風力タービン及びその運転方法
【課題】有効電力出力が変動する場合であっても、風力タービンのない場合と比較して、ネットワークの所定点における望まざる電圧の変動を減少、または、少なくとも微増にとどめることが可能な、風力タービンの運転方法を提供する。
【解決手段】電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定し、マイクロコントローラが前記電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値を導出し、インバータを制御して位相角φを目標位相角に設定する。
【解決手段】電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定し、マイクロコントローラが前記電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値を導出し、インバータを制御して位相角φを目標位相角に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータにより駆動可能であって、電気ネットワーク(ein elektrisches Netz)、特に接続されている負荷に電力を供給するための発電機を備えた風力タービンの運転方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、風力タービン、特に、前記方法を実施するための、ロータ、ならびに、電気ネットワークに電力を供給するためにロータと接続された、または、少なくとも２基の風力タービンを有するウィンドファームに接続された、発電機を有する風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００３】
周知の、風力エネルギから電気エネルギを発生させる風力タービンにおいては、電気負荷、時には電気ネットワーク、と接続された発電機は並列的回路様式で運転される。風力タービンの運転中、発電機により生成される有効電力はその時の風速に拠って変化してもよい。その結果、ネットワークの電圧もまた、例えば送込み点(Einspeisepunkt)において、その時点の風速に従って変化可能である。
【０００４】
しかしながら、発電された電力が電気ネットワーク、例えば、公衆電力ネットワークに供給されるとき、結果としてネットワークの電圧に変動が生じる。だが、接続されている負荷が信頼性を損なわずに動作するためには、そのような変動は非常に狭い限度内でのみ許される。
【０００５】
供給ネットワークにおける、ネットワークの電圧の参照値からのさらに大きな乖離は、特に中高電圧レベルでは、実効値が所定の閾値を超えるか、または、下回った場合に、例えばステッピング（タップ切替式）変圧器のようなスイッチング装置を作動させ、このような装置の作動によって補償してもよい。このようにして、ネットワークの電圧を、所定の許容限度内で、実質的に一定に保っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、有効電力出力が変動する場合であっても、風力タービンのない場合と比較して、ネットワークの所定点における望まざる電圧の変動を減少、または、少なくとも微増にとどめることが可能な、風力タービンの運転方法を規定すること、ならびに、風力タービン、および／もしくは、ウィンドファームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、本発明により、風力タービンにより供給される電力出力の位相角φを、ネットワークにおいて測定された少なくとも１つの電圧に従って変更させる、冒頭にて明記した類の方法で、達成される。
【０００８】
冒頭にて明記した類の風力タービンにおいて、本目的は、本発明の方法を実行可能な装置によって実現される。
【０００９】
冒頭にて明記した類のウィンドファームにおいて、本発明の目的は、ウィンドファームの個別に制御可能なセクションのそれぞれが、少なくとも１つの、本発明の方法を実行可能な装置、および、電圧検出装置を有するウィンドファームによって実現される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の風力タービンの運転方法、請求項１２の風力タービン、請求項１８のウィンドファームにより、有効電力出力が変動する場合であっても、風力タービンのない場合と比較して、ネットワークの所定点における望まざる電圧の変動を減少、または、少なくとも微増にとどめることができる。更に、各従属請求項により夫々付加的な効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ネットワークに電力を供給する風力タービンの概略図である。
【図２】風力タービンを操作するための、本発明による制御装置である。
【図３】ネットワークの電圧と位相角との相互関係の図である。
【図４】図２に示す調整装置の本質的部分である。
【図５】複数の風力タービンのための、ネットワークの状況に応じて、共通の、また は、個別的な調整システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。
（形態１） 本発明の第１の視点に基づく、風力タービンを運転することにより電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する方法は、
前記風力タービンは、ロータにより駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータと、
前記インバータを制御するマイクロコントローラと、を有し、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定し、電圧測値を求めるステップと、
前記マイクロコントローラが前記電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータを制御して（実際）位相角φを該目標位相角に設定するステップと、
前記マイクロコントローラが、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合は、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記電圧測値の減少に応じて前記位相角φが小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータを制御するステップ
を含むことを特徴とする（第１基本構成）。
（形態２） 上記形態１の方法において、前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させることが好ましい。
（形態３） 上記形態１又は２の方法において、前記電圧測値は、タップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止することが好ましい。
（形態４） 上記形態３の方法において、前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御することが好ましい。
（形態５） 上記形態３の方法において、前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御することが好ましい。
（形態６） 上記形態３の方法において、前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制することが好ましい。
（形態７） 上記形態１〜６の何れかの方法において、前記インバータを制御するステップにおける前記位相角φの変更の前後において、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点における電圧は実質的に一定に保たれることが好ましい。
（形態８） 上記形態１〜７の何れかの方法において、前記電圧測値は、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点において測定された電圧の測値であることが好ましい。
（形態９） 上記形態１〜８の何れかの方法において、前記電圧測値は、前記電気ネットワークの送込み点とは異なる一点において測定された電圧の測値であることが好ましい。
（形態１０） 上記形態１〜９の何れかの方法において、調整システムが、直接的、または、間接的に、前記電気ネットワークに含まれるスイッチング装置を作動させることが好ましい。
（形態１１） 上記形態１〜１０の何れかの方法において、前記電気ネットワークは、複数の部分を有し、
前記電圧を測定し電圧測値を求めるステップと、前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラが前記インバータを制御するステップと、は、前記電気ネットワークの前記複数の部分について、個別的に行われ、
さらに、スイッチング装置を介して前記複数の部分を接続または切断するステップを有し、
前記個別的に行われる前記前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラが前記インバータを制御するステップと、は、前記スイッチング装置の状態に基づいて、統合または分離されることにより、前記複数の部分のうち互いに接続された部分が形成する電気ネットワークを統一的に監視し、調整することが好ましい。
（形態１２） 本発明の第２の視点に基づく、電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する風力タービンは、
ロータにより駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータと、
前記インバータを制御するマイクロコントローラと、を有し、
前記マイクロコントローラは、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定して得た電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータを制御して（実際）位相角φを該目標位相角に設定すること、
さらに、前記マイクロコントローラは、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合には、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは前記電圧測値のさらなる減少に応じて前記位相角φを小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータを制御すること、
を特徴とする（第２基本構成）。
（形態１３） 上記形態１２の風力タービンにおいて、さらに、前記マイクロコントローラは、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させるように、前記インバータを制御することが好ましい。
（形態１４） 上記形態１２又は１３の風力タービンにおいて、前記電圧測値は、前記電気ネットワークに含まれる少なくとも１つのタップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定の結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止することが好ましい。
（形態１５） 上記形態１４の風力タービンにおいて、前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御することが好ましい。
（形態１６） 上記形態１４の風力タービンにおいて、前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御することが好ましい。
（形態１７） 上記形態１６の風力タービンにおいて、前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制することが好ましい。
（形態１８） 本発明の第３の視点に基づく、少なくとも２基の風力タービンを備えるウィンドファームは、
上記形態１〜１１のいずれかの方法を実施するための装置と、
前記ウィンドファームに含まれ個別的に制御可能なセクションそれぞれについての電圧検出装置と、を備えることを特徴とする（第３基本構成）。
【００１３】
本発明は、負荷、または、ネットワークの電圧により供給される電力の位相角を変化させることにより、負荷に供給される電圧、特にネットワークにおける電圧の望まれざる変動を回避している。これによって、風力タービンによって供給される実効電力、および／または、負荷によってネットワークから引き出される電力の変化により生じる、電圧のあらゆる望まれざる変動を補償する。
【００１４】
ネットワークにおける、所定の少なくとも１点において、電圧が実質的に一定であるように、位相角を変化させることが、特に望ましい。必要なパラメータ値を決定するため、ネットワーク内の少なくとも１点において電圧を測定しなければならない。
【００１５】
特に、前記１点は、送込み点とは異なってよい。このような方法での電圧の測定、および、風力タービンによって供給される電力の位相角を適切な変更により、電力輸送における高速応答、および、効率的な調整を実現できる。
【００１６】
特に好適な、ある実施形態においては、位相角φに関し、設定されるべき値は所定のパラメータ値より導出される。前記パラメータ値は、設定されるべき位相角を導出可能な、離散値形式の、所定の特性群を含んでいる表として提供されることが望ましい。
【００１７】
本発明の、好適な発展において、調整システムは、電圧の変動が所定の閾値を超えた場合、ネットワークにおけるスイッチング装置、例えば、ステッピング（タップ切替式）変圧器を作動させ、直接的に、または、非直接的に、電圧を許容範囲内にまで回復させることが可能である。
同時に、また、加えて、位相角は所定の期間、一定値に設定され、好ましくは、ゼロのような、平均値に設定されて、位相角を適切に調整することにより、以降に生じるあらゆる電圧の変動を補償することができる。
【００１８】
本発明の特に好適な発展においては、電圧の測定、および、位相角の調整は、ネットワークにおける電気的に分離された部分で別々に実施可能であり、前記各部分における電圧が実質的に一定となるように、各部分を調整可能である。
【００１９】
本発明の風力タービンは好都合にも、マイクロプロセッサを有する調整装置を備え、風力タービンのデジタル調整を可能としている。
【００２０】
本明細書冒頭にて言及したウィンドファームは、ウィンドファームの個別的に制御可能なセクションのそれぞれに対し、電圧測定装置、および、本発明の方法を実施可能な装置を備えることが好ましく、そうすることにより、電力ネットワークの各部分における電圧が実質的に一定に保たれるように、ネットワーク内で電気的に分離された部分を別々に調整可能である。以下、本発明を、図面を参照し、風力タービンの運転方法に関する実施例に基づいて、説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図されていない。
【実施例】
【００２１】
図１に概略的に示されている、ロータ４を有する風力タービン２は、電気ネットワーク６に接続されている。例えば電気ネットワーク６は、公衆ネットワークであってよい。幾つかの電気負荷８がネットワークに接続されている。図１に図示されていない、風力タービン２の発電機は、電気的制御および調整装置１０に接続されており、装置１０は先ず発電機で発電された交流を整流し、続いて、電流を、ネットワークの周波数に一致した周波数の交流に変換する。制御および調整装置１０は、本発明による調整装置を備える。
【００２２】
ネットワーク６における、任意の点２２において、パラメータ値を調整装置１０に戻す電圧検出装置２２を配することが可能である。
【００２３】
図２は本発明による調整装置を示している。略式で示されているロータ４は、風速によって変化することがある電力量を発電する発電機１２に接続されている。発電機１２で作られる交流電圧は、先ず整流され、続いてネットワークの周波数に一致した周波数の交流電圧に変換される。
【００２４】
ネットワーク６の位置２２における、ネットワークの電圧は、電圧センサ（図示せず）によって測定される。測定されたネットワークの電圧に応じ、−必要に応じて図４に示されるマイクロプロセッサを用いて−最適角φを計算する。調整装置を用い、ネットワーク電圧Ｕは所望の値Ｕsollに調整される。位相角を変化させることにより、発電機１２からネットワーク６に輸送される電力が調整される。
【００２５】
図３は、ネットワーク電圧と位相角との関係を示す図である。電圧が、ＵminからＵmaxの間にある参照値Ｕsollから逸脱した場合、逸脱の極性によって、ネットワークに誘導性、または、容量性実効電力が供給されるように、図中の電力曲線に従って位相角φが変化され、電圧測定点（図１の２２）における電圧を安定化する。
【００２６】
図４は、図１の制御および調整装置１０の主要部分を示している。制御および調整装置１０は整流器１６を有しており、整流器１６において、発電機の発電した交流電流が整流される。整流器１６に接続されている周波数変換機（インバータ）１８は、初めに直流に整流された電流を、電力線Ｌ１、Ｌ２、および、Ｌ３により、ネットワーク６へ三相交流として供給される交流に変換する。
【００２７】
周波数変換機（インバータ）１８は、完全な調整装置の部分を構成するマイクロコントローラ２０を用いて制御される。これを目的として、マイクロプロセッサ２０は、周波数変換機（インバータ）１８に接続される。マイクロプロセッサ２０に対する入力パラメータは、現在のネットワーク電圧Ｕ、発電機の出力電力Ｐ、ネットワーク電圧参照値Ｕsoll、および、電力勾配dＰ/dtである。本発明に従い、ネットワークに供給される電流は、マイクロプロセッサ２０において変更される。
【００２８】
図５において、ウィンドファームの例として、２基の風力タービン２を示している。当然のことながら、これらの風力タービンが、象徴的に複数の風力タービンを表すことも可能である。これら風力タービンのそれぞれには、調整装置１０が割り当てられている。ネットワーク６、７、における、所定の点２２、２７、において、調整装置１０は電圧を測定し、そして、この値を、ライン２５、２６を介して割り当てられている調整装置１０へ送信している。
【００２９】
ネットワークの部分６、７はスイッチング装置２３によって相互に接続可能、または、互いの接続を切断可能である。前記スイッチング装置２３と並列に、スイッチング装置２４が配され、スイッチング装置２３の状態によって、２つの調整装置１０を相互に接続、または、接続の切断が可能である。
【００３０】
このように、ネットワークの部分６、７が互いに接続されているならば、２つの調整装置１０も相互に接続され、ネットワーク全体が単一の構成とみなされ、ウィンドファーム全体から電力が統一的に供給され、ウィンドファーム自体も測定点２２、２７における電圧に応じて統一的に調整される。
【００３１】
ネットワークの部分６、７がスイッチング装置２３によって切断されれば、調整装置１０もまた、互いに切断し、ネットワークの一方のセクションはライン２５を介して測定点２２で、調整装置１０によって監視され、割り当てられているウィンドファームのセクションが調整され、また、電力ネットワークの他方のセクション７はライン２６を介して測定点２７で、調整装置１０によって監視され、この、ウィンドファームの他方のセクションを調整し、電力ネットワークの部分７における電圧を安定化する。
【００３２】
当然のことだが、この分割を２つのネットワーク部分への分割に制限する必要はない。
一のネットワーク部分に対して一の風力タービンが割り当てられるような分割を、適用可能である。
【００３３】
ネットワークパラメータの測定において先述の調整システムが、ネットワークに既に存在するスイッチング装置（ステッピング（タップ切替式）変圧器）の許容範囲とは異なる許容範囲を示す場合、ある状況においては、両装置−一方における上記調整器、および、他方におけるスイッチング装置−は、例えば、ステッピング（タップ切替式）変圧器のスイッチングで「ピンポン」効果を起こすように、互いに影響を及ぼしあい、その結果、上記の本発明の調整方法の制御によりネットワーク内の電圧が変更される場合があり得る。このように調整システムが制御することで、ネットワークの電圧は、ステッピング（タップ切替式）変圧器が次々と作動させられる、等、の方法で変更される。
【００３４】
この、望ましからざる「ピンポン」効果を打ち消すために、本発明の別の実施例においては、スイッチング装置（例えば、ステッピング（タップ切替式）変圧器）からの測定結果を、本発明の調整装置の入力信号として用いることができる。この実施例は、測定結果の正確さに劣るという不都合を有するが、構成要素が継続的に相互に影響を及ぼす危険性を排除し、本発明の目的を達成すべく、動作する。
【００３５】
本出願において記述している位相角とは、風力タービンの発電機からネットワークに供給される電力における、電流と電圧との間の位相である。位相角が０度であれば、有効電力のみが供給される。位相角が０度に等しくなければ、有効電力に加えて無効電力成分も供給されるが、それによって、位相角の変化が必ずしも皮相電力の増加、または、減少を意味するものではなく、むしろ、総皮相電力は一定に保たれ、設定される位相角により、有効電力および無効電力の割合がそれぞれ変化する。
【００３６】
前述のように、本発明の目的の１つは、風力タービンが稼動する際、ネットワークにおける所定点における、望まれざる電圧の変動を減少させること、または、少なくとも、電圧の変動を著しく増加させないことである。本目的のため、本発明は、風力タービン（または、ウィンドファーム）によって輸送される電力の位相角を適切に変化させて電圧の変動を補償可能とする。
【００３７】
一般にネットワークに存在し、風力タービンが接続されている装置、つまりは、ステッピング（タップ切替式）変圧器（図示せず）は、本来、同一の機能を発揮する。スイッチング操作による、ステッピング（タップ切替式）変圧器の電力伝達率の変化により、ネットワークにおける電圧−または、少なくとも変圧器の第２側部での電圧−は、同様の影響をうける。しかし、これは、ステッピング（タップ切替式）変圧器のスイッチングのステップに応じたステップでのみ可能である。
【００３８】
このようなステッピング（タップ切替式）変圧器は一般に、ネットワークの電圧を測定する手段を有する。この電圧が所定の閾値を超過、または、下回ることがあれば、直ちに、ステッピング（タップ切替式）変圧器によるスイッチング操作がトリガされ、所定の許される変動の範囲内まで、ネットワークの電圧が回復される。
【００３９】
本発明による風力タービン、または、そのインバータは、ネットワークにおける電圧を監視し、適切な手段により、前記電圧を所定の許容範囲内に保持しようと試みる。これら許容範囲が完全に一致することがないことは確実であるため、風力タービンおよびステッピング（タップ切替式）変圧器が互いに対立的に動作するような状況を招来しうる。ステッピング（タップ切替式）変圧器は、上方、および、下方に交替的にステップし、風力タービンは、変圧器とは逆向きに、電圧を減少、および、増加させることを試みる。このことが、ネットワークの電圧の安定性において受け入れ難い劣化を招くことは、容易に理解できる。
【００４０】
上記の効果を回避するため、本発明は、第１に、風力タービンへ測定された変量として伝達される電圧は、送込み点とは異なるネットワーク内の点において測定するように指導しており、かつ／または、第２に、調整システムが直接的、または、間接的に、ネットワークのスイッチング装置を作動可能であるように、指導している。前記のネットワークにおける別の点は、当然、ステッピング（タップ切替式）変圧器であってよく、当然のことながら、インバータは、ステッピング（タップ切替式）変圧器と同一の電圧値で制御される。第１には、これにより、ステッピング（タップ切替式）変圧器とインバータが、別々の許容性で、互いに反対に作用することを回避可能である。しかし、第２には、風力タービンが、ネットワークへ無効電力を適切に供給することによって、ステッピング（タップ切替式）変圧器でのスイッチング操作を明確にトリガ可能（間接的操作）、または、コントロールラインを介してこのようなスイッチング操作を（直接的に）起こすことが可能である。
【００４１】
ネットワーク操作者の観点からは、風力タービンがステッピング（タップ切替式）変圧器の別の側部へ送電される無効電力を発電することも望ましい。しかし、無効電力を供給することが常にネットワーク電圧の変化をもたらし、これにより間接的にステッピング（タップ切替式）変圧器が作動されるが、これはまさに望まざるものであり、この場合、逆効果である。
【００４２】
本発明による解決策は、このようなステッピング（タップ切替式）変圧器のスイッチング動作、つまり、上方、または、下方へのステッピングを精密に抑制する工程を有する。このような方法によるステッピングの抑制法は、スイッチの「無作動」による方法であって、このようにして、ステッピング（タップ切替式）変圧器の別の側部へ所望の無効電力を輸送することを可能にしている。
【符号の説明】
【００４３】
２ 風力タービン
４ ロータ
６ 電気ネットワーク
７ 電気ネットワーク
８ 負荷
１０ 調整装置
１２ 発電機
１６ 整流器
１８ 周波数変換機（インバータ）
２０ マイクロコントローラ
２２ 点
２３ スイッチング装置
２４ スイッチング装置
２５ ライン
２６ ライン
２７ 点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータにより駆動可能であって、電気ネットワーク(ein elektrisches Netz)、特に接続されている負荷に電力を供給するための発電機を備えた風力タービンの運転方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、風力タービン、特に、前記方法を実施するための、ロータ、ならびに、電気ネットワークに電力を供給するためにロータと接続された、または、少なくとも２基の風力タービンを有するウィンドファームに接続された、発電機を有する風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００３】
周知の、風力エネルギから電気エネルギを発生させる風力タービンにおいては、電気負荷、時には電気ネットワーク、と接続された発電機は並列的回路様式で運転される。風力タービンの運転中、発電機により生成される有効電力はその時の風速に拠って変化してもよい。その結果、ネットワークの電圧もまた、例えば送込み点(Einspeisepunkt)において、その時点の風速に従って変化可能である。
【０００４】
しかしながら、発電された電力が電気ネットワーク、例えば、公衆電力ネットワークに供給されるとき、結果としてネットワークの電圧に変動が生じる。だが、接続されている負荷が信頼性を損なわずに動作するためには、そのような変動は非常に狭い限度内でのみ許される。
【０００５】
供給ネットワークにおける、ネットワークの電圧の参照値からのさらに大きな乖離は、特に中高電圧レベルでは、実効値が所定の閾値を超えるか、または、下回った場合に、例えばステッピング（タップ切替式）変圧器のようなスイッチング装置を作動させ、このような装置の作動によって補償してもよい。このようにして、ネットワークの電圧を、所定の許容限度内で、実質的に一定に保っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、有効電力出力が変動する場合であっても、風力タービンのない場合と比較して、ネットワークの所定点における望まざる電圧の変動を減少、または、少なくとも微増にとどめることが可能な、風力タービンの運転方法を規定すること、ならびに、風力タービン、および／もしくは、ウィンドファームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、本発明により、風力タービンにより供給される電力出力の位相角φを、ネットワークにおいて測定された少なくとも１つの電圧に従って変更させる、冒頭にて明記した類の方法で、達成される。
【０００８】
冒頭にて明記した類の風力タービンにおいて、本目的は、本発明の方法を実行可能な装置によって実現される。
【０００９】
冒頭にて明記した類のウィンドファームにおいて、本発明の目的は、ウィンドファームの個別に制御可能なセクションのそれぞれが、少なくとも１つの、本発明の方法を実行可能な装置、および、電圧検出装置を有するウィンドファームによって実現される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の風力タービンの運転方法、請求項１２の風力タービン、請求項１８のウィンドファームにより、有効電力出力が変動する場合であっても、風力タービンのない場合と比較して、ネットワークの所定点における望まざる電圧の変動を減少、または、少なくとも微増にとどめることができる。更に、各従属請求項により夫々付加的な効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ネットワークに電力を供給する風力タービンの概略図である。
【図２】風力タービンを操作するための、本発明による制御装置である。
【図３】ネットワークの電圧と位相角との相互関係の図である。
【図４】図２に示す調整装置の本質的部分である。
【図５】複数の風力タービンのための、ネットワークの状況に応じて、共通の、また は、個別的な調整システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。
（形態１） 本発明の第１の視点に基づく、風力タービンを運転することにより電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する方法は、
前記風力タービンは、ロータにより駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータと、
前記インバータを制御するマイクロコントローラと、を有し、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定し、電圧測値を求めるステップと、
前記マイクロコントローラが前記電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータを制御して（実際）位相角φを該目標位相角に設定するステップと、
前記マイクロコントローラが、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合は、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記電圧測値の減少に応じて前記位相角φが小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータを制御するステップ
を含むことを特徴とする（第１基本構成）。
（形態２） 上記形態１の方法において、前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させることが好ましい。
（形態３） 上記形態１又は２の方法において、前記電圧測値は、タップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止することが好ましい。
（形態４） 上記形態３の方法において、前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御することが好ましい。
（形態５） 上記形態３の方法において、前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御することが好ましい。
（形態６） 上記形態３の方法において、前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制することが好ましい。
（形態７） 上記形態１〜６の何れかの方法において、前記インバータを制御するステップにおける前記位相角φの変更の前後において、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点における電圧は実質的に一定に保たれることが好ましい。
（形態８） 上記形態１〜７の何れかの方法において、前記電圧測値は、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点において測定された電圧の測値であることが好ましい。
（形態９） 上記形態１〜８の何れかの方法において、前記電圧測値は、前記電気ネットワークの送込み点とは異なる一点において測定された電圧の測値であることが好ましい。
（形態１０） 上記形態１〜９の何れかの方法において、調整システムが、直接的、または、間接的に、前記電気ネットワークに含まれるスイッチング装置を作動させることが好ましい。
（形態１１） 上記形態１〜１０の何れかの方法において、前記電気ネットワークは、複数の部分を有し、
前記電圧を測定し電圧測値を求めるステップと、前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラが前記インバータを制御するステップと、は、前記電気ネットワークの前記複数の部分について、個別的に行われ、
さらに、スイッチング装置を介して前記複数の部分を接続または切断するステップを有し、
前記個別的に行われる前記前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラが前記インバータを制御するステップと、は、前記スイッチング装置の状態に基づいて、統合または分離されることにより、前記複数の部分のうち互いに接続された部分が形成する電気ネットワークを統一的に監視し、調整することが好ましい。
（形態１２） 本発明の第２の視点に基づく、電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する風力タービンは、
ロータにより駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータと、
前記インバータを制御するマイクロコントローラと、を有し、
前記マイクロコントローラは、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定して得た電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータを制御して（実際）位相角φを該目標位相角に設定すること、
さらに、前記マイクロコントローラは、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合には、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは前記電圧測値のさらなる減少に応じて前記位相角φを小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータを制御すること、
を特徴とする（第２基本構成）。
（形態１３） 上記形態１２の風力タービンにおいて、さらに、前記マイクロコントローラは、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させるように、前記インバータを制御することが好ましい。
（形態１４） 上記形態１２又は１３の風力タービンにおいて、前記電圧測値は、前記電気ネットワークに含まれる少なくとも１つのタップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定の結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止することが好ましい。
（形態１５） 上記形態１４の風力タービンにおいて、前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御することが好ましい。
（形態１６） 上記形態１４の風力タービンにおいて、前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御することが好ましい。
（形態１７） 上記形態１６の風力タービンにおいて、前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制することが好ましい。
（形態１８） 本発明の第３の視点に基づく、少なくとも２基の風力タービンを備えるウィンドファームは、
上記形態１〜１１のいずれかの方法を実施するための装置と、
前記ウィンドファームに含まれ個別的に制御可能なセクションそれぞれについての電圧検出装置と、を備えることを特徴とする（第３基本構成）。
【００１３】
本発明は、負荷、または、ネットワークの電圧により供給される電力の位相角を変化させることにより、負荷に供給される電圧、特にネットワークにおける電圧の望まれざる変動を回避している。これによって、風力タービンによって供給される実効電力、および／または、負荷によってネットワークから引き出される電力の変化により生じる、電圧のあらゆる望まれざる変動を補償する。
【００１４】
ネットワークにおける、所定の少なくとも１点において、電圧が実質的に一定であるように、位相角を変化させることが、特に望ましい。必要なパラメータ値を決定するため、ネットワーク内の少なくとも１点において電圧を測定しなければならない。
【００１５】
特に、前記１点は、送込み点とは異なってよい。このような方法での電圧の測定、および、風力タービンによって供給される電力の位相角を適切な変更により、電力輸送における高速応答、および、効率的な調整を実現できる。
【００１６】
特に好適な、ある実施形態においては、位相角φに関し、設定されるべき値は所定のパラメータ値より導出される。前記パラメータ値は、設定されるべき位相角を導出可能な、離散値形式の、所定の特性群を含んでいる表として提供されることが望ましい。
【００１７】
本発明の、好適な発展において、調整システムは、電圧の変動が所定の閾値を超えた場合、ネットワークにおけるスイッチング装置、例えば、ステッピング（タップ切替式）変圧器を作動させ、直接的に、または、非直接的に、電圧を許容範囲内にまで回復させることが可能である。
同時に、また、加えて、位相角は所定の期間、一定値に設定され、好ましくは、ゼロのような、平均値に設定されて、位相角を適切に調整することにより、以降に生じるあらゆる電圧の変動を補償することができる。
【００１８】
本発明の特に好適な発展においては、電圧の測定、および、位相角の調整は、ネットワークにおける電気的に分離された部分で別々に実施可能であり、前記各部分における電圧が実質的に一定となるように、各部分を調整可能である。
【００１９】
本発明の風力タービンは好都合にも、マイクロプロセッサを有する調整装置を備え、風力タービンのデジタル調整を可能としている。
【００２０】
本明細書冒頭にて言及したウィンドファームは、ウィンドファームの個別的に制御可能なセクションのそれぞれに対し、電圧測定装置、および、本発明の方法を実施可能な装置を備えることが好ましく、そうすることにより、電力ネットワークの各部分における電圧が実質的に一定に保たれるように、ネットワーク内で電気的に分離された部分を別々に調整可能である。以下、本発明を、図面を参照し、風力タービンの運転方法に関する実施例に基づいて、説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図されていない。
【実施例】
【００２１】
図１に概略的に示されている、ロータ４を有する風力タービン２は、電気ネットワーク６に接続されている。例えば電気ネットワーク６は、公衆ネットワークであってよい。幾つかの電気負荷８がネットワークに接続されている。図１に図示されていない、風力タービン２の発電機は、電気的制御および調整装置１０に接続されており、装置１０は先ず発電機で発電された交流を整流し、続いて、電流を、ネットワークの周波数に一致した周波数の交流に変換する。制御および調整装置１０は、本発明による調整装置を備える。
【００２２】
ネットワーク６における、任意の点２２において、パラメータ値を調整装置１０に戻す電圧検出装置２２を配することが可能である。
【００２３】
図２は本発明による調整装置を示している。略式で示されているロータ４は、風速によって変化することがある電力量を発電する発電機１２に接続されている。発電機１２で作られる交流電圧は、先ず整流され、続いてネットワークの周波数に一致した周波数の交流電圧に変換される。
【００２４】
ネットワーク６の位置２２における、ネットワークの電圧は、電圧センサ（図示せず）によって測定される。測定されたネットワークの電圧に応じ、−必要に応じて図４に示されるマイクロプロセッサを用いて−最適角φを計算する。調整装置を用い、ネットワーク電圧Ｕは所望の値Ｕsollに調整される。位相角を変化させることにより、発電機１２からネットワーク６に輸送される電力が調整される。
【００２５】
図３は、ネットワーク電圧と位相角との関係を示す図である。電圧が、ＵminからＵmaxの間にある参照値Ｕsollから逸脱した場合、逸脱の極性によって、ネットワークに誘導性、または、容量性実効電力が供給されるように、図中の電力曲線に従って位相角φが変化され、電圧測定点（図１の２２）における電圧を安定化する。
【００２６】
図４は、図１の制御および調整装置１０の主要部分を示している。制御および調整装置１０は整流器１６を有しており、整流器１６において、発電機の発電した交流電流が整流される。整流器１６に接続されている周波数変換機（インバータ）１８は、初めに直流に整流された電流を、電力線Ｌ１、Ｌ２、および、Ｌ３により、ネットワーク６へ三相交流として供給される交流に変換する。
【００２７】
周波数変換機（インバータ）１８は、完全な調整装置の部分を構成するマイクロコントローラ２０を用いて制御される。これを目的として、マイクロプロセッサ２０は、周波数変換機（インバータ）１８に接続される。マイクロプロセッサ２０に対する入力パラメータは、現在のネットワーク電圧Ｕ、発電機の出力電力Ｐ、ネットワーク電圧参照値Ｕsoll、および、電力勾配dＰ/dtである。本発明に従い、ネットワークに供給される電流は、マイクロプロセッサ２０において変更される。
【００２８】
図５において、ウィンドファームの例として、２基の風力タービン２を示している。当然のことながら、これらの風力タービンが、象徴的に複数の風力タービンを表すことも可能である。これら風力タービンのそれぞれには、調整装置１０が割り当てられている。ネットワーク６、７、における、所定の点２２、２７、において、調整装置１０は電圧を測定し、そして、この値を、ライン２５、２６を介して割り当てられている調整装置１０へ送信している。
【００２９】
ネットワークの部分６、７はスイッチング装置２３によって相互に接続可能、または、互いの接続を切断可能である。前記スイッチング装置２３と並列に、スイッチング装置２４が配され、スイッチング装置２３の状態によって、２つの調整装置１０を相互に接続、または、接続の切断が可能である。
【００３０】
このように、ネットワークの部分６、７が互いに接続されているならば、２つの調整装置１０も相互に接続され、ネットワーク全体が単一の構成とみなされ、ウィンドファーム全体から電力が統一的に供給され、ウィンドファーム自体も測定点２２、２７における電圧に応じて統一的に調整される。
【００３１】
ネットワークの部分６、７がスイッチング装置２３によって切断されれば、調整装置１０もまた、互いに切断し、ネットワークの一方のセクションはライン２５を介して測定点２２で、調整装置１０によって監視され、割り当てられているウィンドファームのセクションが調整され、また、電力ネットワークの他方のセクション７はライン２６を介して測定点２７で、調整装置１０によって監視され、この、ウィンドファームの他方のセクションを調整し、電力ネットワークの部分７における電圧を安定化する。
【００３２】
当然のことだが、この分割を２つのネットワーク部分への分割に制限する必要はない。
一のネットワーク部分に対して一の風力タービンが割り当てられるような分割を、適用可能である。
【００３３】
ネットワークパラメータの測定において先述の調整システムが、ネットワークに既に存在するスイッチング装置（ステッピング（タップ切替式）変圧器）の許容範囲とは異なる許容範囲を示す場合、ある状況においては、両装置−一方における上記調整器、および、他方におけるスイッチング装置−は、例えば、ステッピング（タップ切替式）変圧器のスイッチングで「ピンポン」効果を起こすように、互いに影響を及ぼしあい、その結果、上記の本発明の調整方法の制御によりネットワーク内の電圧が変更される場合があり得る。このように調整システムが制御することで、ネットワークの電圧は、ステッピング（タップ切替式）変圧器が次々と作動させられる、等、の方法で変更される。
【００３４】
この、望ましからざる「ピンポン」効果を打ち消すために、本発明の別の実施例においては、スイッチング装置（例えば、ステッピング（タップ切替式）変圧器）からの測定結果を、本発明の調整装置の入力信号として用いることができる。この実施例は、測定結果の正確さに劣るという不都合を有するが、構成要素が継続的に相互に影響を及ぼす危険性を排除し、本発明の目的を達成すべく、動作する。
【００３５】
本出願において記述している位相角とは、風力タービンの発電機からネットワークに供給される電力における、電流と電圧との間の位相である。位相角が０度であれば、有効電力のみが供給される。位相角が０度に等しくなければ、有効電力に加えて無効電力成分も供給されるが、それによって、位相角の変化が必ずしも皮相電力の増加、または、減少を意味するものではなく、むしろ、総皮相電力は一定に保たれ、設定される位相角により、有効電力および無効電力の割合がそれぞれ変化する。
【００３６】
前述のように、本発明の目的の１つは、風力タービンが稼動する際、ネットワークにおける所定点における、望まれざる電圧の変動を減少させること、または、少なくとも、電圧の変動を著しく増加させないことである。本目的のため、本発明は、風力タービン（または、ウィンドファーム）によって輸送される電力の位相角を適切に変化させて電圧の変動を補償可能とする。
【００３７】
一般にネットワークに存在し、風力タービンが接続されている装置、つまりは、ステッピング（タップ切替式）変圧器（図示せず）は、本来、同一の機能を発揮する。スイッチング操作による、ステッピング（タップ切替式）変圧器の電力伝達率の変化により、ネットワークにおける電圧−または、少なくとも変圧器の第２側部での電圧−は、同様の影響をうける。しかし、これは、ステッピング（タップ切替式）変圧器のスイッチングのステップに応じたステップでのみ可能である。
【００３８】
このようなステッピング（タップ切替式）変圧器は一般に、ネットワークの電圧を測定する手段を有する。この電圧が所定の閾値を超過、または、下回ることがあれば、直ちに、ステッピング（タップ切替式）変圧器によるスイッチング操作がトリガされ、所定の許される変動の範囲内まで、ネットワークの電圧が回復される。
【００３９】
本発明による風力タービン、または、そのインバータは、ネットワークにおける電圧を監視し、適切な手段により、前記電圧を所定の許容範囲内に保持しようと試みる。これら許容範囲が完全に一致することがないことは確実であるため、風力タービンおよびステッピング（タップ切替式）変圧器が互いに対立的に動作するような状況を招来しうる。ステッピング（タップ切替式）変圧器は、上方、および、下方に交替的にステップし、風力タービンは、変圧器とは逆向きに、電圧を減少、および、増加させることを試みる。このことが、ネットワークの電圧の安定性において受け入れ難い劣化を招くことは、容易に理解できる。
【００４０】
上記の効果を回避するため、本発明は、第１に、風力タービンへ測定された変量として伝達される電圧は、送込み点とは異なるネットワーク内の点において測定するように指導しており、かつ／または、第２に、調整システムが直接的、または、間接的に、ネットワークのスイッチング装置を作動可能であるように、指導している。前記のネットワークにおける別の点は、当然、ステッピング（タップ切替式）変圧器であってよく、当然のことながら、インバータは、ステッピング（タップ切替式）変圧器と同一の電圧値で制御される。第１には、これにより、ステッピング（タップ切替式）変圧器とインバータが、別々の許容性で、互いに反対に作用することを回避可能である。しかし、第２には、風力タービンが、ネットワークへ無効電力を適切に供給することによって、ステッピング（タップ切替式）変圧器でのスイッチング操作を明確にトリガ可能（間接的操作）、または、コントロールラインを介してこのようなスイッチング操作を（直接的に）起こすことが可能である。
【００４１】
ネットワーク操作者の観点からは、風力タービンがステッピング（タップ切替式）変圧器の別の側部へ送電される無効電力を発電することも望ましい。しかし、無効電力を供給することが常にネットワーク電圧の変化をもたらし、これにより間接的にステッピング（タップ切替式）変圧器が作動されるが、これはまさに望まざるものであり、この場合、逆効果である。
【００４２】
本発明による解決策は、このようなステッピング（タップ切替式）変圧器のスイッチング動作、つまり、上方、または、下方へのステッピングを精密に抑制する工程を有する。このような方法によるステッピングの抑制法は、スイッチの「無作動」による方法であって、このようにして、ステッピング（タップ切替式）変圧器の別の側部へ所望の無効電力を輸送することを可能にしている。
【符号の説明】
【００４３】
２ 風力タービン
４ ロータ
６ 電気ネットワーク
７ 電気ネットワーク
８ 負荷
１０ 調整装置
１２ 発電機
１６ 整流器
１８ 周波数変換機（インバータ）
２０ マイクロコントローラ
２２ 点
２３ スイッチング装置
２４ スイッチング装置
２５ ライン
２６ ライン
２７ 点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンを運転することにより電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する方法であって、
前記風力タービンは、ロータ（４）により駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器（１６）と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータ（１８）と、
前記インバータ（１８）を制御するマイクロコントローラ（２０）と、を有し、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定し、電圧測値を求めるステップと、
前記マイクロコントローラ（２０）が前記電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータ（１８）を制御して位相角φを該目標位相角に設定するステップと、
前記マイクロコントローラ（２０）が、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合は、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記電圧測値の減少に応じて前記位相角φが小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータ（１８）を制御するステップ
を含むこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧測値は、タップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止すること
を特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御すること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御すること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制すること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記インバータ（１８）を制御するステップにおける前記位相角φの変更の前後において、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点（２２、２７）における電圧は実質的に一定に保たれること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記電圧測値は、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点（２２、２７）において測定された電圧の測値であること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記電圧測値は、前記電気ネットワークの送込み点とは異なる一点（２２、２７）において測定された電圧の測値であること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
調整システムが、直接的、または、間接的に、前記電気ネットワークに含まれるスイッチング装置を作動させること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記電気ネットワークは、複数の部分を有し、
前記電圧を測定し電圧測値を求めるステップと、前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラ（２０）が前記インバータ（１８）を制御するステップと、は、前記電気ネットワークの前記複数の部分について、個別的に行われ、
さらに、スイッチング装置を介して前記複数の部分を接続または切断するステップを有し、
前記個別的に行われる前記前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラ（２０）が前記インバータ（１８）を制御するステップと、は、前記スイッチング装置の状態に基づいて、統合または分離されることにより、前記複数の部分のうち互いに接続された部分が形成する電気ネットワークを統一的に監視し、調整すること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する風力タービンであって、
ロータ（４）により駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器（１６）と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータ（１８）と、
前記インバータ（１８）を制御するマイクロコントローラ（２０）と、を有し、
前記マイクロコントローラ（２０）は、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定して得た電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータ（１８）を制御して位相角φを該目標位相角に設定すること、
さらに、前記マイクロコントローラ（２０）は、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合には、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは前記電圧測値のさらなる減少に応じて前記位相角φを小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータ（１８）を制御すること、
を特徴とする風力タービン。
【請求項１３】
さらに、前記マイクロコントローラ（２０）は、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させるように、前記インバータ（１８）を制御すること
を特徴とする請求項１２に記載の風力タービン。
【請求項１４】
前記電圧測値は、前記電気ネットワークに含まれる少なくとも１つのタップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定の結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止する、
請求項１２または１３に記載の風力タービン。
【請求項１５】
前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御すること
を特徴とする請求項１４に記載の風力タービン。
【請求項１６】
前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御すること
を特徴とする請求項１４に記載の風力タービン。
【請求項１７】
前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制すること
を特徴とする請求項１６に記載の風力タービン。
【請求項１８】
少なくとも２基の風力タービンを備えるウィンドファームであって、
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法を実施するための装置（１０）と、
前記ウィンドファームに含まれ個別的に制御可能なセクションそれぞれについての電圧検出装置（２２、２７）と、を備えること
を特徴とするウィンドファーム。
【請求項１】
風力タービンを運転することにより電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する方法であって、
前記風力タービンは、ロータ（４）により駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器（１６）と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータ（１８）と、
前記インバータ（１８）を制御するマイクロコントローラ（２０）と、を有し、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定し、電圧測値を求めるステップと、
前記マイクロコントローラ（２０）が前記電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータ（１８）を制御して位相角φを該目標位相角に設定するステップと、
前記マイクロコントローラ（２０）が、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合は、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記電圧測値の減少に応じて前記位相角φが小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータ（１８）を制御するステップ
を含むこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧測値は、タップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止すること
を特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御すること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御すること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制すること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記インバータ（１８）を制御するステップにおける前記位相角φの変更の前後において、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点（２２、２７）における電圧は実質的に一定に保たれること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記電圧測値は、前記電気ネットワークの所定の少なくとも一点（２２、２７）において測定された電圧の測値であること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記電圧測値は、前記電気ネットワークの送込み点とは異なる一点（２２、２７）において測定された電圧の測値であること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
調整システムが、直接的、または、間接的に、前記電気ネットワークに含まれるスイッチング装置を作動させること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記電気ネットワークは、複数の部分を有し、
前記電圧を測定し電圧測値を求めるステップと、前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラ（２０）が前記インバータ（１８）を制御するステップと、は、前記電気ネットワークの前記複数の部分について、個別的に行われ、
さらに、スイッチング装置を介して前記複数の部分を接続または切断するステップを有し、
前記個別的に行われる前記前記目標位相角を導出し位相角φを該目標位相角に設定するステップと、前記マイクロコントローラ（２０）が前記インバータ（１８）を制御するステップと、は、前記スイッチング装置の状態に基づいて、統合または分離されることにより、前記複数の部分のうち互いに接続された部分が形成する電気ネットワークを統一的に監視し、調整すること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
電気ネットワークおよび前記電気ネットワークに接続される負荷へ電力を供給する風力タービンであって、
ロータ（４）により駆動され交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を整流して整流直流電力を出力する整流器（１６）と、
前記整流直流電力が供給され、前記整流直流電力を交流電力へ変換し、該変換された交流電力を前記電気ネットワークに供給するインバータ（１８）と、
前記インバータ（１８）を制御するマイクロコントローラ（２０）と、を有し、
前記マイクロコントローラ（２０）は、
前記電気ネットワークにおける少なくとも一点において電圧を測定して得た電圧測値および所定のパラメータの値に基づいて、前記電気ネットワークへ供給される電力の電流と電圧との角度を表わす位相角φとして設定されるべき値（以下「目標位相角」という）を導出し、前記インバータ（１８）を制御して位相角φを該目標位相角に設定すること、
さらに、前記マイクロコントローラ（２０）は、
前記電圧測値が下方参照電圧Ｕｍｉｎと上方参照電圧Ｕｍａｘとの間に含まれる場合には、前記位相角φの大きさが一定に保たれるように、
前記電圧測値が前記上方参照電圧Ｕｍａｘを上回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは前記電圧測値のさらなる増大に応じて前記位相角φが大きくなるよう、又は、前記電圧測値が前記下方参照電圧Ｕｍｉｎを下回る場合には、前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは前記電圧測値のさらなる減少に応じて前記位相角φを小さくなるよう、前記電圧測値が所定の参照電圧を示すようになるまで前記電気ネットワークへ誘導性または容量性の無効電力が供給されるように、
前記インバータ（１８）を制御すること、
を特徴とする風力タービン。
【請求項１３】
さらに、前記マイクロコントローラ（２０）は、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最大位相値φｍａｘに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記上方参照電圧Ｕｍａｘからの超過量に応じて線形的に変化させ、
前記位相角φが前記位相角φの所定の最小位相値φｍｉｎに達するまでは、前記位相角φを前記電圧測値の前記下方参照電圧Ｕｍｉｎに対して下回る量に応じて線形的に変化させるように、前記インバータ（１８）を制御すること
を特徴とする請求項１２に記載の風力タービン。
【請求項１４】
前記電圧測値は、前記電気ネットワークに含まれる少なくとも１つのタップ切替式変圧器を制御するための入力信号として用いられる電圧の測定の結果であり、
前記位相角φを、前記タップ切替式変圧器の前記入力信号に基づいて変化させ、前記位相角φおよび前記タップ切替式変圧器のスイッチングの変化が互いに影響を及ぼし合うことを防止する、
請求項１２または１３に記載の風力タービン。
【請求項１５】
前記風力タービンが、前記電気ネットワークへ無効電力を供給することにより、前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを間接的に動作制御すること
を特徴とする請求項１４に記載の風力タービン。
【請求項１６】
前記風力タービンが、コントロールラインを用いて前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを直接的に動作制御すること
を特徴とする請求項１４に記載の風力タービン。
【請求項１７】
前記風力タービンが、その発生する無効電力を、前記タップ切替式変圧器の別の側部へ送電することにより、前記風力タービンが前記タップ切替式変圧器の前記スイッチングを制御し、前記スイッチングを抑制すること
を特徴とする請求項１６に記載の風力タービン。
【請求項１８】
少なくとも２基の風力タービンを備えるウィンドファームであって、
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法を実施するための装置（１０）と、
前記ウィンドファームに含まれ個別的に制御可能なセクションそれぞれについての電圧検出装置（２２、２７）と、を備えること
を特徴とするウィンドファーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−４５９６９（Ｐ２０１０−４５９６９Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２２１７（Ｐ２００９−２２２２１７）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【分割の表示】特願２００６−３５１２１３（Ｐ２００６−３５１２１３）の分割
【原出願日】平成１４年４月２２日（２００２．４．２２）
【出願人】（５０００１７９４４）アロイス・ヴォベン (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【分割の表示】特願２００６−３５１２１３（Ｐ２００６−３５１２１３）の分割
【原出願日】平成１４年４月２２日（２００２．４．２２）
【出願人】（５０００１７９４４）アロイス・ヴォベン (107)
【Ｆターム（参考）】
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