KR20190088541A - 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법 - Google Patents

전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법 Download PDF

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요하네스 브롬바흐
인고 마켄젠
카이 버스커
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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 그리드 운영자의 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법에 관한 것이다. 전기 공급 그리드는 제 1 그리드 섹션 및 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션을 포함하고, 제 1 그리드 섹션은 적어도 하나의 풍력 터빈에 연결되고, 제 1 그리드 공칭 전압을 갖는다. 제 1 그리드 섹션은 적어도 하나의 스위칭 장치를 통해 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션과 결합되어, 그리드 섹션들 사이에 전기 에너지를 전송하고, 적어도 하나의 스위칭 장치는 오류(fault) 발생 시 제 1 그리드 섹션을 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션으로부터 분리하도록 설계된다. 상기 방법은 오류 발생 시 적어도 하나의 풍력 터빈을 모니터링 모드에서 작동시키는 단계 - 풍력 터빈은 모니터링 모드에서 제 1 그리드 섹션에 전력을 공급하지 않고, 제 1 그리드 섹션의 상태가 검사됨 - , 제 1 그리드 섹션이 그리드 리빌딩 전압을 갖는 경우 적어도 하나의 풍력 터빈을 그리드 리빌딩 모드에서 작동시키는 단계, 및 오류가 끝나는 즉시, 적어도 하나의 풍력 터빈을 정상 작동 모드에서 다시 작동시키는 단계를 포함한다.

Description

전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법
본 발명은 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 그리드(grid) 운영자의 전기 공급 그리드를 리빌딩(rebuilding)하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 풍력 터빈 및 풍력 발전 시설에 관한 것이다.
예를 들어 유럽의 상호 연결된 그리드와 같은 전기 공급 그리드의 작동은 일반적으로 알려져 있다.
매우 일반적으로, 전기 공급 그리드는 이 경우, 스위칭 장치를 통해 서로 연결되고 그리드 공칭 전압 및 그리드 공칭 주파수를 갖는 복수의 그리드 섹션을 포함한다.
그리드 섹션은 여기서 서로에 대해 수평으로, 즉 동일한 그리드 공칭 전압을 갖도록 배치될 뿐만 아니라, 수직으로, 즉 상이한 그리드 공칭 전압을 갖도록 배치되기도 하며, 스위칭 장치 및, 필요한 경우, 변압기 스테이션을 통해 서로 연결된다.
스위칭 장치는 여기서 전기 공급 그리드를 보호하기 위해 제공된다. 특히, 그리드 오류(fault)를 갖는 그리드 섹션, 즉 소위 교란된 그리드 섹션의 분리를 통해, 다른 또는 추가의 그리드 섹션의 적절한 (계속적인) 작동이 보장된다.
예를 들어 그리드 섹션에 있는 복수의 발전소의 고장과 같은 다양한 유형의 그리드 오류 또는 교란으로 인해, 전기 공급 그리드의 전압, 특히 교란된 그리드 섹션의 그리드 전압이 감소되거나 또는 고장나거나 또는 제거될 수 있게 된다.
따라서, 이러한 교란에 의해 영향을 받는 그리드 섹션은 본질적으로 해당 그리드 섹션의 적절한 작동에 불충분한 그리드 전압을 갖게 된다. 해당 그리드 섹션은 이 경우 일반적으로 스위칭 장치에 의해 무-전압으로 스위칭되는데, 즉 전기 공급 그리드로부터 단절되거나 또는 이러한 그리드 섹션에 결합된 다른 그리드 섹션으로부터 분리된다. 이것은 구어체로 정전이라고도 한다.
중대한 교란이 발생한 경우, 또한 복수의 그리드 섹션은 더 이상 그리드 전압을 갖지 않거나 또는 전기 공급 그리드는 예를 들어 이탈리아에서 2003년에 또는 미국에서 2011년에 발생한 바와 같은 블랙아웃을 가질 수도 있다.
이러한 경우, 전기 공급 그리드 또는 교란이 발생한 그리드 섹션의 그리드 운영자는 일반적으로 해당 그리드 섹션 또는 전기 공급 그리드가 다시 적절하게 작동되기 전에, 오류를 명확히 한 후에 그리드 전압이 대형의 종래의 발전소에 의해 리빌딩되어 안정화되도록 제공한다. 특히 그리드 운영자는 고장 전압이 발생한 경우 종래의 발전소가 영향을 받은 그리드 섹션에서 그리드 전압을 리빌딩하고 안정화하도록 제공한다. 이러한 프로세스를 그리드 리빌딩이라고도 한다.
교란이 발생한 또는 무-전압의 그리드 섹션의 그리드 전압의 리빌딩은 이 경우 원칙적으로 블랙 스타트 가능 발전소에 의해 또는 스위칭 장치를 통해 인접하는 추가의 그리드 섹션을 통해 이루어질 수 있다.
이러한 방식으로, 교란이 발생한 그리드 섹션에 대해, 일반적으로 불안정하거나 또는 그리드 섹션의 그리드 공칭 전압 아래에 있는 그리드 리빌딩 전압이 제공된다. 교란이 발생한 그리드 섹션은 이를 통해 다시 그리드 전압을 갖게 되지만, 그러나 아직 적절하게 작동될 수는 없다.
그리드 운영자의 스케줄에 대응하게, 그리드 섹션이 다시 적절하게 작동될 수 있을 때까지, 이제 추가의 소비 장치 및 종래의 발전소가 점차적으로 연결된다.
이제는 추가의 소비 장치 및 발전 장치가 다시 적절하게 그리드 섹션에 연결될 수 있거나 또는 다시 적절하게 작동될 수 있다.
재생 발전 장치가 점점 더 중요해지고 있다는 사실을 고려할 때, 고장 전압 또는 블랙아웃이 발생한 경우 고장 전압에 의해 영향을 받는 그리드 섹션의 해당 그리드 전압이, 많은 재생 발전 장치를 고려하지 않고, 복수의 종래의 발전소에 의해 안정화되는 것이 그리드 리빌딩에 대해 중요할 수 있다.
독일 특허 및 상표청은 본 출원에 대한 우선권 출원에서 다음의 선행 기술들을 조사하였다: EP 1 993 184 A1 및 EP 1 665 494 B1.
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 설명한 문제점들 중 적어도 하나를 해결하기 위한 것으로서, 특히, 종래의 발전소를 광범위하게 그리고/또는 독점적으로 사용하지 않고, 전기 공급 그리드의 리빌딩 중에 전기 공급 그리드의 그리드 섹션의 그리드 전압을 지원하는 것을 가능하게 하는 해결 방안이 제안되어야 한다. 그러나 적어도 지금까지 공지된 해결 방안에 대한 대안이 제공되어야 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 본원의 청구항 제 1 항에 따른 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 그리드 운영자의 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법이 제안된다. 이에 따르면, 풍력 터빈은 제 1 그리드 섹션에 연결되고, 여기서 제 1 그리드 섹션은 그리드 공칭 전압을 가지며, 적어도 하나의 스위칭 장치를 통해 추가의 그리드 섹션에 결합되고, 여기서 스위칭 장치는 오류 발생 시 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션으로부터 제 1 그리드 섹션을 분리하도록 구성된다.
오류라 함은 특히 예를 들어 제 1 그리드 섹션에서의 단락에 의해 야기된 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압의 고장 전압을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 고장 전압에서, 영향을 받은 그리드 섹션은 일반적으로 더 이상 그리드 전압을 갖지 않는다. 그러나 오류라 함은 또한 예를 들어 마찬가지로 제 1 그리드 섹션에서의 단락에 의해 발생된 전압 강하를 의미하기도 한다. 전압 강하의 경우, 영향을 받은 그리드 섹션은 그리드 전압을 갖지만, 그러나 이것은 불안정하고 그리고/또는 낮아서, 그리드 섹션이 적절하게 작동될 수 없다.
오류가 발생하거나 또는 인식되었다면, 본 발명에 따르면, 풍력 터빈이 모니터링 모드에서 작동되는 것이 제안된다. 따라서 적어도 하나의 풍력 터빈은 정상 작동 모드로부터 모니터링 모드로 변경된다. 모니터링 모드에서, 적어도 하나의 풍력 터빈은 제 1 그리드 섹션으로 전력을 공급하지 않지만, 그러나 그리드 섹션의 상태, 특히 그리드 섹션이 그리드 리빌딩 전압을 갖는지 여부를 검사한다.
제 1 그리드 섹션의 상태는 예를 들어 전압 검출에 의해 검사되거나 또는 그리드 운영자에게 문의될 수 있다. 전압 검출 자체는 특히 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 또는 대응하는 풍력 발전 시설의 발전 시설 제어기에 의해 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 측정함으로써 행해질 수 있다.
따라서 모니터링 모드에서 적어도 하나의 풍력 터빈은 제 1 그리드 섹션에 전력을 공급하지 않으며, 동시에 제 1 그리드 섹션의 상태를 모니터링한다. 모니터링 모드에서, 바람직하게는 그리드 전압은 또한 그리드 리빌딩 전압이 제 1 그리드 섹션에 존재하는지 여부, 즉 특히 제 1 그리드 섹션이 다시 그리드 전압을 가지고 있는지 또는 준-안정 전압을 가지고 있는지 여부를 결정하기 위해 검출된다. 그리드 전압의 검출은 여기서 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해, 예를 들어 전압 측정 장치에 의해 수행될 수 있다. 그리드 리빌딩 전압은 여기서 특히 그리드 공칭 전압의 허용 오차 대역 내에 있는 값을 갖는 안정적인 그리드 전압이다. 예를 들어, 허용 오차 대역은 그리드 공칭 전압의 10 %일 수 있으므로, 대응하는 전압은 그리드 공칭 전압의 90 % 내지 110 % 범위이다. 이러한 전압은 이 경우 안정적인 것으로 간주된다. 따라서, 그리드 전압이 특히 몇 분에 걸쳐, 예를 들어 10 분 초과에 걸쳐 허용 오차 대역 내에서 안정적으로 움직일 때, 그리드 리빌딩 전압이 존재한다.
바람직하게는 또한 모니터링 모드에서 적어도 하나의 풍력 터빈은 자신의 용도에 필요한 만큼의 전기 에너지를 발생시킨다. 이것은 예를 들어 적어도 하나의 풍력 터빈이 예를 들어 풍력 터빈의 공칭 전력의 1 %로 강하게 스로틀링되어 작동됨으로써 달성될 수 있다. 그 다음, 스로틀링된 작동에서 생성된 이러한 전기 에너지는 예를 들어 적어도 하나의 풍력 터빈의 비컨 장치 및/또는 적어도 하나의 풍력 터빈의 히터를 작동시키고 그리고/또는 그리드 운영자에 대한 통신 장치를 공급하고 그리고/또는 특히 적어도 하나의 풍력 터빈을 바람 내로 회전시키거나 또는 바람에 맞추어 배향시키기 위해 적어도 하나의 풍력 터빈의 나셀의 방위각을 조정하도록 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 풍력 터빈의 모니터링 모드는 바람직하게는 자체 수요 모드를 포함하며, 이러한 자체 수요 모드는 자기-유지 모드라고도 지칭될 수 있으며, 적어도 하나의 풍력 터빈은 자신에게 전기 에너지를 스스로 공급한다.
모니터링 모드에서 이제 그리드 리빌딩 전압, 특히 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 제 1 그리드 섹션이 리빌딩될 수 있는 그리드 전압이 존재하는 것으로 결정되면, 본 발명에 따라, 풍력 터빈은 그리드 리빌딩 모드에서 작동되거나 또는 이러한 모드를 변경하는 것이 제안될 수 있다다. 따라서, 적어도 하나의 풍력 터빈은, 특히 그리드 전압을 지원하기 위해, 제 1 그리드 섹션이 그리드 리빌딩 전압을 가지면, 바람직하게는 모니터링 모드로부터 그리드 리빌딩 모드 또는 상기 그리드 리빌딩 모드로 자체의 작동 모드를 변경하는 것이 제안된다.
그리드 리빌딩 모드에서, 풍력 터빈은 이 경우 바람직하게는 목표 전압에 따라 제어 공정을 갖는다. 따라서 풍력 터빈은, 그리드 전압이 가능한 한 안정적으로 유지되도록, 그리드 리빌딩 시 자체의 공급된 무효 전력을 변화시킨다. 따라서, 풍력 터빈은 본질적으로 그리드 전압을 안정적으로 유지하기 위해, 특히 그리드 전압을 일 실시예에서 그리드 공칭 전압의 90 내지 110 %인 허용 오차 대역 내에 유지하기 위해 필요한 만큼의 전기 무효 전력을 제 1 그리드 섹션에 공급한다. 이 경우, 풍력 터빈은 바람직하게는 그리드 리빌딩 모드에서 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 검출한다. 특히 바람직한 실시예에서, 또한 적어도 하나의 풍력 발전 시설의 공급된 전기 유효 전력은 그리드 운영자에 의해 지정된 유효 전력 목표 값에 의해 제어된다. 따라서, 전기 무효 전력은 목표 전압에 따라 설정되고, 전기 유효 전력은 그리드 운영자에 의해 지정된 유효 전력 목표 값을 추적하도록 이루어진다.
이제 오류가 끝나면, 풍력 터빈은 정상 작동 모드에서 계속 작동되거나 또는 정상 작동 모드에서 다시 작동된다. 이것은 바람직하게는 오류가 끝났다는 것을 나타내는 그리드 작동의 신호로 이루어진다. 정상 작동 모드에서, 풍력 터빈은 이 경우 특히 지배적인 바람 및/또는 제 1 그리드 섹션의 그리드 주파수에 따라 전기 유효 전력 및 무효 전력을 다시 공급한다.
오류는 바람직하게는 제 1 그리드 섹션에서의 전압 강하 및/또는 제 1 그리드 섹션에서의 과주파수 및/또는 제 1 그리드 섹션에서의 저주파수이다.
따라서, 오류는 적어도 하나의 풍력 터빈이 연결되는 그리드 섹션에서 발생한다.
또한, 오류는 전압 강하, 특히 그리드 전압이 그리드 공칭 전압보다 실질적으로 작은, 예를 들어 그리드 공칭 전압의 90 %보다 작은 적어도 하나의 전압 값의 미만으로 떨어지는 전압 저하이다. 그리드 섹션 또는 전기 공급 그리드의 구조에 따라, 이러한 전압 값은 또한 그리드 공칭 전압의 90 %보다 작을 수도 있다.
그러나, 또한 오류는 과주파수 또는 저주파일 수도 있다. 예를 들어, 그리드 주파수가 52.5 Hz를 초과하고 그리드 공칭 주파수가 50 Hz일 때, 과주파수가 존재한다. 예를 들어, 그리드 주파수가 47.5 Hz의 미만이고 그리드 공칭 주파수가 50 Hz인 경우에는, 저주파수가 존재한다. 따라서 오류는 또한 그리드 주파수에 의해서도 검출될 수 있다. 오류 검출을 위해 그리드 주파수를 검출할 때 특히 유리한 점은, 그리드 전압이 감소되기 전에, 그리드 주파수가 오류를 나타낼 수 있다는 것이다. 특히 바람직한 일 실시예에서는, 그리드 전압이 그리드 공칭 전압의 90 % 미만이고 그리드 주파수가 47.5 Hz 내지 52.5 Hz에 의해 정의되는 주파수 범위 밖에 있는 경우에, 오류가 존재한다.
바람직하게는, 오류는 그리드 운영자로부터의 통지에 의해 그리고/또는 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 검출함으로써 결정되며, 여기서 이와 같이 검출된 그리드 전압은 그리드 공칭 전압의 90 %보다 작다.
따라서, 이러한 제안에 따르면, 오류는 그리드 운영자에 의해, 특히 바람직하게는 제 1 그리드 섹션에서의 그리드 전압을 측정함으로써 결정된다. 이어서, 이와 같이 검출된 그리드 전압은 적어도 하나의 풍력 터빈으로 전달된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 오류는 특히 적어도 하나의 풍력 터빈 자체에 의한 또는 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 발전 시설의 제어 유닛에 의한 검출에 의해 결정된다. 특히 바람직하게는, 오류는 그리드 운영자에 의해 적어도 하나의 풍력 터빈으로 통지되고, 풍력 터빈 자체는 예를 들어 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 측정함으로써 실제로 오류가 존재하는지 여부를 검사한다. 측정된 그리드 전압이 그리드 공칭 전압 근처에 존재하는 허용 오차 대역을 벗어나는 경우에만, 오류가 발생한다. 측정된 그리드 전압은 그리드 공칭 전압의 90 %보다 작은 것이 바람직하다.
바람직하게는, 그리드 운영자로부터의 통지에 의해 그리고/또는 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 검출함으로써 오류가 끝난 것으로 인식되고, 여기서 이와 같이 검출된 그리드 전압은, 이전에 그리드 공칭 전압의 70 %, 바람직하게는 90 %보다 낮았다면, 이보다 더 크다. 특히, 그리드 전압이 이를 위해 적어도 미리 결정된 최소 기간 동안 각각의 값 이상으로 존재하는 것이 제안된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 오류의 종료는 주파수 안정성을 검출함으로써 검출될 수 있고, 여기서 그리드 주파수가 미리 결정된 기간 동안 허용 오차 대역 내에서 움직일 때 주파수 안정성이 존재하고, 여기서 허용 오차 대역은 상한 및 하한을 갖고, 특히 여기서 상한은 그리드 공칭 주파수보다 높고 하한은 그리드 공칭 주파수보다 낮으며, 특히 여기서 상한은 51 Hz이고, 하한은 49 Hz이며, 그리드 공칭 주파수는 50 Hz이고 그리고/또는 입력된 무효 전력을 변화시키고 제 1 그리드 섹션을 모니터링하도록 구성된 그리드 인식 유닛을 통해 오류의 종료가 검출될 수 있다.
따라서 오류는 그리드 운영자가 오류가 끝났다는 것을 통지할 때까지 존재한다. 따라서, 오류는 특히 이러한 오류가 끝났다는 그리드 운영자의 통지가 발생할 때까지 오류가 존재한다는 그리드 운영자의 통지에 의해 정의된다. 따라서 통지된 오류는 전기 공급 그리드에서의 실제 물리적 오류보다 상당히 더 길게 존재할 수 있다. 여기서, 전기 공급 그리드에 대해 종종 훨씬 더 잘 알고 있는 그리드 운영자가 적어도 하나의 풍력 터빈이 정상 작동 모드로 다시 변경되는 것이 언제 유용한지에 대해 결정할 수 있는 것이 특히 유리하다.
대안적으로, 그리드 공칭 전압의 70 %보다 큰 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압이 검출될 때 오류가 끝난다. 이러한 검출은 그리드 운영자에 의해서뿐만 아니라 풍력 터빈 또는 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 발전 시설 자체의 제어 유닛에 의해 수행될 수도 있다. 이러한 검출은 이 경우 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 측정함으로써 수행될 수 있다.
특히 유리하게는, 그리드 운영자가 이를 적어도 하나의 풍력 터빈에 통지하고 풍력 터빈 자체가 그리드 전압이 그리드 공칭 전압의 90 %보다 큰 지 여부를 검사하는 경우, 오류는 끝난다. 따라서 오류는 그리드 운영자가 이를 통지하고 그리드 전압이 또한 실제로 그리드 공칭 전압의 90 %보다 클 때에만 끝난다.
일 변형예에 따르면, 그리드를 자극하고 제 1 그리드 섹션을 모니터링하여, 제 1 그리드 섹션의 변수를 결정하도록, 바람직하게는 제 1 그리드 섹션의 스태틱스(statics)를 결정하도록 구성되는 그리드 인식 유닛이 제안된다. 따라서, 오류가 끝난다는 것은 또한 안정된 주파수를 검출함으로써 그리고/또는 예를 들어 제 1 그리드 섹션의 임피던스를 통해 제 1 그리드 섹션의 변수를 추정함으로써 그리고/또는 그리드의 스태틱스를 추정함으로써 행해질 수 있다. 이는 예를 들어 공급된 무효 전력의 변화를 통해 수행될 수 있고, 이어서 그리드 주파수 및/또는 그리드 전압을 모니터링할 수 있다. 무효 전력이 잠시 증가하고 전압 또는 주파수가 크게 변경되면, 제 1 그리드 섹션이 적게 리빌딩되거나 또는 완전히 리빌딩되지는 않는다. 반면에, 제 1 그리드 섹션에 공급된 무효 전력의 변화에 대한 반응이 작은 경우, 오류가 끝난 것으로 간주될 수 있다.
바람직하게는, 그리드 리빌딩 모드는, 바람직하게는 그리드 전압이 실질적으로 안정할 때, 풍력 터빈이 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압과 동기화되는 동기화 모드를 포함한다.
따라서, 적어도 하나의 풍력 터빈의 그리드 리빌딩 모드는 또한 동기화 작동을 포함한다. 동기화 작동에서, 풍력 터빈은 특히 그리드 리빌딩 전압을 갖는 제 1 그리드 섹션으로의 연결을 위한 동기화 조건이 충족되었는지 여부를 검사하는데, 즉 풍력 터빈의 단자 전압과 그리드 리빌딩 전압이 그 주파수 및 크기에 대해 일치하고 동일한 위상 위치를 갖는지 여부를 검사한다. 적어도 하나의 풍력 터빈이 풍력 발전 시설을 형성하는 경우에, 동기 작동은 풍력 발전 시설의 풍력 터빈을 제어하는 풍력 발전 시설 제어기에 의해 수행되어, 풍력 발전 시설 단자 전압은 그리드 리빌딩 전압과 동기된다. 특히 바람직한 실시예에서, 바람직하게는 그리드 전압이 실질적으로 안정하고 이에 따라 그리드 리빌딩에 적합한 경우에만, 동기화 또는 동기화 작동이 수행된다.
바람직하게는, 그리드 리빌딩 모드는 풍력 터빈이 전력 목표 값에 따라 제 1 그리드 섹션에 전력을 공급하는 전력 제어 공정을 포함하며, 여기서 바람직하게는 전력 목표 값은 그리드 운영자에 의해 지정되고 그리고/또는 전력은, 특히 I-제어기를 통해, 제어 편차가 유지되는 경우 천천히 추적되도록 증가된다.
따라서, 그리드 리빌딩은, 바람직하게는 동기화 작동을 위해, 적어도 하나의 풍력 터빈의 전력, 특히 전기 유효 전력을 제어하는 전력 제어 공정을 포함한다. 이 경우, 제어 공정은 적어도 하나의 풍력 터빈이 제 1 그리드 섹션에 얼마나 많은 전력을 공급해야 하는지를 지정하는 전력 목표 값에 따라 수행된다. 바람직하게는, 이러한 전력 목표 값은 예를 들어 램프 함수에 의해 그리드 운영자에 의해 지정된다. 그리드 운영자의 이러한 설정 값은 여기서 풍력 터빈의 제어 장치에 저장될 수 있나 또는 그리드 운영자에 의해 직접 전송될 수 있다. 따라서, 풍력 터빈은, 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어로서도 구현될 수 있고 그리드 운영자의 전력 목표 값을 수신하고 그리고/또는 그리드 리빌딩을 위한 그리드 운영자의 전력 목표 값을 저장하도록 구성되는 전력 제어 장치를 포함하는 제어 장치를 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 전기 유효 전력의 제어는 전기 무효 전력의 제어와 무관하게 수행된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 전력은 그리드 주파수와 그리드 공칭 주파수의 편차가 최소화되는 방식으로 그리드 주파수와 그리드 공칭 주파수의 편차를 추적하도록 이루어진다. 따라서, 전력은 예를 들어 I-제어기를 통해, 그리드 공칭 주파수와 그리드 주파수의 주파수 편차가 상쇄되도록 제어된다.
바람직하게는, 전력 제어 공정은 주파수 안정화 공정을 포함하고, 상기 주파수 안정화 공정은 전력의 일부를 보류하여, 제 1 그리드 섹션의 주파수 안정화를 위해 필요한 경우 전력의 일부를 해제하고, 특히 공급하며 그리고/또는 제 1 그리드 섹션이 과주파수인 그리드 주파수를 갖는 경우, 전력의 공급을 제한한다.
따라서 전력 제어 공정은 주파수 안정화를 위해 이를 사용하기 위해 전력의 일부를 의도적으로 보류하도록 설계되어, 이에 따라 필요한 경우 전기 공급 그리드의 전압의 주파수를 지원할 수 있다. 예를 들어, 전력 제어 공정은 공급될 전기 유효 전력을 지정하는 기울기를 갖는 유효 전력 램프를 포함한다. 예를 들어 너무 작은 바람이 불고 있기 때문에, 램프가 풍력 터빈의 잠재적인 실제 전력보다 큰 유효 전력 목표 값을 가지면, 유효 전력 램프가 아래쪽으로 보정되고, 특히 램프의 기울기가 감소되어, 새로운 유효 전력 목표 값이 풍력 터빈의 잠재적 실제 전력보다 작다. 유효 전력 목표 값과 잠재적 실제 전력의 차이는 이 경우 제 1 그리드 섹션의 주파수 안정화를 위해 필요한 경우 이를 해제하거나 또는 그리드 운영자에게 제공하고 그리드 운영자에 의해 요청될 때 그에 상응하게 이를 공급하기 위해 의도적으로 보류되는 전력을 형성한다. 따라서, 적어도 하나의 풍력 터빈에 전력을 공급하는 것은 필요한 경우를 위해 일부를 보류하기 위해 주파수 안정화를 통해 스로틀링된다.
이 경우 특히 유리하게는, 적어도 하나의 풍력 터빈은 본 발명에 따른 방법의 구현을 통해 제 1 그리드 섹션의 주파수를 안정적으로 유지하고 그리고/또는 전기 공급 그리드의 주파수를 안정화시키기 위해 사용될 수 있는 제어 전력을 추가적으로 제공하도록 구성된다. 또한, 풍력 터빈은 이러한 제어 전력을 특히 신속하게 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 전력 제어 공정은 제 1 그리드 섹션이 과주파수를 갖는 경우, 적어도 하나의 풍력 터빈의 공급된 전력을 제한하는 리미터(limiter)를 포함한다. 예를 들어, 제 1 그리드 섹션이 50 Hz의 그리드 공칭 주파수를 갖고 그리드 주파수가 52.5 Hz 이상이거나 또는 52.5 Hz보다 큰 그리드 주파수가 검출되는 경우, 과주파수가 존재하게 된다.
바람직하게는, 풍력 터빈은 제 1 그리드에서 발생하는 주파수 변동을 최소화하기 위해 공칭 전력의 미리 결정된 부분, 특히 적어도 5 %, 특히 적어도 10 %를 제어 전력으로 보류하고 그리고/또는 필요 시 공급하며, 그리고/또는 추가의 제어 조치를 위해 그리드 운영자에게 제공하도록, 특히 통지하도록 작동된다.
따라서 풍력 터빈은 특히 그리드 리빌딩 모드 동안, 공칭 전력의 적어도 5 %를 제어 전력으로서 보류하고 제 1 그리드 섹션에서 발생하는 주파수 변동을 상쇄시키기 위해 필요한 경우에만 공급하도록 작동된다. 특히 바람직한 실시예에서, 풍력 터빈은 제 1 그리드 섹션의 상태에 관계없이 작동하여, 공칭 전력의 적어도 5 %를 제어 전력으로서 보류한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 풍력 터빈은 주파수 편차에 따라 제어된다. 따라서, 풍력 터빈은, 예를 들어 P-제어기에 의해, 미리 결정된 목표 주파수와 그리드 주파수의 편차에 따라 설정되는 전기 유효 전력을 제 1 그리드 섹션에 공급한다. 특히 바람직한 일 실시예에서, 풍력 터빈은 또한 공급된 유효 전력이 주파수 편차를 추적하도록, 바람직하게는 그리드 공칭 주파수와 그리드 주파수의 편차가 최소화되거나 또는 조절되는 방식으로 천천히 추적하도록 구성되는 I-제어기를 포함한다.
바람직하게는, 특히 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력을 결정하기 위해, 그리드 리빌딩 모드에 대한 기상 예보가 검출되고, 여기서 기상 예보는 적어도 하나의 풍력 터빈 자체에 의해 결정되고 그리고/또는 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 요청되며, 특히 그리드 운영자에게 요청된다.
따라서, 그리드 리빌딩 모드는 바람직하게는 동기화 작동 및 전력 제어를 위해, 기상 예보를 포함한다. 바람직하게는, 기상 예보는 적어도 다음 2 시간, 바람직하게는 4 시간 동안 적어도 하나의 풍력 터빈에 대한 지배적인 바람 조건을 예측하기에 적어도 적합하다. 특히 바람직하게는, 지배적인 바람 조건은 여기서 적어도 풍속 및 풍향을 포함한다.
풍속은 바람직하게는 평균 해면에 대해 정규화된 평균 풍속이다. 보정 계수를 이용하여, 이러한 평균 풍속은 그 후에 풍력 터빈의 수율을 계산하기 위해, 해당 풍력 터빈의 허브 높이로 변환된다. 평균 풍속은 특히 바람직하게는 15 분의 시간 간격에 대해 평균화된 풍속이다.
기상 예보에 의해, 특히 예를 들어 육상 또는 해상과 같은 적어도 하나의 풍력 터빈의 위치의 지리적 데이터를 고려하여, 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력이 결정된다. 기상 예보 자체는 여기서 적어도 하나의 풍력 터빈 자체 또는 그리드 운영자에 의해 수행될 수 있으며, 여기서 그리드 운영자는 이 경우 바람직하게는 적어도 하나의 풍력 터빈에 기상 예보를 전송한다. 이 경우 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 그 운영자에 의해 보장된 최소 전력의 결정이 이루어진다.
바람직하게는, 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력이, 특히 기상 예보 또는 상기 기상 예보에 기초하여 결정된다.
따라서, 그리드 리빌딩은 특히 기상 예보에 기초하여 결정되는 보장된 최소 전력을 결정하는 단계를 또한 포함한다. 보장된 최소 전력은 풍력 터빈이 미리 정해진 또는 요구된 기간에 전달할 수 있는 전력이며, 여기서 이러한 값은 또한 알려지게 되고 따라서 보장될 수 있거나 또는 적어도 3σ, 바람직하게는 5σ의 확률로 보장될 수 있다. 보장된 최소 성능은 따라서 적어도 93.3 %의 확률로 보장되거나 또는 오류가 없으며, 바람직하게는 적어도 99.77 %의 확률로 보장되거나 또는 오류가 없다. 특히, 여기서 기상 예보에 기초하여, 얼마나 많은 풍력 전력이 적어도 제공되는지가 검사된다. 따라서 기상 예보의 변동 범위가 고려되고, 그 후에 각 경우에 제공될 수 있는 전력이 기본적으로 취해진다. 따라서, 그리드 리빌딩은 보장된 최소 전력에 따라 이루어진다. 특히, 풍력 터빈의 제어기는 보장된 최소 전력에 따라 그에 상응하게 파라미터화된다. 예를 들어, 기상 예보에 따라 다음 4 시간 동안 2 MW의 보장된 최소 전력이 결정되며, 여기서 풍력 터빈 자체는 4 MW의 공칭 전력을 갖는다. 제어기, 특히 전력 제어 공정은 이 경우 최대 목표 값이 2 MW가 되도록 설정된다. 이는 예를 들어 전력 램프를 변경함으로써 또는 리미터를 제한하거나 또는 파라미터화함으로써 수행될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력의 값 또는 다른 정보는 기상 예보 또는 상기 기상 예보에 따라 그리드 운영자에게 전달된다.
여기서, 그리드 운영자에게는, 예를 들어 적어도 하나의 풍력 터빈 자체에 의해 또는 적어도 하나의 풍력 터빈의 운영자에 의해, 기상 예보에 따라 결정된 보장된 최소 전력에 대한 값 또는 보장된 최소 전력에 관한 정보가 전달된다. 따라서, 그리드 운영자는 그리드 리빌딩을 위해 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 이러한 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 보장된 전력으로 지정된 전력을 고정된 크기로 고려한다.
여기서 특히 유리하게는, 이에 따라 또한 그리드 운영자는 그리드 리빌딩의 상황에서 대응하는 그리드 섹션에 이용할 수 있는 전력을 매우 높은 정확도로 결정할 수 있고, 이러한 이용 가능한 전력에 따라 그리드 리빌딩을 위한 대응하는 스케줄을 선택할 수 있다. 이러한 절차는 또한 그리드 운영자가, 의도된 그리고 특히 최적화된 목표 값, 특히 유효 및 무효 전력 목표 값을 그리드 복원을 위한 유효 및 무효 전력 램프의 형태로 또한 적어도 하나의 풍력 터빈에 대해 지정할 수 있게 한다.
바람직하게는, 그리드 전압과 동기화된 전압은, 특히 기상 예보 또는 상기 기상 예보에 따라 그리고/또는 그리드 운영자의 전압 목표 설정 값에 따라, 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 제 1 그리드 섹션에 제공되고, 여기서 전압 목표 설정 값은 기상 예보에 따라 결정되고, 특히 그리드 운영자에 의해 결정된다.
따라서, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 주파수, 크기 및 위상 위치가 그리드 전압과 본질적으로 동일한, 그리드 전압과 동기화된 단자 전압을 제공한다. 바람직하게는, 이러한 전압은 그리드 운영자의 전압 목표 설정 값에 따라 설정되며, 여기서 전압 목표 설정 값은 특히 기상 예보에 따라 목표 전압 값의 크기를 지정한다. 예를 들어, 기상 예보에 따르면, 앞으로 몇 시간 동안의 지배적인 바람 조건은 적어도 하나의 풍력 터빈이 공칭 전력으로 작동될 수 있기에 충분하다. 전압 목표 설정 값은 이 경우 그리드 공칭 전압보다 높은 목표 전압 값, 예를 들어 그리드 공칭 전압의 105 %인 목표 전압 값을 갖는다. 기상 예보가 지배적인 바람 조건이 적어도 하나의 풍력 터빈의 공칭 전력의 50 %에 대해서만 충분하다고 말하는 경우, 예를 들어 전압 목표 설정 값은 그리드 공칭 전압보다 낮은 목표 전압 값, 예를 들어 그리드 공칭 전압의 95 %인 목표 전압 값을 갖는다. 풍력 터빈은 이 경우, 특히 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 지원하기 위해, 전압 목표 설정 값의 목표 전압 값에 대응하는 무효 전력을 공급한다. 따라서 풍력 터빈은 적어도 10 분 동안, 바람직하게는 적어도 30 분 동안, 특히 바람직하게는 적어도 2 시간 동안 예측되는, 바람직하게 풍속 및 풍향에 따른 날씨 의존성 무효 전류 공급을 갖는다.
바람직하게는, 제 1 그리드 섹션에 전압을 제공하는 단계는 전압 안정화 공정에 의해 수행되고, 이러한 전압 안정화 공정은 제 1 그리드 섹션에 실질적으로 안정한 전압을 제공하도록 전압 목표 설정 값 또는 상기 전압 목표 설정 값에 따라 수행된다. 특히 전압 안정화 공정은 무효 전력 공급에 의해 수행된다.
따라서 풍력 터빈은 적어도 하나의 무효 전력 공급 장치를 포함하며, 이러한 무효 전력 공급 장치는 특히 그리드 공칭 전압의 10 %의 허용 오차 대역 내에서, 전압 목표 설정 값에 따라 그리드 전압을 안정적으로 유지하도록 구성되어 있으므로, 그리드 전압은 그리드 공칭 전압의 90 % 내지 110 % 범위 내에 있다. 따라서, 무효 전력 공급 장치는 적어도, 그 입력 변수가 검출된 그리드 전압이고 그 출력 변수가 무효 전력 목표 값인 제어기로부터 형성된다. 특히 바람직한 실시예에서, 무효 전력 목표 값은 이 경우 기상 예보에 따라 설정된다.
본 발명에 따르면, 위에서 또는 아래에서 설명되는 방법을 수행하도록 구성되는 복수의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 발전 시설에 의해 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법이 또한 제안되며, 여기서 풍력 발전 시설은 적어도 4 MW 내지 400 MW의 공칭 전력을 가지며, 제 1 그리드 섹션에 결합된다.
따라서, 풍력 발전 시설을 형성하는 복수의 풍력 터빈에 의해 위에서 또는 아래에서 설명되는 방법을 수행하는 것이 제안된다. 풍력 발전 시설은 여기서 특히 공통 그리드 연결 지점을 통해 전기 공급 그리드와 연결되는 복수의 풍력 터빈의 기능적 조합체이다.
여기서 특히 유리하게는, 그리드 운영자는 복수의 풍력 터빈과 통신하는 것 대신에, 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 풍력 발전 시설 제어기와만 통신한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 풍력 터빈은 적어도 하나의 풍력 터빈을 제 1 그리드 섹션 또는 상기 제 1 그리드 섹션에 연결하도록 구성되는 1 차측 및 2 차측을 갖는 변압기를 포함하고, 여기서 이러한 그리드 섹션은 10 kV 내지 400 kV의 그리드 공칭 전압을 포함한다.
따라서, 풍력 발전 시설이 연결되는 그리드 섹션은 10 kV 내지 400 kV의 그리드 공칭 전압을 갖는다. 그리드 섹션은 변압기의 2 차측에 연결되고, 이를 통해 풍력 터빈은 그리드 섹션에 상응하는 전압을 제공하도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 풍력 터빈을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하는 풍력 터빈이 제안되며, 여기서 풍력 터빈은 위에서 또는 아래에서 설명되는 방법을 수행하기 위해 제어 유닛에 의해 제어된다.
따라서, 풍력 터빈은 제 1 작동 모드, 특히 정상 작동 모드, 제 2 작동 모드, 특히 모니터링 모드, 및 제 3 작동 모드, 특히 그리드 리빌딩 모드에 의해 공급될 유효 전력 및 공급될 무효 전력을 제어하도록 구성되는 적어도 하나의 제어 유닛을 포함한다. 바람직하게는, 제어기는 여기서 기상 예보에 따라 적어도 일시적으로 풍력 터빈을 제어하도록 구성된다. 바람직하게는, 제어 유닛은 또한 그리드 리빌딩을 위해 그리드 운영자와 데이터를 교환하도록 구성되는 통신 장치를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 통신 장치는 무선 통신을 수행하거나 또는 준비하도록 준비된다.
본 발명은 이제 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 기초로 예로서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 풍력 터빈의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 전기 공급 그리드의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 방법 프로세스를 개략적으로 도시한다.
도 4는 다른 실시예에서 본 발명에 따른 방법의 방법 프로세스를 개략적으로 도시한다.
도 1은 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법을 수행하도록 제어 유닛에 의해 구성되는 풍력 터빈(100)을 도시한다. 풍력 터빈은 타워(102) 및 나셀(104)을 포함한다. 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 전기 3 상 공급 그리드(200)의 구조를 개략적으로 도시한다.
전기 공급 그리드(200)는 각각 25 kV의 그리드 공칭 전압을 갖는 제 1 그리드 섹션(210) 및 추가의 그리드 섹션(220)을 포함한다. 제 1 그리드 섹션(210) 및 추가의 그리드 섹션(220)은 섹션들 사이에 전기 에너지를 전송하도록 스위칭 장치(230)를 통해 서로 결합된다. 스위칭 장치(230)는 또한 오류 발생 시 제 1 그리드 섹션(210)을 추가의 그리드 섹션(220)으로부터 분리하도록 구성된다.
제 1 및 또 추가의 그리드 섹션(210, 220)은 또한 변압기들(232, 234) 및 추가의 스위칭 장치들(236, 238)을 통해, 예를 들어 110 kV의 그리드 공칭 전압을 갖는 다른 그리드 섹션들에 결합된다.
바람직하게는 풍력 발전 시설(WP1)으로서 설계되는 적어도 하나의 풍력 터빈(240)은 그리드 연결 지점(242)을 통해 제 1 그리드 섹션(210)에 연결되고, 따라서 전기 공급 그리드(200)에 연결된다. 또한, 적어도 하나의 풍력 터빈(240)은 제 1 그리드 섹션(210)의 상태를 검출하기 위한, 특히 제 1 그리드 섹션(210)의 그리드 전압을 검출하기 위한 수단(244)을 포함한다.
적어도 하나의 풍력 터빈(240)은 또한 여기서 데이터 라인으로서 도시되어 있는 통신 장치(246, 247)를 통해 그리드 운영자(250)와 연결되어, 특히 오류를 검출하고 목표 값을 획득한다. 데이터 라인은 여기서 예를 들어 리플 제어 신호로 설계되고, 데이터는 전력 라인 통신 또는 광섬유를 통해 전송된다. 통신 장치(246, 247)에 의해, 예를 들어 풍속 및 풍향을 포함하는 기상 예보 또는 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력과 같은 다른 데이터가 또한 전송될 수도 있다. 바람직하게는, 통신 장치(246, 247)는 예를 들어 라디오(radio) 또는 W-LAN을 통해 무선으로 구현된다.
또한, 적어도 하나의 풍력 터빈(210)은 다른 통신 장치(248, 249)를 통해 다른 풍력 터빈(260), 특히 다른 풍력 발전 시설(WP2)과 연결된다. 이는 이 경우 마찬가지로 통신 장치(264, 266)를 통해 그리드 운영자와 연결되어, 데이터를 교환할 수 있다.
또한, 그리드 운영자는 다른 전기 발전기(270)와 연결되어, 이를 제어한다. 이것은 통신 장치(272, 274)를 통해 그리드 운영자에 연결되는 발전소(270)에 의한 것으로서 예시적으로 도시되며, 여기서 발전소(270)는 추가의 그리드 섹션(220)에 연결된다.
이제 예를 들어 제 1 그리드 섹션(210)에서 오류(280)가 발생하면, 스위칭 장치(230)는 제 1 그리드 섹션을 트리거링하여, 추가의 그리드 섹션(220)으로부터 분리시킨다. 그 후, 제 1 그리드 섹션은 무-전압이 되는데, 즉 그리드 전압이 0 kV가 된다. 그 후, 그리드 운영자는 적어도 하나의 풍력 터빈(240)에 오류(F)를 통지하고, 이에 따라 적어도 하나의 풍력 터빈은 정상 작동 모드에서 모니터링 모드로 변경된다. 또한, 그리드 운영자(250)는 이제 교란(280)을 제거하고, 스케줄에 따라 제 1 그리드 섹션에 그리드 리빌딩 전압을 제공하며, 상기 그리드 리빌딩 전압은 예를 들어 제 1 그리드 섹션의 그리드 공칭 전압의 70 %보다 크다. 따라서 그리드 리빌딩 전압은 적어도 하나의 풍력 터빈(240)에 의해 제공되지 않는 것이 아니라, 이것에 의해 지원될 뿐이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법(300)의 방법 프로세스를 개략적으로 도시한다.
풍력 터빈은 처음에는 정상 작동 모드에서 작동하므로, 따라서 전기 유효 전력 및/또는 전기 무효 전력을, 그리드 주파수를 갖는 전기 공급 그리드의 제 1 그리드 섹션에 공급한다. 전기 유효 전력 및/또는 무효 전력의 공급은 여기서 지배적인 바람에 따라 그리고/또는 그리드 주파수에 따라 이루어진다. 이것은 NOR 블록(310)에 의해 표시된다.
이제 오류가 발생하면, 특히 전압 강하가 제 1 그리드 섹션에서 발생하고, 이를 통해 그리드 섹션은 더 이상 그리드 전압을 갖지 않게 되고, 전기 공급 그리드의 스위칭 장치는 제 1 그리드 섹션을 추가의 그리드 섹션으로부터 분리한다. 따라서, 오류가 존재하게 되고, 이는 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 검출된다. 이것은 ERR 블록(320)에 의해 표시된다.
오류로 인해 풍력 터빈은 정상 작동 모드로부터 모니터링 모드로 변경된다. 모니터링 모드에서, 풍력 터빈은 더 이상 전력을 공급하지 않지만, 그러나 전압 검출을 통해 그리드 섹션의 상태를 모니터링한다. 이는 WAS 블록(330)에 의해 표시된다.
이제 그리드 운영자는 그리드 섹션을 리빌딩하기 위해, 특히 그리드 전압을 리빌딩하거나 또는 복원하기 위해 스케줄을 트리거링한다. 이 시간 동안 풍력 터빈은 그리드 섹션이 그리드 리빌딩 전압을 가질 때까지 그리드 전압을 검출한다. 이것은 RVO 블록(340)에 의해 표시된다.
이제 풍력 터빈에 의해 그리드 리빌딩 전압이 검출되면, 풍력 터빈은 모니터링 모드로부터 그리드 리빌딩 모드로 변경되고, 상기 그리드 리빌딩 모드에서 목표 값에 따라 그리드 전압을 지원한다. 이것은 GBM 블록(350)에 의해 표시된다.
풍력 터빈은 그리드 운영자가 오류가 끝났다는 것을 통지할 때까지 그리드 리빌딩 모드에서 작동된다. 이것은 CLE 블록(360)에 의해 표시된다.
그리드 운영자가 이제 오류가 끝났다는 것을 통지하면, 풍력 터빈은 그리드 리빌딩 모드로부터 정상 작동 모드 또는 상기 정상 작동 모드로 다시 변경된다. 이것은 제 1 NOR 블록(310)에 대응할 수 있는 제 2 NOR 블록(370)에 의해 표시된다.
도 4는 특히 바람직한 실시예에서의 본 발명에 따른 방법의 방법 프로세스(400)를 개략적으로 도시한다.
상기 방법은 여기서 본질적으로 모니터링 모드(430), 그리드 리빌딩 모드(450) 및 정상 작동 모드(490)로 세분된다.
적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 초기에 정상적으로 작동되거나 또는 정상 작동 모드에서 작동되므로, 따라서 전기 유효 전력 및/또는 전기 무효 전력을 전기 공급 그리드의 제 1 그리드 섹션에 공급하고, 여기서 전기 유효 전력 및/또는 무효 전력의 공급은 지배적인 바람에 따라 그리고/또는 그리드 주파수에 따라 이루어진다. 또한, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 정상 작동 모드에서 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 모니터링한다. 이것은 NOR 블록(410)에 의해 표시된다.
적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설이 정상 작동 모드에서 전기 유효 전력 및/또는 전기 무효 전력을 지배적인 바람에 따라 그리고/또는 그리드 주파수에 따라 제 1 그리드 섹션에 공급한다는 것은 NPM 블록(412)에 의해 도시되어 있다.
이제 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설이 GVE 블록(414)에 의해 도시되어 있는 교란을 식별하면, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 이러한 교란을 그 자신의 방식으로 검사한다. 이것은 CVE 블록(416)에 의해 표시된다.
교란의 검사는 여기서 특히 교란 데이터를 비교하여 그리고/또는 그리드 운영자에서 그리고/또는 마찬가지로 제 1 그리드 섹션에 연결되어 있는 다른 발전기에서에서 직접적으로 수행된다. 이러한 절차는 GOE 블록(418)에 의해 표시된다. 비교를 통해, 특히 제 1 그리드 섹션에 정상 교란(NVE)이 또는 오류(ERR)가 존재하는지가 결정된다.
이제 예를 들어 NFL 블록(422)에 의해 도시되어 있는 정상적인 교란, 즉 예를 들어 단기간의 주파수 변동이 존재하는 경우, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 그리드 지원 모드로 변경된다. 이것은 SWM 블록(442)에 의해 표시된다.
적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 주파수 변동이 끝날 때까지 이러한 그리드 지원 모드를 유지한다. 주파수 변동이 끝났다는 것은 CLN 블록(426)에 의해 표시된다. 주파수 변동이 끝났는지 여부는 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설 자체에 의해 검출되거나 또는 그리드 운영자에게 요청될 수 있다.
주파수 변동이 끝났다면, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 다시 정상 작동 모드로 변경된다. 이것은 NOR 블록(428)에 의해 표시된다.
그러나, 이제 ERR 블록(419)에 의해 표시되는 오류가 존재하면, 본 발명에 따르면 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 WAS 블록(430)에 의해 표시되는 모니터링 모드로 변경된다.
모니터링 모드에서, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 전력을 전기 공급 그리드에 공급하지 않는다. 이것은 SSM 블록(432)에 의해 표시된다. 또한 바람직하게는, 적어도 하나의 풍력 터빈은 모니터링 모드에서 자신의 수요에 필요한 만큼의 전력을 발생시킨다.
모니터링 모드에서, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 또한 기상 예보(W)를 지속적으로 생성하거나 또는 이것을 그리드 운영자 또는 다른 제공자에게 문의한다. 이러한 기상 예보에 따라 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 보장된 최소 전력(P)을 그리드 운영자에게 전송한다. 그러나, 기상 예보는 또한 풍력 터빈 운영자 및/또는 중앙 제어실을 통해 수신되고 그리고/또는 전송될 수 있으며, 여기서 중앙 제어실은 상이한 설치 위치에서 복수의 풍력 터빈을 관리하거나 또는 제어하는 역할을 한다. 이는 GOW 블록(434)에 의해 표시된다. 동시에, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 모니터링 모드에서 제 1 그리드 섹션의 상태를 검사하는데, 특히 그리드 리빌딩 전압(RVO)이 제 1 그리드 섹션에 존재하는지 여부에 대해 검사한다. 이것은 GWR 블록(436)에 의해 표시된다.
RVO 블록(440)에 의해 표시되는 그리드 리빌딩 전압이 존재하는 경우, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 GBM 블록(450)에 의해 표시되는 그리드 리빌딩 모드로 변경된다.
그리드 리빌딩 모드에서, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은, 여기서 먼저 전력을 제 1 그리드 섹션에 공급하지 않고, 제 1 그리드 섹션의 그리드 리빌딩 전압과 동기화된다. 바람직하게는, 풍력 터빈은 여기서, 지배적인 풍속에서 일반적으로 사용되고 종종 회전 속도-전력-특성 곡선에 기초하여 결정될 수 있는 회전 속도 이상에 위치되는 회전 속도로 작동된다. 따라서 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설의 풍력 터빈들은 그리드 리빌딩 모드에서 초과 회전 속도를 갖는다. 이것은 ZPM 블록(452)에 의해 표시된다. 또한, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 이에 따라 미리 지정될 수 있는 그리드 리빌딩을 위한 목표 값을 요구하거나 또는 수신하며, 여기서 이러한 목표 값은 보장된 최소 전력에 따라 그리드 운영자에 의해 결정된다. 이것은 VCO 블록(454)에 의해 표시된다.
RAM 블록(456)에 의해 표시되는 그리드 운영자의 램프 설정 값을 통해, 풍력 터빈은 공급된 전력, 특히 공급된 유효 전력을 천천히 그리고 지속적으로 증가시키기 시작한다. 따라서, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 그리드 리빌딩 모드 중에 제 1 그리드 섹션의 주파수의 주파수 안정화에서 참여한다. 이것은 FBM 블록(458)에 의해 표시된다.
FBM 블록(458)에 의해 표시되는 주파수 안정화 동안, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 특히 제 1 그리드 섹션의 상태를 문의하기 위해 그리드 운영자와 계속 통신한다. 이것은 GOC 블록(459)에 의해 표시된다.
그리드 운영자가 이제 CLE 블록(460)에 의해 표시되는 오류가 끝났다는 것을 통지하면, 적어도 하나의 풍력 터빈 또는 풍력 발전 시설은 다시 정상 작동 모드로 재-변경된다. 이것은 NOR 블록(490)에 의해 표시된다. 따라서 이 경우 그리드 리빌딩은 완료된다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 그리드(grid) 운영자의 전기 공급 그리드를 리빌딩(rebuilding)하기 위한 방법에 있어서,
    상기 전기 공급 그리드는,
    - 제 1 그리드 섹션 및 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션을 포함하고,
    - 상기 제 1 그리드 섹션은 상기 적어도 하나의 풍력 터빈과 연결되고, 제 1 그리드 공칭 전압을 가지며,
    - 상기 제 1 그리드 섹션은 적어도 하나의 스위칭 장치를 통해 상기 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션과 결합되어, 상기 그리드 섹션들 사이에 전기 에너지를 전송하며,
    - 상기 적어도 하나의 스위칭 장치는 오류(fault) 발생 시 상기 적어도 하나의 추가의 그리드 섹션으로부터 상기 제 1 그리드 섹션을 분리하도록 구성되며,
    상기 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법은
    - 상기 오류가 발생할 때, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈을 모니터링 모드에서 작동시키는 단계 - 상기 풍력 터빈은 상기 모니터링 모드에서 상기 제 1 그리드 섹션으로 전력을 공급하지 않고, 상기 제 1 그리드 섹션의 상태가 검사됨 - ,
    및
    - 상기 제 1 그리드 섹션이 그리드 리빌딩 전압을 가질 때, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈을 그리드 리빌딩 모드에서 작동시키는 단계, 및
    - 상기 오류가 끝나는 즉시, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈을 정상 작동 모드에서 재-작동시키는 단계
    를 포함하는, 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오류는
    - 상기 제 1 그리드 섹션에서의 전압 강하이고 그리고/또는
    - 상기 제 1 그리드 섹션에서의 과주파수이고 그리고/또는
    - 상기 제 1 그리드 섹션에서의 저주파수인 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오류는
    - 상기 그리드 운영자의 통지를 통해 그리고/또는
    - 상기 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 검출함으로써 - 이와 같이 검출된 상기 그리드 전압은 상기 그리드 공칭 전압의 90 %보다 작음 -
    결정되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 그리드 운영자의 통지를 통해 그리고/또는
    - 제 1 그리드 섹션의 그리드 전압을 검출함으로써 - 이와 같이 검출된 상기 그리드 전압은 특히 미리 결정된 최소 기간 동안, 상기 그리드 공칭 전압의 70 %보다 크고, 바람직하게는 90 %보다 큼 - 그리고/또는
    - 주파수 안정성을 검출함으로써 - 상기 그리드 주파수가 미리 결정된 기간 동안 허용 오차 대역 내에서 움직일 때, 주파수 안정성이 존재하고, 상기 허용 오차 대역은 상한 및 하한을 가지며, 특히 상기 상한은 상기 그리드 공칭 주파수보다 높게 위치하고, 상기 하한은 상기 그리드 공칭 주파수보다 낮게 위치하며, 특히 상기 상한은 51 Hz이고 상기 하한은 49 Hz이며, 상기 그리드 공칭 주파수는 50 Hz임 - 그리고/또는
    - 상기 그리드를 자극하고 상기 제 1 그리드 섹션을 모니터링하여, 상기 제 1 그리드 섹션의 변수를 결정하도록, 바람직하게는 상기 제 1 그리드 섹션의 스태틱스(statics)를 결정하도록 구성되는 그리드 인식 유닛을 통해
    상기 오류가 끝난 것으로 인식되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 그리드 리빌딩 모드는 바람직하게는 상기 그리드 전압이 실질적으로 안정적일 때, 상기 풍력 터빈이 상기 제 1 그리드 섹션의 상기 그리드 전압과 동기화되는 동기화 작동을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 그리드 리빌딩 모드는 상기 풍력 터빈이 전력 목표 값에 따라 상기 제 1 그리드 섹션에 전력을 공급하는 전력 제어 공정을 포함하며, 바람직하게는 전력 목표 값은 상기 그리드 운영자에 의해 지정되고 그리고/또는 상기 전력은, 특히 I-제어기를 통해, 제어 편차가 유지되는 경우 천천히 추적되는 방식으로 증가되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    - 상기 전력 제어 공정은 주파수 안정화 공정을 포함하고,
    상기 주파수 안정화 공정은
    - 상기 전력의 일부를 보류하여, 상기 제 1 그리드 섹션의 상기 주파수 안정화를 위해 필요한 경우 상기 전력의 일부를 해제하고, 특히 공급하며 그리고/또는
    - 상기 제 1 그리드 섹션이 과주파수인 그리드 주파수를 갖는 경우, 전력의 공급을 제한하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 풍력 터빈은 상기 제 1 그리드에서 발생하는 주파수 변동을 최소화하기 위해 공칭 전력의 미리 결정된 부분, 특히 적어도 5 %, 특히 적어도 10 %를 제어 전력으로 보류하고 그리고/또는 필요 시 공급하며, 그리고/또는 추가의 제어 조치를 위해 상기 그리드 운영자에게 제공하도록, 특히 통지하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 특히 상기 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력을 결정하기 위해, 상기 그리드 리빌딩 모드에 대한 기상 예보를 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 기상 예보는
    - 상기 적어도 하나의 풍력 터빈 자체에 의해 결정되고 그리고/또는
    - 상기 적어도 하나의 풍력 터빈에 의해 특히 상기 그리드 운영자에게 요청되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 특히 기상 예보 또는 상기 기상 예보에 기초하여, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈의 보장된 최소 전력 또는 상기 보장된 최소 전력을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 기상 예보 또는 상기 기상 예보에 따라 상기 풍력 터빈의 보장된 최소 전력의 값 또는 다른 정보를 상기 그리드 운영자에게 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 특히 기상 예보 또는 상기 기상 예보에 따라 그리고/또는 상기 그리드 운영자의 전압 목표 설정 값에 따라 상기 적어도 하나의 풍력 터빈을 통해 상기 제 1 그리드 섹션에, 상기 그리드 전압과 동기화된 전압을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 전압 목표 설정 값은 기상 예보에 따라 결정되고, 특히 상기 그리드 운영자에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    - 상기 제 1 그리드 섹션에 상기 전압을 제공하는 단계는 전압 안정화 공정에 의해 수행되고, 상기 전압 안정화 공정은 상기 제 1 그리드 섹션에 실질적으로 안정한 전압을 제공하도록 전압 목표 설정 값 또는 상기 전압 목표 설정 값에 따라 수행되고, 특히 상기 전압 안정화 공정은 무효 전력 공급에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 복수의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 발전 시설에 의해 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법에 있어서,
    상기 풍력 발전 시설은 적어도 4 MW 내지 400 MW의 공칭 전력을 가지며, 상기 제 1 그리드 섹션에 결합되는, 풍력 발전 시설에 의해 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 풍력 터빈은 상기 적어도 하나의 풍력 터빈을 제 1 그리드 섹션 또는 상기 제 1 그리드 섹션에 연결하도록 구성되는 1 차측 및 2 차측을 갖는 변압기를 포함하고, 상기 그리드 섹션은 10 kV 내지 400 kV의 그리드 공칭 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시설에 의해 전기 공급 그리드를 리빌딩하기 위한 방법.
  16. 풍력 터빈을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하는 상기 풍력 터빈에 있어서,
    상기 풍력 터빈은 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 상기 제어 유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  17. 풍력 발전 시설으로서,
    제 16 항에 따른 적어도 하나의 풍력 터빈 및/또는 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 상기 풍력 발전 시설을 제어하기 위한 풍력 발전 시설 제어 유닛을 포함하는, 풍력 발전 시설.
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