신에게 보조 전력을 제공하거나 풍력 단지 플랫폼 하드웨어에 보조 전력을 제공할 수 있다. 아일랜드 모드는 풍력 터빈이 HVDC 링크 또는 HVAC 링크에서 전력을 전송하지 않을 때 사용될 수 있다. 대신, 아일랜드 모드는 단지의 풍력 터빈들이 터빈 요잉(yawing), 냉각 펌프, 송풍기, 에어컨 부하, UPS 및 전자 부하와 같은 보조 제어를 위한 전력을 생성할 수 있도록 한다. 다른 예에서, 풍력 터빈들은 로컬 AC 그리드에 연결될 수 있고, 아일랜드 모드를 사용하여 로컬 그리드에 전력을 출력할 수 있다. 제어 시스템은 또한 고전력 모드로 지칭될 수 있는 제2 모드에서 동작할 수 있다. 고전력 모드에서, 풍력 터빈은 HVDC 링크에 전력을 공급하여 블랙 스타트 작업들을 수행하기 위해 출력 전력을 증가시킨다.
일 실시예에서, 아일랜드 모드와 고전력 모드 사이를 스위칭하기 위해, 풍력 터빈은 제어 시스템에서 무효 전력 제어 레그와 유효 전력 제어 레그 사이에 연결된 비례-적분(PI) 제어기를 활성화시킨다. PI 제어기는 원하는 유효 전력 값과 풍력 터빈에 의해 생성된 실제 유효 전력 값 사이의 차이를 입력으로서 수신하고 대응하는 전압 조정을 출력한다. 그 다음, 이 전압 조정은 무효 전력 제어 레그에서 사용되어 전압 값의 크기를 변경한다. 일 실시예에서, 아일랜드 모드에서 고전력 모드로 스위칭할 때, 풍력 터빈은 풍력 터빈의 출력 전력을 증가시키는 PI 제어기를 활성화시킨다.
예시적 실시예들
도 1은 수평축 풍력 터빈 발전기(100)의 개략도를 도시한다. 풍력 터빈 발전기(100)는 일반적으로 타워(102) 및 타워(102)의 상단에 위치한 풍력 터빈 나셀(nacelle)(104)을 포함한다. 풍력 터빈 로터(106)는 나셀(104)로부터 연장되는 저속 샤프트를 통해 나셀(104)과 연결될 수 있다. 풍력 터빈 로터(106)는 로터 평면에서 회전하는 공통 허브(110)에 장착된 3개의 로터 블레이드들(108)을 포함하지만, 1, 2, 4, 5 또는 그 이상의 블레이드와 같은 임의의 적절한 수의 블레이드를 포함할 수 있다. 블레이드들(108)(또는 에어포일(airfoil))은 각각 바람에 대면하기 위한 리딩 에지(112), 블레이드들(108)을 위한 코드(chord)의 반대쪽 단부의 트레일링 에지(114), 팁(116) 및 임의의 적절한 방식으로 허브(110)에 부착하기 위한 루트(118)를 갖는 공기 역학적 형상을 갖는다.
일부 실시예들에서, 블레이드들(108)은 피치 베어링들(120)을 사용하여 허브(110)에 연결될 수 있으며, 이로써, 각각의 블레이드(108)는 길이 방향 축을 중심으로 회전하여 블레이드의 피치를 조절할 수 있다. 로터 평면에 대한 블레이드(108)의 피치 각도는, 예를 들어 허브(110)와 블레이드들(108) 사이에 연결된, 선형 액추에이터들, 유압 액추에이터들 또는 스테퍼 모터에 의해 제어될 수 있다.
도 2는 풍력 터빈 발전기(100)의 나셀(104) 및 타워(102) 내부의 전형적인 컴포넌트들의 개략도를 도시한다. 바람(200)이 블레이드들(108)을 밀 때, 로터(106)는 저속 샤프트(202)를 스피닝 및 회전시킨다. 기어 박스(204)의 기어는 저속 샤프트(202)의 낮은 회전 속도를, 발전기(206)를 사용하여 전기를 생성하기에 적합한 고속 샤프트(208)의 비교적 높은 회전 속도로 기계적으로 변환한다.
제어기(210)는 샤프트들(202, 208) 중 하나 또는 둘 모두의 회전 속도를 감지할 수 있다. 제어기가 샤프트(들)가 너무 빠르게 회전한다고 결정하면, 제어기는 샤프트의 회전을 늦추기 위해 제동 시스템(212)에 신호를 줄 수 있으며, 이는 로터(106)의 회전을 느리게한다 - 즉, 분당 회전 수(RPM)를 감소시킨다. 제동 시스템(212)은 풍력 터빈 발전기(100)의 컴포넌트들에 대한 손상을 방지할 수 있다. 또한, 제어기(210)는 풍속계(214)(풍속을 제공함) 및/또는 풍향계(216)(풍향을 제공함)로부터 입력들을 수신할 수도 있다. 수신된 정보에 기초하여, 제어기(210)는 블레이드들의 피치(218)를 조정하기 위해 하나 이상의 블레이드(108)에 제어 신호를 전송할 수 있다. 풍향에 대하여 블레이드들의 피치(218)를 조정함으로써, 로터(그리고 이에 따라 샤프트들(202, 208))의 회전 속도가 증가 또는 감소될 수 있다. 풍향에 기초하여, 예를 들어, 제어기(210)는 타워(102)에 대해 나셀(104)을 회전시키기 위해 요 모터(220) 및 요 드라이브(222)를 포함하는 어셈블리에 제어 신호를 전송할 수 있으며, 이로써, 로터(106)는 더 많은(또는 특정 상황에서는, 더 적은) 바람을 향하도록 위치될 수 있다.
도 3은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 전력 시스템(300)의 블록도이다. 전력 시스템(300)은 교류(AC) 그리드(331)를 통해 접속점(point of common coupling; PCC)(330)에서 이출 케이블(335)에 연결된 풍력 터빈들(100A-100C)을 포함한다. 그 다음, 이출 케이블(335)은 그리드(345)에 연결된다. 일 실시예에서, 풍력 터빈들(100)은 해상 풍력 단지에 위치하고 그리드(345)는 육상 전기 그리드이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 풍력 단지와 그리드(345)는 모두 육지에 있을 수 있다. 즉, 본 명세서에 기술된 실시예들은 해상 풍력 단지에 제한되지 않고 블랙 스타트를 수행하기 위해 육상 풍력 단지에 의해 사용될 수 있다.
풍력 터빈(100A)은 AC 전력을 생성하기 위한 발전기(206), 발전기(206)에 의해 제공되는 AC 신호들을 원하는 주파수로 변환하기 위한 전력 변환기(305) 및 변환기(305)의 출력으로부터 노이즈 및 고조파를 제거하기 위한 필터(320)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전력 변환기(305)는 직류(DC) 버스(312)를 통해 함께 연결된 발전기측 변환기(310) 및 그리드측 변환기(315)를 포함한다. 일 실시예에서, 발전기측 변환기(310)는 발전기(206)에 의해 제공되는 AC 신호들을 DC 버스(312)상에서 전송되는 DC 전력으로 변환하는 복수의 스위치들(예를 들어, 전력 트랜지스터들)을 포함한다. 그리드측 변환기(315)는 DC 전력을 수신하고 스위치들을 사용하여, DC 전력을 원하는 주파수(예를 들어, 50Hz 또는 60Hz)를 갖는 AC 전력(예를 들어, 3상 AC 전력)으로 다시 변환한다. 도시되지는 않았지만, 풍력 터빈들(100B 및 100C)은 풍력 터빈(100A)과 유사한 배열을 가질 수 있다. 풍력 터빈들(110A, 100B 및 100C)은 케이블 어레이를 사용하여 연결될 수 있다.
풍력 터빈(100A)은 교류(AC) 그리드(331)를 통해 풍력 터빈(100A)을 PCC(330)에 연결하는 터빈 변압기(325)를 포함한다. 일 실시예에서, 그리드 변압기(325)는 풍력 터빈(100A) 내에, 예를 들어 타워 내에 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 풍력 터빈들(100B 및 100C)은 또한 각각의 터빈 변압기를 사용하여 교류(AC) 그리드(331) 및 PCC(330)에 연결될 수 있다.
터빈 변압기들의 출력들은 로컬 AC 그리드를 형성한다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제1 작동 모드(예를 들어, 아일랜드 모드)에서, 하나 이상의 풍력 터빈(100)은 로컬 AC 그리드에 연결된 부하(350)에 전력을 제공한다. 예를 들어, 풍력 터빈(100)이 해상에 위치될 수 있지만, 터빈들(100)은 근처에 위치하는 대륙(nearby populated land mass)과 같은 로컬 로드(350)에 연결될 수 있다. 따라서, 풍력 터빈들(100)이 그리드(345)상에서 전력을 전달하지 않는 경우에도, 풍력 터빈들(100)은 로컬 로드(350)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 아일랜드 모드에 있을 때, 하나 이상의 풍력 터빈들(100)은 단지 내의 나머지 터빈들(100)에 보조 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 풍력 터빈들(100)은 나머지 터빈들(100)을 요잉하거나 터빈들(100)에서 펌프를 작동시키기 위한 보조 전력을 제공하기 위해 아일랜드 작동 모드를 사용하여 전력을 계속 생성할 수 있다. 따라서, 풍력 터빈들이 그리드(345)에 전력을 제공하지 않을 때 보조 전력을 제공하기 위해 해상 풍력 단지에 대안적인 전원 공급 장치들(예를 들어, 디젤 발전기)를 가질 필요가 없다. 특정 실시예들에서, 블랙 스타트 작동을 위해 그리드(345)에 전력을 제공하기 위해, 풍력 터빈들(100)은 제2 작동 모드(예를 들어, 고전력 모드)로 스위칭하여, 블랙 스타트 작동을 위해 그리드에 전력을 제공하는데 필요한 임계 전압을 초과하도록 PCC(330)에서의 이들의 결합된 전력 출력을 증가시킨다. 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭할 때 그리드 결함이 발생한다면, 결함이 검출될 때 제3 모드로 스위칭하는 것이 유리할 수 있으며, 여기서 제3 모드는 터빈이 그리드를 따라 최대 전류를 제공하지 않고 요청된 전류만 제공하도록 전류 제한을 포함한다. 따라서 스스로 보호한다.
도 4는 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 풍력 터빈의 제어 시스템(400)을 도시한다. 일 실시예에서, 풍력 단지 내의 각 풍력 터빈은 도 4에 따라 설명된 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템(400)은 풍력 터빈 제어기에 의해 제어될 수 있고, 단독 소프트웨어, 단독 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 요소들의 일부 혼합을 사용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 시스템(400)은 하나 이상의 프로세서들 및 메모리를 포함하는 컴퓨팅 시스템을 사용하여 구현된다.
제어 시스템(400)의 하나의 이점은 그것이 풍력 단지의 개별 풍력 터빈에서 제어 시스템들(400) 간의 고속 데이터 통신을 사용할 수 없다는 것이다. 즉, 개별 풍력 터빈 내의 제어 시스템들(400)은 작동 중에 동기화될 필요는 없지만, 개별 제어 시스템들(400)은 중앙 풍력 단지 제어기로부터 기준 설정점을 수신할 수 있다. 상이한 제어 시스템들(400) 사이의 통신을 요구하지 않음으로써, 제어 시스템(400)의 신뢰성이 증가된다. 더욱이, 제어 시스템(400)은 풍력 터빈들의 제어 시스템들 간의 통신을 필요로 하는 시스템들과 달리, 작동을 위해 위상 동기 루프(phase locked loop; PLL)를 필요로 하지 않는다.
제어 시스템(400)은 무효 전력 제어 레그(leg)(485) 및 유효 전력 제어 레그(480)를 구비한다. 무효 전력 제어 레그(485)는 풍력 단지 제어기로부터 원하는 무효 전력 값(QD) 및 그리드측 변환기(315)의 출력에서 생성되는 현재 무효 전력을 나타내는 실제 무효 전력 값(QA)을 수신한다. 실제 무효 전력 값(QA)은 옵션의 필터(405)를 통과하고 원하는 무효 전력 값(QD)과 함께 제1 가산기(410)에 제공된다. 제1 가산기(410)는 원하는 무효 전력 값(QD)(즉, 풍력 단지 제어기가 풍력 터빈이 출력했으면 하는 무효 전력)과 풍력 터빈으로부터 현재 출력된 실제 무효 전력(QA) 간의 차이를 결정한다. 이 차이는 풍력 터빈의 출력 전압을 조정하기 위해 사용된 전압 조정 값(VADJ)을 출력하는 전압 룩업 모듈(415)에 입력된다. 일 실시예에서, 전압 룩업 모듈은 원하는 무효 전력 값과 실제 무효 전력 값 간의 각각의 차이에 매핑되는 복수의 증분 전압 값들을 포함한다. 다양한 풍력 터빈들에서 각각의 제어 시스템(400)에 대한 복수의 전압 값들은 상이하거나 동일한 전압 값일 수 있다. 즉, 하나의 풍력 터빈에서의 전압 룩업 모듈(415)에 대한 전압 값들은 제2 풍력 터빈에서의 전압 값들과 상이할 수 있다.
제2 가산기(420)는 전압 조정 값(VADJ)을 공칭 전압(VN)(풍력 단지 제어기에 의해 제공될 수 있음)에 가산하여, 크기 전압(magnitude voltage)(VMAG)을 출력한다. 제2 가산기(420)는 또한 적분 동작을 갖는 제어기, 예를 들어, PI 제어기(465)에 연결된다. PI 제어기(465)에 관해서는 후술될 것이다. 크기 전압(VMAG)은 옵션의 필터(425)를 통해 3상 변압 모듈(430)로 전달된다. 일반적으로, 3상 변압 모듈(430)은 유효 전력 제어 레그(480)에 의해 출력된 전압 계수 각도(θW) 및 크기 전압(VMAG)을 그리드측 변환기(315)에 대한 제어 신호들로 변환한다. 달리 말하면, 변압 모듈(430)은 대응하는 3상 AC 전압 신호들을 출력하기 위해 그리드측 변환기(315)에서 스위치들(예를 들어, 전력 트랜지스터들)을 작동시키는 제어 신호들을 생성하기 위해 무효 전력 제어 레그(485) 및 유효 전력 제어 레그(480)의 출력들을 사용한다.
유효 전력 제어 레그(480)에서, 제어 시스템(400)은 풍력 단지 제어기로부터 원하는 유효 전력 값(PD) 및 그리드측 변환기(315)에 의해 출력된 현재 유효 전력을 나타내는 실제 유효 전력 값(PA)을 수신한다. 실제 유효 전력 값(PA)은 옵션의 필터(435)를 통과한다. 제3 가산기(440)는 원하는 유효 전력 값(PD)을 실제 유효 전력 값(PA)과 비교하여 그 차이를 출력한다. 이 차이는 대응하는 각도 조정(ωV)을 출력하는 각도 룩업 모듈(445)에 제공된다. 각도 룩업 모듈(445)은 실제 유효 전력 값(PA)과 원하는 유효 전력 값(PD) 간의 각각의 차이에 대응하는 복수의 증분 각도 조정 값들을 포함할 수 있다. 각도 룩업 모듈(445)에 저장된 각도 조정 값들은 단지 내의 상이한 풍력 터빈들에 대해 동일하거나 상이할 수 있다.
각도 룩업 모듈(445)에 의해 출력된 각도 조정(ωV)은 제4 가산기(450)로 전달되며, 제4 가산기(450)는 각도 조정(ωV)을 풍력 단지 제어기로부터 수신된 원하는 각도(ωD)와 결합한다. 무효 전력 제어 레그(485)에 의해 출력된 크기 전압(VMAG)은 그리드측 변환기(315)에 의해 생성된 AC 신호의 크기를 제어하지만, 각도들(ωV 및 ωD)은 AC 신호들의 주파수를 제어한다. 예를 들어, 원하는 각도(ωD)는 로컬 AC 그리드의 원하는 주파수(예를 들어, 50Hz)를 나타낼 수 있다. 제어 시스템(400)은 각도 조정(ωV)을 사용하여 그리드측 변환기에 의해 생성된 유효 전력을 증가 또는 감소시켜서, 원하는 유효 전력 값(PD)과 매치시킨다.
제4 가산기(450)는 결합된 각도(ωV*)를 적분기(455)에 출력하고, 적분기(455)는 전압 계수 각도(voltage factor angle)(θW)를 출력한다. 크기 전압(VMAG)과 함께 전압 계수 각도(θW)는 그리드측 변환기(315)에 의해 출력된 3상 AC 신호의 크기 및 주파수를 설정하는 제어 신호를 생성하기 위해 3상 변압 모듈(430)에 의해 사용된다.
제어 시스템(400)은 또한 제3 가산기(440)의 출력을 PI 제어기(465)에 선택적으로 연결하는 스위치(460) 및 제1 가산기(410)의 출력을 무효 전력 조정기(475)에 선택적으로 연결하는 스위치(470)를 포함한다. 아일랜드 모드에서 동작할 때, 스위치들(460 및 470)은 개방되어 PI 제어기(465) 및 무효 전력 조정기(475)를 비활성화하며, 이로써, 이러한 컴포넌트들이 무효 전력 제어 레그(485) 및 유효 전력제어 레그(480)에 의해 생성된 전압 계수 각도(θW) 및 크기 전압(VMAG)에 영향을 미치지 않게 한다. 그러나, PI 제어기(465) 및 무효 전력 조정기(475)가 비활성화 되더라도, 제어 시스템(400)은 여전히 로컬 AC 그리드에 연결된 로컬 로드에 전력을 공급하기 위해 AC 신호를 생성할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 아일랜드 모드에서, 그리드측 변환기(315)는 로컬 AC 그리드에 연결된 근처에 밀집된 대륙을 위한 AC 전력을 출력할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 단지 내의 하나 이상의 풍력 터빈은 단지 내의 나머지 풍력 터빈에 대한 보조 전력을 생성할 수 있다. 즉, 일부 풍력 터빈들은 셧다운될 수 있지만(즉, 전력을 생성하지 않을 수 있지만), 다른 풍력 터빈들은 셧다운된 터빈들을 위한 보조 전력을 제공하기 위해 아일랜드 모드로 작동할 수 있다.
일 실시예에서, 아일랜드 모드에서 동작할 때, 제어 시스템(400)은 풍력 터빈에 출력되는 실제 전력(즉, 실제 무효 및 유효 전력 값들(QA 및 PA))을 원하는 전력 값들(즉, 원하는 무효 및 유효 전력 값들(QD 및 PD))로 설정하지 못할 수 있다. 대신, 풍력 터빈에 의해 출력되는 실제 전력은 터빈의 로컬 로드에 의해 결정된다.
아일랜드 모드에서 고전력 모드로 스위칭하기 위해, 제어 시스템(400)은 스위치들(460 및 470)을 폐쇄하며, 이에 의해, PI 제어기(465) 및 무효 전력 조정기(475)의 입력들을 각각 유효 전력 제어 레그(480) 및 무효 전력 제어 레그(485)에 연결한다. 제어 시스템(400)은 적분 동작을 갖는 제어기(예를 들어, PI 제어기(465))와 무효 전력 조정기(475)의 입력들을 각각의 레그들(480, 485)에 연결하기 위한 스위치들을 도시하지만, PI 제어기(465) 및 무효 전력 조정기(475)에 전달된 전력을 켜고 끄는 것과 같은 다른 활성화 수단들이 사용될 수 있다.
스위치(460)가 닫히면, PI 제어기(465)는 제3 가산기(440)로부터, 원하는 유효 전력 값(PD)과 실제 유효 전력 값(PA) 간의 차이를 수신한다. PI 제어기가 도시되어 있지만, PI 제어기(465) 또는 비례-적분-미분(proportion-integral-derivative; PID) 제어기와 같은 적분 동작을 갖는 임의의 제어기가 사용될 수 있다. 다시 말해서, 도시된 제어기(465)는 적분 동작을 갖는 제어기이다. PI 제어기(465)는 실제 유효 전력 값(PA)이 원하는 유효 전력 값(PD)과 매치할 때까지 크기 전압(VMAG)에 추가된 조정 전압을 출력한다. 일 실시예에서, PI 제어기(465)는 무효 전력 제어 레그(485)로 하여금, 그리드측 변환기(315)에 의해 생성된 AC 신호들의 크기가 블랙 스타트 동작을 위한 전압 설정에 도달할 때까지 그 크기를 증가시키게 한다. 제어 시스템(400)은 풍력 단지 제어기에 의해 설정된 풍력 터빈의 출력 전력을 제어하기 위해 PI 제어기(465)를 계속 사용할 수 있다. 즉, 아일랜드 모드에 있을 때와 달리, 고전력 모드에서, 제어 시스템(400)은 블랙 스타트 동작을 위해 원하는 전력과 매치하도록 출력 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 풍력 단지 제어기가 새로운 원하는 유효 전력 값(PD)을 전송하면, PI 제어기(465)는 원하는 유효 전력을 출력하기 위해 AC 신호들의 크기를 조정할 수 있다.
고전력 모드에서 동작할 때 PI 제어기(465)를 활성화하는 것 외에도, 제어 시스템(400)은 스위치(470)를 닫음으로써 무효 전력 조정기(475)를 활성화시킨다. 일반적으로, 무효 전력 조정기(475)는 PCC에 연결된 풍력 터빈들 사이에서 순환 무효 전력의 형성을 방지한다. 각 터빈이 생산하는 무효 전력량에 따라 무한한 수의 솔루션이 있기 때문에 순환하는 무효 전력이 발생할 수 있다. 스위치(470)가 닫힐 때, 가산기(410)에 의해 출력된 실제 무효 전력 값(QA)과 원하는 무효 전력 값(QD) 간의 차이(또는 에러)는 무효 전력 조정기(475)에 제공된다. 결과적으로, 무효 전력 조정기(475)는 가산기(450)로 전송되는 각도 값을 출력한다. 즉, 각도 값은 각도 조정(ωV) 및 원하는 각도(ωD)에 더해져서, 결합된 각도 전압 계수 각도(ωV*)를 생성한다. 원하는 무효 전력 값(QD)과 실제 무효 전력 값(QA) 간의 큰 차이는 풍력 터빈이 너무 많은 무효 전력을 생성하고 있음을 의미한다. 따라서, 무효 전력 조정기(475)에 의해 생성된 각도 값은 제어 시스템(400)으로 하여금 그리드측 변환기(315)에 의해 출력되는 무효 전력을 감소시키게 한다. 반대로, 원하는 무효 전력 값(QD)과 실제 무효 전력 값(QA) 간의 작은 차이는 풍력 터빈이 무효 전력을 너무 적게 생성한다는 것을 의미한다. 이에 응답하여, 무효 전력 조정기(475)는 터빈에 의해 생성되는 무효 전력을 증가시킨다. 풍력 터빈의 각각의 제어 시스템(400)이 무효 전력 조정기(475)를 포함한다면, 이는 풍력 터빈들이 그들 사이에서 무효 전류의 발생을 공유하는 것을 야기하고, 순환하는 무효 전류의 가능성을 완화시킨다.
도 5는 본 개시서에서 설명된 실시예에 따른 벡터도(500)이다. 벡터(VF)는 PCC에서의 공통 전압을 나타내며, 벡터들(VW1, VW2, IW1 및 IW2)은 단지에서 2개의 풍력 터빈들, 즉 풍력 터빈 1(W1) 및 풍력 터빈 2(W2)에 대한 각각의 전압 및 전류를 나타낸다. 2개의 전류 벡터들(IW1 및 IW2)은 2개의 풍력 터빈들이 상이한 무효 전력을 생성하는 것을 보여준다. 구체적으로, 풍력 터빈 2는 풍력 터빈 1보다 더 많은 무효 전력을 제공하며, 이는 전압 벡터(VW2)가 너무 크다는 것을 의미한다. 달리 말하면, 벡터(VF)와 벡터(VW2) 사이의 각도는 최적이 아니다. 도 4에서 전술한 바와 같이, 제어 시스템(400)은 VF와 VW2 사이의 각도가 VF와 VW1 사이의 각도에 더 가깝도록 풍력 터빈 2의 출력을 조정할 수 있는 무효 전력 조정기(475)를 포함한다. 결과적으로, 무효 전력 출력은 풍력 터빈들에 의해 보다 동등하게 공유되며, 이는 풍력 터빈들 사이의 순환 무효 전류를 방지할 수 있다.
도 6은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따라 상이한 모드에서 풍력 터빈을 작동시키기 위한 방법(600)의 흐름도이다. 블록(605)에서, 풍력 단지 제어기는 하나 이상의 풍력 터빈들 각각의 제어 시스템이 제1 모드(예를 들어, 아일랜드 모드, 또는 그리드 형성 모드로 지칭됨)로 작동하여 로컬 AC 그리드에 전력을 제공하도록 지시한다. 일부 경우에, 풍력 터빈들은 메인 그리드가 정전 조건을 경험했다는 결정에 응답하여 제1 모드에서 작동할 수 있고, 따라서 하나 이상의 풍력 터빈에 보조 전력을 제공하기 위해 로컬 AC 그리드를 형성한다. 일 실시예에서, 풍력 단지 제어기는 풍력 터빈들의 서브세트에게 제1 모드에서 작동하도록 지시한다. 예를 들어, 전력을 발생시키지 않는 나머지 터빈들에 대한 보조 전력을 생성하기 위해, 단지 내의 일부 터빈들만이 제1 모드에서 작동될 수 있다. 대안적으로, 단지 내의 모든 터빈들은 제1 모드에서 작동되어 로컬 AC 그리드에 전력을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 로컬 AC 그리드는 또한 섬과 같은 근처에 위치한 토지에 전력을 제공할 수 있다.
블록(610)에서, 풍력 단지 제어기는 이출 케이블을 충전함으로써 블랙 스타트 동작을 준비할지 여부를 결정하고, 그렇다면, 방법(600)은 블랙 스타트 동작을 위해 그리드에 전력을 제공하기 위해 블록(615)으로 진행한다. 일 실시예에서, 블랙 스타트 동작들을 활성화시키는 결정은 그리드의 전송 시스템 운영자(transmission system operator; TSO)로부터의 명령에 기초할 수 있다. 그렇지 않으면, 방법(600)은 하나 이상의 풍력 터빈들이 계속 제1 모드에서 작동하는 블록(605)으로 복귀한다.
블록(615)에서, 풍력 단지 제어기는 풍력 터빈 제어기(예를 들어, 도 4의 제어 시스템(400))에서 유효 제어 레그 및 무효 제어 레그 사이의 PI 제어기를 활성화함으로써 적어도 하나의 풍력 터빈이 제2 모드로 작동하도록 지시한다. 일 실시예에서, PI 제어기는 풍력 터빈 제어기의 무효 제어 레그에서 결정된 실제 무효 전력 값과 원하는 무효 전력 값 간의 차이(또는 오차)를 사용하여, 터빈 제어기의 유효 제어 레그에 사용되는 전압 조정을 생성한다. 전압 조정은 블랙 스타트 동작에 충분한 전력을 제공하기 위해 풍력 터빈에 의해 생성된 AC 전압의 크기를 증가시킨다. 블록(620)에서, 하나 이상의 풍력 터빈은 도 8과 관련하여 더 상세히 설명된 바와 같이 블랙 스타트 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 도 8과 관련하여 기술된 블랙 스타트 동작들은 가용 풍력(available wind) 및 TSO에 의해 지시된 블록 로드 전력 설정에 따라 전압 및 주파수를 형성하여 필요한 수의 풍력 터빈에 전원을 공급한 후에 수행될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 풍력 터빈의 제1 작동 모드는 일반적으로 메인 그리드가 정전 조건을 경험한 후 풍력 터빈(및 후속적으로 전체 풍력 단지)이 자체 로컬 그리드를 형성하는 그리드 형성 모드를 지칭한다. 그리드 형성 모드를 사용하면, 풍력 터빈은 고전적인 전기 그리드(예를 들어, 메인 그리드)로부터 격리되기 때문에 본 명세서에서 아일랜드 모드(island mode)로 지칭되는 모드에 있는 것으로 간주될 수 있다. 또한, 풍력 터빈의 제2 작동 모드는 일반적으로 고전력 모드를 말하며, 이 경우 풍력 터빈은 메인 그리드에 전력을 제공함으로써 블랙 스타트 동작들을 수행하기 위해 출력 전력을 증가시킨다.
도 7은 본 개시에서 설명된 실시예에 따른, 도 6의 블록(620)에 대응하는 예시적인 블랙 스타트 동작들의 흐름도이다. 블록(710)에서, 풍력 단지 제어기는 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(400))으로 하여금, 해상 풍력 단지를 그리드 변전소에 연결하기 위해 사용되는 이출 케이블에 전력을 공급하도록 지시한다. 일 실시예에서, 이출 케이블 통전(energization)은 도 4와 관련하여 설명된 바와 같이 제어 시스템(400)을 사용하여 풍력 터빈 출력 전압을 점진적으로 증가시킴으로써 수행된다. 일단 이출 케이블에 전원이 공급되면, 해상 풍력 단지는 블랙 스타트 모드에 있고, 육상 PCC 단로기(예를 들어, 차단기)를 닫음으로써 육상 그리드에 연결하기 위해 (예를 들어, 단지 제어기를 통한) TSO 명령을 기다린다. 예를 들어, 블록(720)에서, PCC 단로기(예를 들어, 차단기)가 닫혀있음을 나타내는 표시가 TSO로부터 수신될 수 있다. 블록(730)에서, 블랙 스타트 동작을 위해 제공될 유효 전력(P) 및 무효 전력(Q)의 양을 나타내는 표시가 TSO로부터 수신될 수 있고, 블록(740)에서 유효 전력(P) 및 무효 전력(Q)은 메인 그리드에 점진적으로 에너지 공급하여 복원하기 위해, 수신된 TSO 표시에 따라 선주파수로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 블랙 스타트 동작들을 위한 전력을 제공할 때, 현재 블랙 스타트 동작들을 위한 전력을 제공하지 않는 풍력 터빈은 풍력 터빈을 PCC에 연결하기 전에 블랙 스타트 동작들을 위한 전력을 제공하는 풍력 터빈과 동기화된다. 예를 들어, 새로운 풍력 터빈을 PCC에 전기적으로 연결할 때, 새로운 터빈의 제어 시스템에서 각도(ω)가 동기화되지 않으면, 새로운 풍력 터빈을 이미 전력을 생성하는 풍력 터빈들에 연결할 때 단락이 발생할 수 있다. 따라서, 새로운 터빈을 추가하기 전에, 그 제어 시스템은 그 각도(ω)의 값을, 이미 블랙 스타트 동작들을 위한 전력을 제공하는 풍력 터빈들의 제어 시스템들에서 사용된 동일한 각도 값과 동기화할 수 있다. 도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 새로운 터빈의 적분기(455)의 초기 값은 로컬 AC 그리드의 낮은 쪽의 전압의 위상을 측정함으로써 도출된다. 적분기(455)를 초기 값으로 초기화함으로써, 새로운 터빈은 현재 연결된 풍력 터빈들과 동일한 각도를 가지므로, 새로운 터빈이 PCC에 연결될 때, PCC에서의 전력이 증가되고 단락이 방지된다. 이 동기화 프로세스를 반복하여 원하는 대로 추가 풍력 터빈을 PCC에 연결할 수 있다.
도 6으로 돌아가서, 블록(625)에서, 풍력 단지 제어기는 풍력 터빈들이 제2 작동 모드로 유지되어야 하는지 여부를 결정한다. 예를 들어, 블록(630)에서, 풍력 단지 제어기는 메인 그리드가 정전 시나리오에 있는 한 개별 제어 시스템들을 고전력 모드로 유지할 수 있다. 그러나, 메인 그리드가 복구된 경우(예를 들어, 더 이상 정전 상태가 아닌 경우), 블록(635)에서, 풍력 단지 제어기는 개별 제어 시스템들에게 PI 제어기를 비활성화하도록 지시한다.
본 명세서의 실시예들은 풍력 터빈들의 개별 제어 시스템에 명령들(예를 들어, 제1 모드 및 제2 모드 사이를 스위칭하기 위한 명령들, 원하는 유효 및 무효 전력 값들을 포함하는 명령들, 전력 축소 명령들 등)을 전송하는 중앙 풍력 단지 제어기를 설명하지만, 개별 제어 시스템들은 제어 시스템과 풍력 단지 제어기 간의 통신 연결이 끊어지더라도 작동할 수 있다.
경우에 따라, 메인 그리드에 부분 정전이 발생할 수 있으며, 해상 풍력 단지로부터의 추가적인 유효/무효 전력 지원이 필요한 메인 그리드에서 저전력 신호를 유지할 수 있다. 이 경우, 제2 모드(예를 들어, 고전력 모드)에서 작동하는 풍력 단지는 (예를 들어, 위상 동기 루프(PLL)를 사용하여) 메인 그리드 주파수 및 위상 각도를 획득(예를 들어, 결정)할 수 있고, 그리고 풍력 단지 운영자가 요청한 대로 블록 로드들에 전력을 공급하기 전에 해상 풍력 단지 출력 전력 신호의 주파수와 위상을 메인 그리드 주파수 및 위상과 동기화한다.
일 실시예에서, 풍력 단지 제어기는 블랙 스타트 동작들을 수행하기 위해 해상 풍력 단지 내 모든 풍력 터빈들에 전력을 공급하지 않을 수 있다. 예를 들어, 풍력 단지 제어기는 메인 그리드를 블랙 스타트하기에 충분한 전력을 제공하기 위해 필요한 만큼의 최소 수의 풍력 터빈들에 전력을 공급할 수 있다. 몇몇 경우에, 풍력 단지 제어기는 풍력 단지에서 서로 가장 멀리 퍼져 있는 2개 이상의 풍력 터빈들에 전력을 공급하여, 후류 영향(wake effect)을 줄이고, TSO에 의해 표시된 요청된 블랙 스타트 블록 로드 값에 대한 풍속의 최소 변동으로 바람 포획을 증가시킬 수 있다. 풍속 시간 슬롯의 정확한 예측과 결합된 이 기술은 블랙 스타트 블록 로드들을 제공하기 위해 해상 풍력 발전 가용성을 높일 수 있다.
도 8은 본 개시서의 실시예에 따라 그리드 형성 모드를 개시하기 위한 방법(800)을 설명하는 흐름도이다. 블록(802)에서, 해상 풍력 터빈이 메인 그리드의 블랙 스타트 동작들에 사용될 것임을 나타내는 신호가 TSO로부터 수신될 수 있다. 블록(804)에서, 해상 풍력 단지 내의 풍력 터빈의 내부 전력 소비는 UPS로 전환된다. 예를 들어, UPS로부터 수신된 전력은 전자 장치들을 충전하고, 풍력 터빈의 DC 링크를 사전 충전하고, 해상 풍력 단지에서 풍력 터빈 로터들을 시동시키는 데 사용될 수 있다. 블록(806)에서, 풍력 터빈의 전력이 램핑-다운(ramping-down)되고, 저전압(LV) 차단기 및 고전압 스위치 기어가 개방된다. LV 차단기는 그리드측 변환기(예를 들어, 그리드측 변환기(315))를 변압기(예를 들어, 변압기(325))에 선택적으로 연결하는 데 사용되며, 그리고 고전압(HV) 스위치 기어는 교류(AC) 그리드(331)를 통해 변압기를 PCC(예를 들어, PCC(330))에 선택적으로 연결하는 데 사용된다.
블록(808)에서, 발전기측 변환기는 DC 링크 제어 모드로 전환된다. 이 모드에서 발생기측 변환기 피치는 로터 속도를 제어하여 DC 링크를 제어하기에 충분한 전력을 생성한다. 블록(810)에서, 그리드 형성 모드는 (예를 들어, 제어 시스템(400)을 통해) 그리드측 변환기를 제어함으로써 활성화된다. 그리드측 변환기가 활성화되면 풍력 터빈들의 내부 소비를 위한 전력이 그리드측 변환기로부터 수신된다. 블록(812)에서, LV 차단기가 닫히고, 블록(814)에서, 변압기에 점차적으로 전력이 공급된다. 블록(816)에서, 풍력 단지 제어기는 변압기에 전력이 공급되는지 여부를 결정하고, 전력이 공급되고 있다면, 방법(800)은 HV 스위치 기어가 닫히는 블록(818)을 계속한다.
블록(820)에서, 풍력 단지 내의 풍력 터빈들을 연결하는 어레이 케이블은 풍력 단지 내의 풍력 터빈에 의해 점차적으로 전력 공급된다. 블록(822)에서, 풍력 단지 내의 다른 풍력 터빈들은 또한 풍력 단지 내의 모든 풍력 터빈들이 어레이 케이블에 동시에 전력을 공급하는 경우 돌입 전류에 의해 야기될 수 있는 전압 서지를 제어하기 위해 시간 지연 방식으로 어레이 케이블에 전력을 공급한다. 블록(824)에서, 풍력 단지 제어기는 어레이 케이블에 전력 공급되는지를 판단하고, 전력 공급된다면, 방법(800)은 블록(826)을 계속하여, 풍력 단지 내의 다른 풍력 터빈들을 연결할 수 있는 다른 어레이 케이블들에도 전력 공급된다. 예를 들어, 블랙 스타트 동작들을 수행하기 위한 전력 설정점(예를 들어, TSO에 의해 표시될 수 있음)에 따라, 다수의 전력 수요를 충족시키기 위해 다른 어레이 케이블에 전력이 공급될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 블랙 스타트 동작들을 수행하기 위한 예시적인 기술들을 제공했지만, 본 명세서에 기술된 기술들은 또한 해상 메쉬 그리드에서 해상 풍력 단지들의 인접 섹션들에 전력을 공급하는데 사용될 수 있는데, 해상 메시 그리드의 해상 풍력 단지들에서, 보조 백업 전력은 이용 가능하지 않거나 또는 해상 풍력 단지를 유지하기 위한 고가의 옵션일 수 있고, 그리고/또는 이출 케이블이 손상될 수 있다. 더욱이, 보조 백업 전력이 이용 가능하지 않거나 해상 풍력 단지를 유지하기 위한 고가의 옵션일 수 있고 그리고/또는 상호 연결 전력이 이용 가능하지 않은 상이한 동기 구역들 사이의 HVDC 인터-커넥터들(예를 들어, 2 개의 상이한 국가들 간의 상호 연결)에 연결된 해상 풍력 단지들에 전력이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 그리드 형성 전력은 추가로 해상에 위치될 수 있는 하이브리드 발전소에 제공될 수 있다. 하이브리드 발전소는 재생 가능한 전력원들(예를 들어, 태양광 전력, 파력 및/또는 조력)뿐만 아니라 디젤 또는 가스와 같은 다른 전력원들의 혼합을 사용하는 발전소일 수 있다. 하이브리드 발전소는 풍력 발전 지역들의 지점 간 연결이 이출 케이블을 통해 육상에서 수집되고 전송되는 해상 전력 허브에 위치할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 바람이 약한 시기에도 블랙 스타트 지원을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 미풍 기간은 개별 풍력 터빈들에 또는 풍력 단지에 하나의 단위로 저장 용량을 추가하여 보상될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 UPS 배터리 저장 용량이 각각의 풍력 터빈에 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 추가 에너지 저장 유닛들은 해상 풍력 단지의 육상 연결 지점에 추가될 수 있다. 이들 에너지 저장 유닛의 용량은 풍력 단지 총 에너지의 최대 5-10 %일 수 있고, 그리드 컴플라이언스에 사용될 수 있는 기존의 유연한 AC 전송 시스템 유닛들에 통합될 수 있다. 이들 에너지 저장 유닛들은 또한 본 명세서에 기술된 바와 같이 블랙 스타트 지원을 위해 이출 케이블 및/또는 해상 변압기들에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
도 9는 본 개시서의 일 실시예에 따라 메인 그리드의 블랙 아웃 시나리오의 검출로 인해 하나 이상의 풍력 터빈을 셧다운하는 방법(900)을 설명하는 흐름도이다. 블록(910)에서, 풍력 단지 제어기는 메인 그리드(예를 들어,도 10과 관련하여 더 상세히 설명될 고전압 직류(HVDC) 링크)가 가동되는지를 판단한다. 예를 들어, HVDC 링크가 절단되거나 육상 스테이션의 연결이 끊어져 메인 그리드(예를 들어, 육상 그리드)로부터 풍력 단지를 단절시킬 수 있다. 경우에 따라 그리드 운영자가 자발적으로 HVDC 링크의 연결을 끊기로 결정할 수 있다. 따라서, 사고로 인해(예를 들어, 라인이 끊어짐, 또는 그리드 결함) 또는 의도적으로(예를 들어, 육상 그리드가 풍력 단지에 연결할 준비가 되지 않음) 링크에 전원이 공급되지 않을 때마다 HVDC 링크가 작동하지 않는다. HVDC 링크가 계속 작동하면, 방법(900)은 블록(905)으로 되돌아간다. 그러나, HVDC 링크가 작동하지 않으면, 방법(900)은 풍력 단지 제어기가 풍력 단지 내의 풍력 터빈들의 일부를 셧다운하는 블록(915)으로 진행한다. 이 예에서 풍력 터빈들을 셧다운한다는 것은 풍력 터빈들이 로컬 AC 그리드에 출력 전력을 생성하지 않는다는 것을 의미한다. 그러나, 셧다운되는 풍력 터빈들의 다른 보조 시스템들, 예를 들어 요잉 모터들, 펌프들 또는 나셀 또는 블레이드에 얼음이 쌓이는 것을 방지하기 위한 가열 요소들이 여전히 작동할 수 있다.
블록(920)에서, 풍력 단지 내 나머지 작동 풍력 터빈 중 적어도 하나(즉, 셧다운되지 않은 풍력 터빈)는 셧다운된 풍력 터빈들의 보조 시스템들에 전력을 공급하기 위해 보조 제어 시스템을 사용한다. 즉, 단지 내 풍력 터빈들 중 적어도 하나는 (HVDC 링크에서는 전력이 전송되지 않더라도) 로컬 AC 그리드에서 계속 전력을 출력한다. 이 전력은 보조 시스템들을 작동하기 위해 전력을 사용하는 셧다운 터빈들에 의해 수신된다. 그렇게 하면 HVDC 링크가 작동하지 않을 때 풍력 터빈들의 보조 시스템에 전력을 공급하기 위해 디젤 또는 가스 발전기와 같은 풍력 발전 단지 내 대체 에너지원을 사용하지 않아도 된다.
일 실시예에서, 블록(920) 동안 풍력 터빈들을 작동시키는데 사용되는 보조 제어 시스템은 풍력 터빈들이 HVDC 링크로부터 분리될 때 아일랜드 모드(그리드 형성 모드)에서 작동할 때 도 4에 도시된 제어 시스템(400)과 유사하다. 즉, 보조 제어 시스템은 터빈 제어기 또는 풍력 단지 제어기에 의해 제공되는 원하는 전력이 아니라 주로 부하에 의해 지시되는 전력(예를 들어, 셧다운된 풍력 터빈들의 보조 시스템들에 의해 소비되는 전력)을 발생시킨다.
블록(925)에서, 풍력 단지 제어기는 HVDC 링크가 작동되는지를 판단한다. 그렇지 않다면, 방법(900)은 블록(920)으로 복귀한다. 그러나, HVDC 링크가 작동하는 경우, 방법(900)은 풍력 단지 내의 모든 풍력 터빈들이 주 제어 시스템을 사용하여 작동되고 전력이 HVDC 링크를 통해 전송되는 블록(905)으로 복귀한다. 달리 말하면, HVDC 링크가 다시 작동하면, 셧다운된 터빈들이 다시 가동되고, 보조 제어 시스템들을 사용하여 작동하는 풍력 터빈들은 주 제어 시스템을 사용하여 작동된다.
도 10은 본 개시서에서 설명된 실시예에 따라 본원에서 설명된 바와 같이 상이한 모드들에서 동작하는 다수의 풍력 터빈들을 포함하는 풍력 단지(1000)의 블록도이다. 이 예에서, 풍력 단지(1000)는 HVDC 링크(1040)를 통해 육상 그리드(1045)에 연결된 해상 풍력 단지이다. 그러나, 아래의 실시예들은 또한 먼 그리드에 전력을 전송하기 위해 HVDC 링크(1040)(또는 고전압 교류(HVAC) 링크)를 사용하는 육상 풍력 단지들에 적용될 수 있다.
풍력 단지(1000)는 각각 터빈 제어기(1010) 및 보조 시스템(1025)(예를 들어, 요 제어기/모터, 펌프, 제빙 시스템 등)을 포함하는 3 개의 풍력 터빈들(1005A, 1005B 및 1005C)을 포함한다. 터빈 제어기들(1010)은 HVDC 링크(1040)의 작동에 따라 각각의 풍력 터빈(1005)의 작동을 제어하는 2개의 개별 제어 시스템을 갖는다. 터빈 제어기들(1010)은 HVDC 링크(1040)가 작동할 때 주 제어 시스템(1015)을 사용하여, 전력이 단지(1000)로부터 육상 그리드(1045)로 전송되게 한다. 그러나, HVDC 링크(1040)가 작동하지 않을 때, 풍력 단지 제어기(1050)는 하나 이상의 터빈 제어기(1010)가 대신 보조 제어 시스템(1020)을 사용하여 작동하도록 지시할 수 있다. 예를 들어, 여기에 도시된 3 개의 풍력 터빈들(1005)은 HVDC 링크(1040)가 다운될 때 단지(1000) 내의 모든 풍력 터빈들의 보조 시스템들(1020)에 전력을 제공하는 단지(1000) 내 백업 풍력 터빈들로 지정될 수 있다. 다르게 말하면, 풍력 단지(1000)에서 도 10에 도시된 3개의 터빈들(1005)을 제외한 모든 터빈들(1005)은 HVDC 링크가 비활성화될 때 셧다운될 수 있다. 풍력 터빈들(1005A, 1005B, 및 1005C)은 셧다운되는 대신에, 주 제어 시스템 1015)을 이용한 작동에서 보조 제어 시스템(1020)을 이용한 작동으로 전환되어, 셧다운된 터빈들 내 보조 시스템들뿐만 아니라 터빈들(1005A, 1005B 및 1005C)의 보조 시스템들(1025A, 1025B, 1025C)을 작동시키기에 충분한 양의 전력을 로컬 AC 그리드(1030)에 출력한다.
도시된 바와 같이, 풍력 터빈들(1005)은 AC-DC 변환기(1035)를 포함하는 해상 그리드 변전소(1033)를 통해 HVDC 링크(1040)에 연결된다. 일 실시예에서, 해상 그리드 변전소(1033)는 해상 풍력 단지(1000)의 플랫폼 상에 배치되며, AC-DC 변환기(1035)를 둘러싸는 구조를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 해상 그리드 변전소(1033) 및 AC-DC 변환기(1035)는 동일한 플랫폼 상에 배치될 수 있지만, 상이한 인클로저들 내에 포함될 수 있다. 어느 경우이든, AC-DC 변환기(1035)는 로컬 AC 그리드(1030)상의 전력을 HVDC 링크(1040)상의 전송을 위해 DC 전력으로 변환하는데 사용된다.
AC-DC 변환기(1035)는 비-제어식 변환기 또는 제어식 변환기(예를 들어, 자기-정류형(self-commutated) 또는 선-정류형(line-commutated) 변환기들)일 수 있다. 예를 들어, 현재의 많은 해상 풍력 단지들은 제어식 변환기를 사용하여 터빈들을 해상 그리드에 연결한다. 본 명세서에 설명된 제어 기술들은 로컬 AC 그리드(1030)를 HVDC 링크(1040)에 연결하는데 사용되는 AC-DC 변환기(1035)의 유형에 관계없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 주 제어 시스템(1015)은 AC-DC 변환기(1035)가 풍력 단지 제어기(1050)에 의해 능동적으로 제어되는 제어 기술일 수 있다. 일 실시예에서, 주 제어 시스템(1015)을 사용할 때 풍력 터빈들(1005)에 의해 출력되는 전력은 AC-DC 변환기(1035)에 의해 결정된다. 즉, 개별 풍력 터빈들(1005)에 의해 출력된 전력은 예를 들어 풍력 단지 제어기(1050)에 의해 전송된 원하는 설정점들보다는 변환기(1035)에 의해 지시될 수 있다.
단지(1000) 내 셧다운된 풍력 터빈들에 보조 전력을 제공하는 것 외에도, 풍력 터빈들(1005A-1005C)은 HVDC 링크가 기능하지 않을 때 해상 그리드 변전소(1033) 및 AC-DC 변환기(1035)에 전력을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 변전소(1033) 및 변환기(1035)는 해상 그리드(1045)로의 액티브 연결이 없을 때 터빈들(1005A-1005C)에 의해 제공되는 보조 전력을 사용하여 작동할 수 있는 제어 시스템들 및 회로들을 포함할 수 있다. 따라서, 풍력 단지(1000)는 HVDC 링크(1040)가 기능하지 않을 때 그리드 변전소(1033) 및 변환기(1035)에 전력을 제공하기 위해 발전기들 또는 배터리 시스템들을 필요로 하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 추가 전력은 발전기, 예를 들어 변전소의 디젤 발전기에 의해 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 보조 제어 시스템(1020) 및 주 제어 시스템(1015)은 HVDC 링크의 상태에 따라 실행되는 각각의 소프트웨어 애플리케이션들 또는 모듈들이다. 따라서, 풍력 단지 제어기는 개별 터빈 제어기들에게 HVDC 링크의 상태에 따라 보조 제어 시스템(1020) 또는 주 제어 시스템(1015)을 실행하도록 지시할 수 있다. 예를 들어, 터빈 제어기들(1010)은 적어도 하나의 프로세서 및 소프트웨어 애플리케이션을 저장하기에 충분한 메모리를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 보조 제어 시스템(1020) 및 주 제어 시스템(1015)은 하드웨어 또는 펌웨어 컴포넌트들을 포함한다.
또한, 도 10은 풍력 단지(1000)를 HVDC 링크에 연결하는 것을 도시하지만, 다른 실시 예에서, 풍력 단지(1000)는 로컬 AC 그리드(1030)상의 AC 전력 신호들을 HVAC 링크에 적합한 고전압 AC 전력 신호들로 변환하는 AC-AC 변환기를 통해 HVAC 링크에 결합된다.
전술한 내용에서, 본 개시서에서 제시된 실시예들이 참조된다. 그러나 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 대신에, 상이한 실시예들과 관련이 있든 없든, 위에서 제공된 특징들 및 요소들의 임의의 조합은 고려되는 실시예들을 구현하고 실행하는 것으로 고려된다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들은 다른 가능한 솔루션들 또는 종래 기술에 비해 이점을 달성할 수 있지만, 주어진 실시예에 의해 특정 이점이 달성되는지 여부는 본 개시서의 범위를 제한하지 않는다. 따라서, 여기에 설명된 양상들, 특징들, 실시예들 및 장점들은 단지 예시적인 것이며, 청구항(들)에 명시적으로 언급된 경우를 제외하고 첨부된 청구항들의 요소들 또는 제한들로 간주되지 않는다.
당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 실시예들은 시스템, 방법 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 양상들은 완전히 하드웨어 실시예, 완전히 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함함) 또는 본 명세서에서 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 양상들을 결합하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 또한, 양상들은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 구현된 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체(들)에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
본 발명은 시스템, 방법 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서로 하여금 본 발명의 양상들을 수행하게 하기 위해 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 명령들을 구비하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들(또는 매체)(예를 들어, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거 가능 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령을 갖는 메모리 (EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 CD 판독 전용 메모리(CD-ROM), 광 저장 장치, 자기 저장 장치 또는 전술한 것의 임의의 적절한 조합)을 포함할 수 있다.
본 개시서의 양상들은 본 개시서에서 제시된 실시예들에 따른 방법들, 장치들(시스템들) 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 흐름도들 및/또는 블록도들을 참조하여 아래에 설명된다. 흐름도 및/또는 블록도의 각 블록, 그리고 흐름도 및/또는 블록도의 블록들의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공되어 기계를 생성할 수 있으며, 이로써, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도에 지정된 기능들/동작들을 구현하기 위한 수단을 생성한다.
도면들의 흐름도 및 블록도는 다양한 실시예들에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각 블록은 특정 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현들에서, 블록에서 언급된 기능들은 도면들에서 언급된 순서를 벗어나서 발생할 수 있음에 유의해야한다. 예를 들어, 연속으로 도시된 2개의 블록들은 실제로 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는 블록들은 관련된 기능에 따라 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 블록도 및/또는 흐름도의 각 블록, 그리고 및 블록도 및/또는 흐름도의 블록들의 조합은 특정 기능들 또는 동작들을 수행하는 특수 목적의 하드웨어 기반 시스템들, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합에 의해 구현될 수 있다.
전술한 내용을 고려하여, 본 개시서의 범위는 다음의 청구 범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 블랙 스타트 동작들을 수행하는 방법으로서,
    제어 시스템을 사용하여 교류(AC) 그리드에 전력을 제공하기 위해 풍력 단지의 풍력 터빈을 제1 모드로 작동시키는 단계로서, 상기 제어 시스템은 무효 전력 제어 레그(leg) 및 유효 전력 제어 레그를 포함하고, 적분 동작을 가지는 제어기는 상기 제1 모드 동안에 비활성화되거나 상기 유효 전력 제어 레그로부터 단절되는, 단계;
    메인 그리드의 블랙 스타트를 수행하라는 지시에 기초하여 상기 풍력 터빈의 작동을 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하는 단계로서, 상기 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하는 단계는 (i) 상기 유효 전력 제어 레그에 전력을 공급하는 상기 제어기를 활성화시키거나 (ii) 상기 제어기를 상기 유효 전력 제어 레그에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 제2 모드에서, 상기 풍력 터빈의 출력 전압을 증가시키기 위해서 상기 제어기가 상기 풍력 터빈에 의해 생성되는 유효 전력에 기초한 조정 전압을 상기 무효 전력 제어 레그로 출력하도록 상기 제어기의 입력은 상기 유효 전력 제어 레그에 연결되고 상기 제어기의 출력은 상기 무효 전력 제어 레그에 연결되는, 단계; 및
    상기 제2 모드에서 작동하는 동안, 상기 메인 그리드에 전력을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 모드에서 작동하는 동안, 상기 풍력 터빈을 풍력 단지 내의 하나 이상의 다른 풍력 터빈들과 상기 풍력 터빈의 변압기에 연결하는 케이블 어레이에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 블랙 스타트 동작들에 사용될 블록 부하 전력을 나타내는 하나 이상의 값들을 수신하는 단계로서, 상기 풍력 터빈은 상기 케이블 어레이 및 상기 변압기에 전력이 공급되기 전에 상기 하나 이상의 값들에 따라 전력이 공급되는, 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 그리드에 전력을 제공하기 전에 상기 풍력 단지를 상기 메인 그리드에 연결하기 위해 사용되는 이출 케이블(export cable)에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전력을 공급하는 단계는 상기 풍력 터빈에 의해 출력되는 전력 신호의 전압을 점진적으로 증가시킴으로써 수행되는, 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 AC 그리드가 차단기의 폐쇄에 의해 상기 메인 그리드에 연결되어 있다는 제2 표시를 수신하는 단계로서, 상기 전력은 상기 제2 표시에 응답하여 상기 메인 그리드에 제공되는, 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 그리드의 블랙 아웃 시나리오를 검출하는 단계로서, 상기 풍력 터빈은 상기 블랙 아웃 시나리오의 검출에 응답하여 상기 제1 모드에서 작동되는, 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 모드에서 작동시키는 단계는 :
    상기 풍력 터빈의 로터를 시동하기 위해 무정전 전원(uninterruptable power source; UPS)으로부터 전력을 수신하는 단계; 및
    상기 풍력 터빈의 변압기를 충전하기 위해 상기 풍력 터빈에 의해 출력된 전력 신호의 전압을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력은, 상기 메인 그리드를 통해, 정전 상황을 겪고 있는 이웃 해상 풍력 단지에 제공되는, 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력은 동기 구역들 사이의 상호 연결 노드에 제공되는, 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈에 의해 생성된 전력량이 상기 메인 그리드를 블랙 스타트하기에 불충분하다면, 상기 전력은 상기 풍력 터빈 및 적어도 하나의 UPS 모두로부터 상기 메인 그리드로 제공되는, 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 그리드에 전력을 제공하는 단계는 그리드 형성을 위해 하이브리드 발전소에 전력을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 하이브리드 발전소는 해상에 위치하는, 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 메인 그리드에서 전력 신호의 주파수 및 위상을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 모드에서 작동하는 동안 상기 전력을 제공하는 단계는 상기 결정된 주파수 및 위상으로 전력을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈은 풍력 단지 내 복수의 풍력 터빈들 중 하나이며,
    상기 방법은 상기 메인 그리드의 블랙 스타트를 수행하기 위해 상기 풍력 단지에서 서로 가장 멀리 떨어진 둘 이상의 풍력 터빈들에 에너지를 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 풍력 터빈으로서,
    상기 풍력 터빈은 제어 시스템을 포함하며,
    상기 제어 시스템은 :
    유효 전력 제어 레그;
    무효 전력 제어 레그; 및
    적분 동작을 갖는 제어기를 포함하며,
    상기 제어 시스템은 :
    로컬 AC 그리드에 전력을 제공하기 위해 상기 풍력 터빈을 제1 모드로 작동시키고 - 적분 동작을 가지는 제어기는 상기 제1 모드 동안에 비활성화되거나 상기 유효 전력 제어 레그로부터 단절됨 - ;
    메인 그리드의 블랙 스타트를 수행하라는 지시에 기초하여, 그리고 (i) 상기 유효 전력 제어 레그에 전력을 공급하는 상기 제어기를 활성화시키거나 (ii) 상기 제어기를 상기 유효 전력 제어 레그에 연결함으로서, 상기 풍력 터빈의 작동을 제1 모드에서 제2 모드로 스위칭하고 - 상기 제2 모드에서, 상기 제어기가 상기 풍력 터빈에 의해 생성되는 유효 전력에 기초한 조정 전압을 상기 무효 전력 제어 레그로 출력하도록 상기 제어기의 입력은 상기 유효 전력 제어 레그에 연결되고 상기 제어기의 출력은 상기 무효 전력 제어 레그에 연결되고, 그에 의해 상기 풍력 터빈의 출력 전력이 증가함 -,
    상기 제2 모드에서 작동하는 동안 상기 메인 그리드에 전력을 제공하도록 구성되는, 풍력 터빈.
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