特表 2022-503289 電気グリッドをブラックスタートするための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-12

(54)【発明の名称】電気グリッドをブラックスタートするための方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20220104BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20220104BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 160

H02J3/38 180

H02J3/38 110

H02J3/32

H02J3/46

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2020519359

(86)(22)【出願日】2018-11-16

(85)【翻訳文提出日】2020-06-02

(86)【国際出願番号】 EP2018081568

(87)【国際公開番号】W WO2019073088

(87)【国際公開日】2019-04-18

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518399243

【氏名又は名称】オルステッド・ウィンド・パワー・エー／エス

【氏名又は名称原語表記】Ｏｒｓｔｅｄ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ａ／Ｓ

【住所又は居所原語表記】Ｋｒａｆｔｖａｅｒｋｓｖｅｊ ５３，７０００ Ｆｒｅｄｅｒｉｃｉａ，Ｄｅｎｍａｒｋ

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100219542

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅 郁治

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】ソレンセン、トローオルス・スタイベ

【テーマコード（参考）】

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G066AA08

5G066AB01

5G066AB02

5G066HA15

5G066HB01

5G066HB02

5G066HB08

5G066HB11

5G066JA05

5G066JB03

(57)【要約】

電気グリッド（２）をブラックスタートするための方法であって、その方法は、第１の位置でグリッドからウインドファーム（１）を切断することであって、第１の位置が電気グリッド（２）と関連するコンバータ（１７）を備えるエネルギーストレージ（１６）との間に位置する、切断することと、エネルギーストレージ（１６）と関連するコンバータ（１７）を用いてエクスポートケーブル（１２）を介してウインドファームの電気インフラストラクチャーの少なくとも一部分を通電することと、風力タービン発電機（３、４）によってウインドファームの電気インフラストラクチャーへのエネルギー供給を再確立することと、第１の位置で電気グリッド（２）にウインドファーム（１）を再接続することと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気グリッドをブラックスタートするための方法であって、
電気インフラストラクチャーおよび第１の数の風力タービン発電機を有するウインドファームを提供することと、
前記ウインドファームを前記電気グリッドに接続するためのＡＣエクスポートケーブルを提供することと、
関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージを提供することと、
第１の位置で前記ウインドファームを前記グリッドから切断することであって、前記第１の位置が、前記電気グリッドと前記関連付けられたコンバータを備える前記エネルギーストレージとの間に位置する、切断することと、
前記エネルギーストレージおよび前記関連付けられたコンバータを用いて前記ＡＣエクスポートケーブルを通電することと、
前記エネルギーストレージおよび前記関連付けられたコンバータを用いて前記エクスポートケーブルを介して、前記ウインドファームの電気インフラストラクチャーの少なくとも一部分を通電することと、
前記風力タービン発電機によって前記ウインドファームの電気インフラストラクチャーへのエネルギー供給を再確立することと、
前記第１の位置で前記ウインドファームを前記電気グリッドに再接続することと、を含む方法。

【請求項2】

前記風力ファームが洋上にあり、前記関連付けられたコンバータを備える前記エネルギーストレージが陸上にある、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ウインドファームの電気インフラストラクチャーが、共通バスバーシステムに接続可能な対応する数のアレイケーブル線に接続可能な２つ以上のグループの風力タービン発電機を含み、前記エネルギーストレージおよび前記関連付けられたコンバータを用いて前記エクスポートケーブルを介して前記ウインドファームの電気インフラストラクチャーの前記少なくとも一部分は、前記数のアレイケーブル線のうちの１つを含む、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項4】

前記コンバータがＳＴＡＴＣＯＭを含む、前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記関連付けられたコンバータを備える前記エネルギーストレージが、前記第１の位置で前記ウインドファームを前記電気グリッドに再接続した後に、前記電気グリッドに電力を供給する、前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

１つ以上のダンプロードおよび前記ダンプロードを制御するための制御システムを提供することと、前記制御システムを使用し、前記ダンプロードにおけるエネルギー散逸を制御して、切断された前記ウインドファームのバランシングを助ける、前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

同期情報がさらにコンバータに送信される、前述の請求項のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

電気グリッドを再通電するための方法であって、
電気インフラストラクチャーおよび第１の数の風力タービン発電機を有するウインドファームを提供することと、
前記ウインドファームを前記電気グリッドに接続するためのＡＣエクスポートケーブルを提供することと、
関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージを提供することと、
第１の位置で前記ウインドファームを前記グリッドから切断することであって、前記第１の位置が、前記電気グリッドと前記関連付けられたコンバータを備える前記エネルギーストレージとの間に位置する、切断することと、
前記エネルギーストレージおよび前記関連付けられたコンバータを用いて前記ＡＣエクスポートケーブルの通電を維持することと、
前記エネルギーストレージおよび前記関連付けられたコンバータを用いて前記エクスポートケーブルを介して、前記ウインドファームの電気インフラストラクチャーの少なくとも一部分を通電することと、
前記第１の位置で前記ウインドファームを前記電気グリッドに再接続することと、を含む方法。

【請求項9】

前記ウインドファームの電気インフラストラクチャーの前記少なくとも一部分が、前記エクスポートケーブルを介して通電が維持され、前記ウインドファームの前記少なくとも一部分は、前記第１の位置で前記ウインドファームを前記電気グリッドに再接続する前にしばらくの間アイランドモードに維持される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前述の請求項のいずれか一項に記載の方法のための関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージの使用。

【請求項11】

請求項１～９のいずれか一項に記載の方法を実行するように適合されたウインドファーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウインドファーム、具体的には、電気グリッドをブラックスタートするためのウインドファームの方法および使用に関する。

【0002】

発電および送電の分野では、ブラックスタートは、電気グリッド、すなわち送電システムまたは配電システムを、ブラックアウト、すなわちグリッドにおける電力をすべて失った後に再通電する必要があるときに、送電システム運用者ＴＳＯ、配電システム運用者ＤＳＯ等の電気グリッドの運用者に提供されるサービスである。グリッドのサポートなしでグリッドシステムをそれ自体で再通電する機能は、ブラックスタート・サービスとして知られる。これは、グリッド運用者が維持および提供のために選択された発電機について支払うサービスである。

【0003】

グリッドのブラックアウトの場合、発電所などの発電機へのグリッド接続だけでなく消費者へのグリッド接続もオープンになり、グリッドはもはや通電していないより小さなサブシステムに分割される。次いで、システムの再開プロセスは、発電所がアイランドモード、すなわちグリッドへの接続なしで電源投入され、次いで、発電所がグリッドの個々の部分に接続し、それを再通電するために使用される段階的プロセスによって行われる。その後に、グリッドの個々の部分が同期され、再度相互接続される。送電システム運用者および配電システム運用者は、グリッド動作を再確立するための詳細な手順を有してはいるものの、停電がどの程度広範囲にわたるかに応じて、再確立プロセスは数時間かかる可能性がある。デット、すなわち非通電のグリッドに接続し、それを再通電することができる発電所は、ブラックスタート発電所と呼ばれ、上述したように、送電システム運用者および配電システム運用者がブラックスタートサービスを提供するために発電所のオーナーと契約する。ブラックアウトの場合、重要なインフラを含む多数の消費者には電力がないため、グリッドおよびそれへの供給が可能な限り迅速に再確立されることが最も重要である。したがって、ブラックスタートの発電所のためのスタートアップ時間を可能な限り短く保つことが重要である。しかしながら、すべての発電所がブラックスタートの機能を有しているわけではなく、例えば、風力タービン、ウインドファーム、および光起電プラントは通常有していない。例えば、風タービンで多くの場合に使用される非同期発電機は、その磁化のために外部の安定した電力供給に高く依存し、外部の電力システム、すなわちグリッドへの接続が失われるときに、停止されない場合、同期生を失い、手に負えない状態を経験することになる。２倍供給非同期発電機でも、停止されない場合、手に負えない状態を経験する前では、０．１～３秒の範囲の短時間にわたってグリッドの損失をライドスルーすることしかできず、グリッドが再度通電された後に煩雑な再開手順を実行する必要がある。永久磁石発電機を備える風力タービンなどの他のシステムは、ＡＣ／ＤＣ変換およびＤＣ／ＡＣ変換に依存し、後者は、風力タービンを用いて電力の生成を開始する前に、ＡＣ／ＤＣおよびＤＣ／ＡＣ変換器に電力を投入することができるように外部電力システムからの電力も必要とする。光起電プラントのＤＣ／ＡＣ変換も同様である。

【0004】

ライドスルー失敗、低電圧ライドスルー、および高電圧ライドスルーは、電力システムにおける短時間の異常電圧イベントを記述するためによく使用されるフェーズであり、ライドスルーとは風力タービン、ウインドファームなどのシステムおよび構成要素が接続されたままであることを意味する。明らかにこのような発電機は、ブラックスタートにはあまり適していない。

【0005】

したがって、従来、ブラックスタート・サービスは、同期発電機を備える中央火力発電所によって提供されてきたが、火力発電所の漸次的廃止に伴って、送電システム運用者および配電システム運用者はブラックスタート・サービスの新しい提供者についての増加する需要に直面している。したがって、特にウインドファームにおいて、電力を生成する風力タービンなどの再生可能エネルギー源が、電気グリッド、すなわち上述の送電および配電システムのブラックスタートのために使用され得る場合を対象とする。さらに、より大きなウインドファームを洋上にする傾向があり、それらはブラックスタートサービスのためにこれらを使用することを特に対象とする。

【0006】

この点、ブラックスタートのために風力タービンおよびウインドファームを使用する様々な方法が既に提案されている。例は、特にＵＳ８０００８４０、ＥＰ１９０９３７１、ＣＮ１０４８３６２４８、およびＵＳ２０１２／０２６１９１７の開示で見出される。これらの開示の方法に共通することは、同期発電機を備える中央火力発電所からの従来のブラックスタートとほぼ同じ方法で、ブラックスタート問題にアプローチしていることである。すなわち、ディーゼルエンジン駆動発電機、発電機を駆動するガス燃焼タービンなどの小さな発電機を開始することである。次に、小さなディーゼル発電機が電力を提供してより大きな発電機、例えばガス燃焼タービン駆動発電機、おそらくはアイランドモードにあるより大きな蒸気駆動ターボ発電機を開始させて、最終的には、安定したアイランドモードに達するときに、グリッドに再接続してそれの電源を投入する、すなわちそれをブラックスタートし、次に、グリッドが、グリッドを必要とする他の発電所が開始および再接続することを可能にする。同様に、上述の開示では、単一の風力タービン発電機に近接するソースは、その１つの風力タービンをスタートアップするために使用され、単一の風力タービン発電機が安定しているときにのみ、同じアレイケーブル線またはバスバーに接続された他の風力タービン発電機を開始させることができる。したがって、ウインドファーム全体の電源が投入され、アイランドモードで十分に安定して動作するまでにかなりの時間をかけてから、電気グリッドをブラックスタートするために使用することができるようにしている。

【0007】

これを発端として、本発明の目的は、風力タービンのスタートアッププロセスを簡略化し、これのスタートアップ時間を低減して、ブラックスタート・サービスのためにウインドファームを使用することがより実現可能であり、魅力的なものとすることである。

【0008】

この課題に直面して、本発明の発明者は、ウインドファームのブラックスタートに必要な時間を低減し、ウインドファームのブラックスタートに対して全く新しいアプローチを適用することによって動作の複雑性を低減し、特に大きなウインドファームや海上ウインドファームのためのそのようなブラックスタートについての新しくかつより速い方法を実現した。

【0009】

本発明の第１の態様によれば、この目的は電気グリッドをブラックスタートするための方法によって達成され、その方法は、電気グリッドを提供することと、電気インフラストラクチャーおよび第１の数の風力タービン発電機を有するウインドファームを提供することと、ウインドファームを電気グリッドに接続するためのＡＣエクスポートを提供することと、関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージを提供することと、第１の位置でウインドファームをグリッドから切断することであって、第１の位置は、関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージと電気グリッドとの間に位置する、切断することと、エネルギーストレージおよび関連付けられたコンバータを用いてＡＣエクスポートケーブルを通電すること、エネルギーストレージおよび関連付けられたコンバータを用いてエクスポートケーブルを介してウインドファームの電気インフラストラクチャーの少なくとも一部分を通電することと、風力タービン発電機によってウインドファームの電気インフラストラクチャーへのエネルギー供給を再確立することと、第１の位置でウインドファームを電気グリッドに再接続することと、を含む。

【0010】

エネルギー源がそれをするのに必要なエネルギーを提供するのに十分に大きい限り、ＡＣエクスポートケーブルを介してアイランドモードのウインドファームの電気インフラストラクチャーを通電することで、上記の従来のアプローチと比較してかなり速いブラックスタートを可能にする。これは、多数の風力タービン発電機が同時に供給を受けることができ、グループで、または同時に開始するためにリリースされるためである。ただし、洋上ウインドファームのために陸上、すなわち地上にこの大きなストレージを提供することは、少なくとも洋上でそれを提供することに比べて問題とならず、ＳＴＡＴＣＯＭなどのコンバータ回路は、グリッドコードによって設定される反応性電力供給に関する要件を順守するために、ＡＣエクスポートケーブルと電気グリッドとの間のインターフェースで多くの場合にすでに使用されている。

【0011】

したがって、本発明の第１の態様の好ましい実施形態によれば、ウインドファームは洋上にあり、関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージは陸上にある。

【0012】

本発明の第１の態様のさらなる好ましい実施形態によれば、ウインドファームの電気インフラストラクチャーは、バスバーシステムに接続可能な対応する数のアレイケーブル線に接続可能な２つ以上のグループの風力タービン発電機を含み、エネルギーストレージおよび関連付けられたコンバータを用いてエクスポートケーブルを介してウインドファームの電気インフラストラクチャーのうちの少なくとも一部分は、アレイケーブル線の数のうちの１つを含む。

【0013】

単一の配列ケーブル線のみが通電され、ウインドファーム全体が通電されない場合、必要なエネルギーストレージが少なくなり、依然として電気グリッドおよび／またはウインドファームの残りの部分を再開する能力がある安定したアイランドモードを確立するのに十分であり得る。いずれの場合でも、これは上記の開示された従来のアプローチよりも速くなるであろう。

【0014】

本発明の第２の態様の別の好ましい実施形態によれば、コンバータはＳＴＡＴＣＯＭを含む。ＳＴＡＴＣＯＭは、コンバータのＳＴＡＴＣＯＭ機能を提供するコンバータに統合された部分またはそこから分離したものであり得る。ＳＴＡＴＣＯＭは、アイランド化したブラックスタートウインドファームを電気グリッドに再接続するときに電圧安定性および反応性電力バランスを維持するためだけではなく、ＡＣラインおよびそれに関連付けられた高電圧構成要素を通電するときに電圧安定性および反応性電力バランスを維持するために使用することができる。

【0015】

本発明の第１の態様のさらなる好ましい実施形態によれば、関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージは、第１の位置で風力ファームを電気グリッドに再接続した後に電気グリッドに電力を供給する。このようにして、エネルギーストレージの任意の残りの容量は、電気グリッドの再通電およびこの間のその安定性をサポートするために使用することができる。

【0016】

本発明の第１の態様によるさらなる好ましい実施形態によれば、方法は、１つ以上のダンプロードおよびダンプロードを制御するための制御システムを提供することと、制御システムを使用して、ダンプロードにおけるエネルギー散逸を制御して、切断されたウインドファームのバランシングを助ける、すなわち、アイランド化したシステムを安定に保つのを助けることをさらに含む。切断された、すなわちアイランド化したウインドファームに接続される制御されたダンプロードを使用することは、特にいったん風力タービンがアイランド化したウインドファームに再接続されると、アイランド化したウインドファームのバランシングに貢献し得る。

【0017】

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、同期情報がさらにコンバータに送信される。これにより、他の類似したウインドファームが同時性においてブラックスタートすることを可能にし、次に、異なるブラックスタートウインドファームによって再通電されるセグメント化された部分が、互いに再接続する前に同期するための時間が少なくなるまたはなくなるため、より早く再統合することを可能にする。

【0018】

本発明の第２の態様によれば、目的は、上記方法によるブラックスタート方法のための関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージの使用によって達成される。

【0019】

本発明の第３の態様によれば、目的は、電気グリッドを再通電する方法の使用によって達成され、その方法は、電気インフラストラクチャーおよび第１の数の風力タービン発電機を有するウインドファームを提供することと、ウインドファームを電気グリッドに接続するためのＡＣエクスポートケーブルを提供することと、関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージを提供することと、第１の位置でグリッドからウインドファームを切断することであって、第１の位置は、関連付けられたコンバータを備えるエネルギーストレージと電気グリッドとの間に位置する、切断することと、エネルギーストレージおよび関連付けられたコンバータを用いてＡＣエクスポートケーブルの通電を維持することと、エネルギーストレージおよび関連付けられたコンバータを用いてエクスポートケーブルを介してウインドファームの電気インフラストラクチャーの少なくとも一部分を通電することと、第１の位置でウインドファームを電気グリッドに再接続することと、を含む。

【0020】

これにより、エネルギーストレージは無停電電力ストレージとして使用され、アイランドモードの切断されたウインドファームをサポートし、それによって、風力タービンはアイランドモードが確立されるまでライドスルーすることを可能にし、ウインドファームは、グリッドが再通電されるまでの拡張期間にわたってそのままでいることができる安定したアイランドモードに移行し、ウインドファームが制御された方式で再接続することができるか、明細書に説明するようにアイランドモードのウインドファームはグリッドを再通電するために使用され得る。

【0021】

したがって、本発明の第３の態様の好ましい実施形態によれば、風力ファームの電気インフラストラクチャーの少なくとも一部分が、エクスポートケーブルを介して通電に維持されるときに、ウインドファームの少なくとも一部分は、第１の位置でウインドファームを電気グリッドに再接続するまでしばらくの間アイランドモードに維持される。

【0022】

本発明の第４の態様によれば、本発明の目的は、上述した方法を実行するように適合されたウインドファームを提供することによって達成される。

【0023】

ここで、本発明を非限定の例示の実施形態に基づいて、および図面を参照してより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明による方法を行う能力があるウインドファームに電気グリッドを組み込むシステムを概略的に簡略化して示す。

【0025】

以下の説明では、風力タービン発電機が洋上にあると想定される。図１のシステムのレイアウトまたはトポロジーの多くはかなり従来的なものであり、本発明の本質は、ウインドファームのブラックスタートおよびアイランドモード動作に対する全く新しいアプローチに存在するため、簡潔にのみ説明する。トポロジーは、図１に示すものよりもずっと複雑であることがあるが、説明上の理由から簡略化している。類似のトポロジーは、先行技術文献のＥＰ２５７３８９６に開示されている。

【0026】

通常の状況下で電気グリッド２に接続されるウインドファーム１は、ある数の風力タービン３および４を含む。

【0027】

本出願において電気グリッド２という用語は、配電システムおよび送電システムの両方を含むものとして理解されるべきである。送電システムは多くの場合、１００ｋｖより高い電圧で動作するシステムとして定義され、６６ｋｖなどの低電圧で動作するシステムは多くの場合、「配電システム」といわれる。これらのシステムを動作させる企業は多くの場合、それぞれ送電システム運用者（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）および配電システム運用者（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）と呼ばれる。したがって、ウインドファーム１は、送電システムまたは配電システムのいずれかに接続する。そのため、ブラックスタート・サービスは、送電システムに直接提供されるか、あるいは配電システムに／を介して提供されることができる。

【0028】

風力タービン３、４のグループは、通常の低電圧発電機出力を洋上ＭＶバスバー９で使用される中電圧（ＭＶ）に変圧するある数の変圧器７、８を介して、共通アレイケーブル線５、６にそれぞれ接続されている。典型的には、低電圧（ＬＶ）は４００～９９０Ｖであり、中電圧は典型的には約３３～３５ｋｖ、または約６６ｋｖである。一部の風力タービン発電機は中電圧で動作し、その場合変圧器７、８は必要ないことがあることに留意されたい。しかしながら、現在、典型的な風力タービン発電機は非同期発電機または永久磁石同期発電機であり、出力はＡＣ／ＤＣ／ＡＣコンバータを介して結合されている。好適な数の変圧器１０が、洋上ＭＶバスバーシステム９とＡＣエクスポートケーブル１２が接続されている洋上高電圧バスバーシステム１１との間に接続されている。典型的には、ＡＣエクスポートケーブルのために使用される高電圧（ＨＶ）は２２０ｋｖである。陸上では、ＡＣエクスポートケーブルが陸上ＨＶバスバーシステム１３に接続されている。次に、陸上ＨＶバスバーシステム１３は、典型的に４００ｋｖの電気グリッドのＨＶシステム電圧を供給するグリッド変圧器１５を介して、送電側ＨＶバスバーシステム１４に接続されている。分かるように、システムはさらに、陸上ＨＶバスバー１３への変圧器１８とコンバータ１７を介して接続されたバッテリーなどのエネルギーストレージ１６を含む。さらに、ＳＴＡＴＣＯＭ２１が、図１に図示するように、例えば、別個の変圧器２２を介して、陸上ＨＶバスバー１３に接続され得る。ダンプロード２０も提供され得る。

【0029】

ＳＴＡＴＣＯＭについては、電圧制御、反応性電力制御、周波数制御等の様々な機能を提供するために、多種多様な電力電子装置およびサブシステムが電力システムで使用されていることに留意されたい。このような装置およびサブシステムは多くの場合、ＳＴＡＴＣＯＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、ＦＡＣＴ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）等と呼ばれる。説明を簡略化するために、本説明全体を通してＳＴＡＴＣＯＭを使用するが、説明は任意の他の装置またはサブシステムにも適用されると理解されるものとする。

【0030】

図１で説明した設計は１つの実施形態であり、当業者であれば、複数の他の可能な設計があると理解することに留意されたい。特に、変圧器１８は、コンバータ１７をグリッド変圧器１５上の三次巻線に接続するグリッド変圧器１５と組み合わせられ得ることが明らかであるべきである。これは、しばしば見られるＳＴＡＴＣＯＭ２１を接続する方法である。同様に、変圧器１８は、ＨＶバスバーシステム１４などの他の場所で接続することができ、大規模な構成要素を洋上に配置することに関連付けられた費用により興味のないものとなることがあるが、原理的には洋上バスバーシステム１１または洋上ＭＶバスバー９で接続することもできる。

【0031】

本発明の追加的な態様によれば、電気グリッド２を、その損失の場合に置換するためにコンバータ１７の好適な制御を実施することが提案されている。すなわち、グリッド２の損失の場合、それへの接続が、例えば、グリッド変圧器１５と陸上ＨＶバスバーシステム１３との間で直ちに中断される。このように確立されたアイランドモードが、個別の風力タービン３、４のライドスルー機能よりも実質的に長い時間にわたりエネルギーストレージ部１６およびコンバータ１７によって、安定に保つことができ、それによってウインドファーム１がグリッド２にブラックスタート・サービスを提供する準備が整ったか、またはグリッドが再通電されたときにグリッドとの同期および再接続の準備が整ったアイランドモードに直接的に向かわせることができる。１つ以上のダンプロード２０が、アイランド化したシステムの異なる位置で使用されてもよく、それを安定にする、すなわち、周波数および電圧安定性を保つのを助ける。１つのそのような位置は、エネルギーストレージ１６およびコンバータ１７と接続して、または関連付けられた陸上サブステーションにある。図１は、この点においては純粋に概略図であり、エネルギーストレージ１６、コンバータ１７、ダンプロード２０、およびＳＴＡＴＣＯＭ２１を表すブロックは、実際には、既に上記に示したものとは異なる方法で結合されることができるか、またはそうなるであろうことに留意する。典型的には、ダンプロード２０は、散逸した電力が例えば電気供給を電子的にチョッピングすることによって制御される空冷抵抗器バンクを含む。

【0032】

しかしながら、ライドスルーが失敗する場合でも、依然として、ウインドファーム１は、本発明の第１および第２の態様による方法を実施し、単一の風力タービン発電機３、４が、他の風力タービン発電機３、４を開始させるために使用することができるまでに、それ自体で最初にアイランドモードで安定化する順次開始よりも、風力タービン発電機３、４のグループが共通のエネルギーストレージ１６を用いて同時に開始し得ることによる、新規かつ進歩性のあるアプローチによるブラックスタート・サービスを提供することができる。

【0033】

その場合、エクスポートケーブル１２だけでなく、変圧器１０、ＨＶバスバーシステム１１、ＭＶバスバーシステム９、アレイケーブル線５、６等を含むウィンドファーム１のインフラストラクチャーの様々な部分が従来のスイッチ装置によって互いに隔離される。

【0034】

ここで、エネルギーストレージ１６の大きなエネルギーストレージ容量を利用することで、本発明による新規な段階的プロセスにおいて、アイランド化したウィンドファーム１のインフラストラクチャーを通電することができる。

【0035】

そのため、コンバータは最初に変圧器１８およびバスバーシステム１３を通電する。これに関して、本明細書で説明したもののように、システムのサイズおよび容量の変圧器を通電するために必要なエネルギーの量はほとんど無視できないことに留意されたい。一部の場合、洋上ウインドファーム１まで１００ｋｍを超えることもある実質的な長さを有し得るＡＣエクスポートケーブル２を通電するのに必要なエネルギーと同様である。

【0036】

ＨＶバスバーシステム１１とＭＶバスバーシステム９との間の変圧器１０うちの少なくとも１つと、最終的にはそれぞれのアレイケーブル線５、６に接続されたグループの個々の風力タービン発電機３、４と関連付けられた変圧器７、８および／またはコンバータと共にアレイケーブル線５、６のうちの少なくとも１つを通電するためにさらなるエネルギーが必要とされる。

【0037】

いったん通電されると、この通電したシステムは、エネルギーストレージ１６およびコンバータ１７によって安定に保つことができ、アイランド化したシステムの電圧を安定化しまたは反応性電力をバランシングするためのＳＴＡＴＣＯＭ２１の支援を伴って、可能であればそれを伴わずに、風力タービン発電機３、４のグループ全体またはその複数の部分がアイランド化したシステムに再接続され得る。エネルギーストレージ１６のストレージ容量に応じて、より多くのアレイケーブル線５、６およびより多くの変圧器１０が同時に通電することができる。いずれの場合でも、単一のアレイケーブル線５、６上の風力タービン発電機３、４の１つのグループのみを同時に通電および接続すれば、単一の風力タービン発電機３、４を最初に開始する従来のアプローチよりも実質的に速く、より多くの風力タービン発電機をアイランド化したウィンドファームのインフラストラクチャーに追加することによってアイランド化したシステムの電力を増加させる。

【0038】

風力ファーム１の安定したアイランドモードを維持することは、風力タービン発電機３、４によって供給される電力の制御を伴うかなり複雑なタスクであり、例えば、周波数および電圧を安定に保つために、フル生産未満で風力タービン発電機３、４を保ち、おそらくは１つ以上のダンプロード２０における過剰なエネルギー生産を散逸させる。

【0039】

新規で進歩性のある方法を用いて、風力ファーム１または少なくとも十分に大きな部分の安定したアイランドモードがいったん達成されると、風力ファーム１は無電力の電気グリッド２に再接続され得る。再接続は即座に必要ではない。むしろ、エネルギーストレージ１６およびコンバータ１７、ダンプロード２０、ＳＴＡＴＣＯＭ２１等により、アイランド化したシステムは、制御され、所望の期間、原理的には任意の長さの時間安定した状態に保たれ得る。完全なブラックアウトの後にブラックスタートが必要な場合、電気グリッド２は通常小さなセクションに分割されており、ブラックスタートを提供するウインドファーム１に隣接するセクションのみがウインドファーム１によって通電されるようにする。その後にのみ、電気グリッド２の他の部分は、例えば、ブラックスタート機能を有さない他のウインドファームを開始させ、最終的にはすべての消費者へのエネルギーを伴う通常の動作に達するように、通電される。

【0040】

しかしながら、ブラックスタート機能を有する他の対応するまたは同一のウインドファームが存在し、電気グリッド２の他の部分に位置する場合、ブラックアウトの後にグリッド２を再確立するときに、アイランドモードにおいて電気グリッド２の様々な部分のより速い再同期および再接続につながりつつ、互いにブラックスタートするウインドファームをあらかじめ同期するように、好適なチャネル１９上でそれらの間で信号を提供することができてもよい。ブラックスタート能力を備えるソーラーファームでも同じことが可能である。

【0041】

変圧器１５を用いて電気グリッド２を再接続するときに、コンバータが特に安定性を高めるためにアクティブなままとしてもよい。安定性に関して、コンバータは、反応性電力の生産または吸収を可能にする関連付けられた、または統合されたＳＴＡＴＣＯＭ２１を有しうることに留意されたい。このように、通常、対応する電力定格を有するＳＴＡＴＣＯＭ２１は、反応性電力の生産および吸収に関するグリッドコード要件を順守するために、陸上サブステーションにおいてあらかじめ実装される必要があるため、ひどく高い方式で必要とされる設備および伴うコストを複雑にしない。

【0042】

さらに、コンバータの制御システム、およびタップチェンジャーを備える変圧器、スイッチ可能反応器、タップチェンジャーを備える反応器およびＳＴＡＴＣＯＭ２１等の他の制御可能な構成要素の制御システムは、個別にまたは協調して使用されて、例えば、通常の電圧より低い電圧で通電し、その後電圧をランプアップして、それにより通電中の過渡事象を制御することによって、ウインドファームの通電を容易にする。ウインドファーム制御システム、風力タービンシステム、およびいったん再接続された風力タービンも、アイランド化したシステムを制御することに含まれ得る。

【0043】

当業者であれば、本発明は特定のタイプの風力タービンまたはウインドファームのインフラストラクチャーに限定されないことを理解するであろう。電源全体が、例えば、上記のウインドファームについて説明されたのものと類似する方法で、グリッド接続ポイントとして生成された電力を収集し、集約するＤＣ／ＡＣ変換ステップおよびＡＣ／ＡＣ変換ステップを介してアレイで接続された複数の個別の電源を含む多数の場合に適用可能である。特に、例えば居住地域から離れた広大で晴れた場所、例えば砂漠にある光起電ソーラーファームは、ファームが電気グリッド２への接続のためのＡＣエクスポート線を利用することができれば想定可能である。しかしながら、上述の風力タービンおよびソーラーパネルのほかに、一般的なアイデアとしては、中央グリッド接続ポイントでセットアップされた電気ビークルにおけるバッテリーのプールなどの分散したバッテリーストレージだけでなく、波力発電、水力発電、および熱発電を含む分散した生成またはストレージの任意のタイプまたはこれらのタイプの混合に関連する。

【図1】

【国際調査報告】