CN101107442A - 发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明具备利用风能进行发电的多个风力发电装置的发电装置(10)，和连接在发电装置(10)与电力系统(12)之间的可变速型风力发电装置(20a、20b)，可变速型风力发电装置(20a、20b)，通过进行补充发电装置(10)的输出下降的输出，使发电系统的全部输出平均化。

Description

发电系统

技术领域

本发明涉及将利用自然能进行发电的发电装置和可变速型风力发电装置组合的发电系统，特别涉及通过可变速型风力发电装置进行补充发电装置的输出下降的输出，而输出被平均化(平準化、leveling)的电力的发电系统。

背景技术

利用了风力发电装置、太阳光发电装置等的自然能的发电装置，由于其输出受气象条件的左右很大，所以难以实现根据需要的发电，另外，由于输出变动，系统电压、频率也变动，所以从系统运用上的制约来看，导入量上存在界限。

为了解决这样的问题，近年来，如特许第3352662号公报(专利文献1)等所示那样，通过将利用上述那样的自然能的发电装置和二次电池等的电力存储装置进行组合，从而由电力存储装置抑制发电装置的输出变动，实现高质量的稳定的电力供给的混合型分散电源系统的开发正在进展中。

专利文献1：特许第3352662号公报(第2-7页、第1图)

发明内容

然而，上述那样的电力存储装置，由于价格很高，在费用相对效果方面，缺乏实现性，成为导入促进的阻碍要因。

本发明为了解决上述问题而研制，其目的在于提供一种不使用电力存储装置等的高价的装置，就能够实现高质量的稳定的电力供给的发电系统。

为了解决上述课题，本发明采用以下的机构。

本发明的第1方式，提供一种具备利用自然能进行发电的至少一个发电装置和进行补充上述发电装置的输出下降的输出的至少一个可变速型风力发电装置的发电系统。

通过这样的构成，具备至少一个可变速型风力发电装置，由于此可变速型风力发电装置进行补充发电装置的输出下降的输出，所以能够使发电系统的输出平均化。

作为上述发电装置，例如有风力发电装置、太阳光发电装置等。作为发电装置的风力发电装置，例如也可以是固定速度型风力发电装置，也可以是可变速型风力发电装置，另外也可以是这些的组合。

可变速型风力发电装置，与以往的电力存储装置相比很便宜，所以能够用低成本实现发电系统的输出、例如输出电力的平均化。

在上述的发电系统中，也可在上述可变速型风力发电装置中预先登记优先顺序，从优先顺序高的上述可变速型风力发电装置，依次进行补充上述发电装置的输出下降的输出。

通过上述的结构，在可变速型风力发电装置中预先登记优先顺序，能够从优先顺序高的可变速型风力发电装置，依次实施用于补充发电装置的输出下降的输出控制。因此，例如当通过优先顺序最高的可变速型风力发电装置充分地补充了发电装置的输出下降时，对于比其优先顺序低的可变速型风力发电装置，变为进行通常的发电。其结果能够使实施以输出下降的补充为目的的输出控制的可变速型风力发电装置减少，所以能够高效地实施发电系统的输出的平均化。

在上述的发电系统中，可以是越设置在风况稳定场所的上述可变速型风力发电装置，上述优先顺序设定得越高。

通过上述的结构，由于越设置在风况稳定场所的可变速型风力发电装置，换而言之，输出越稳定的可变速型风力发电装置，优先顺序设定得越高，所以通过较少台数的可变速型风力发电装置，就能够高效地实施发电装置的输出下降的补充控制。

在上述的发电系统中，上述优先顺序也可根据气象条件变更。

可变速型风力发电装置的输出的稳定度，根据季节、风向等的各种气象条件变化，所以通过根据这些气象条件变更优先顺序，从而始终从输出稳定的可变速型风力发电装置开始，依次实施以发电装置的输出下降的补充为目的的输出控制。由此，通过少数台的可变速型风力发电装置，就能够高效地实施发电系统的输出的平均化。

在上述的发电系统中，上述可变速型风力发电装置的台数，也可由上述发电装置的输出变动的推定最大值决定。

由于可变速型风力发电装置，必需能够进行补充发电装置的输出下降的输出，所以需要按照可变速型风力发电装置的合计输出，必需为用于使输出变动的推定最大值平均化所需的输出以上的方式，决定可变速型风力发电装置的台数。换而言之，此台数也可由可变速型风力发电装置的推定平均输出决定。

本发明的第2方式，提供一种连接在利用自然能进行发电的发电装置和被供给上述发电装置的电力的电力系统之间，以补充上述发电装置的输出下降的方式，向上述电力系统供给电力的可变速型风力发电装置。

通过本发明的发电系统及可变速型风力发电装置，起到不使用电力存储装置等的高价的装置，就能够实现高质量的稳定的电力供给的效果。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式相关的发电系统的概略构成的图。

图2是用于说明本发明的第1实施方式相关的可变速型风力发电装置的作用的波形图。

图3是用于说明本发明的第1实施方式相关的可变速型风力发电装置的作用的波形图。

图4是表示本发明的第2实施方式相关的发电系统的概略结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明相关的发电系统的实施方式。

图1是表示本发明的第1实施方式相关的发电系统的概略构成的模块图。

如图1所示，本实施方式相关的发电系统，具备利用自然能进行发电的多个风力发电装置的发电装置10。这里，发电装置10具备的各风力发电装置，可以是固定速度型风力发电装置，也可以是可变速型风力发电装置，或者也可以是它们的组合。

上述发电装置10，通过电力变换机11与电力系统12连接。在上述发电装置10和电力变换机11之间连接有多个可变速型风力发电装置20a及20b。该可变速型风力发电装置20a、20b，进行补充发电装置10的输出下降(例如输出电力的下降)的输出，其台数例如根据发电装置10的输出变动的推定最大值决定。

具体地，发电装置10的输出变动的推定最大值越大，其台数越增加。这是由于如果输出变动大，则用于补充其输出下降的电力也需要增多，用于供给该增多电力的可变速型风力发电装置就成为必需。另外，相反，可根据此可变速型风力发电装置的平均发电量决定其台数。还有，在本实施例中，以2台的情况为例进行表示。

在本实施方式中，可变速型风力发电装置20a，连接在发电装置10和电力变换机11之间，可变速型风力发电装置20b，连接在可变速型风力发电装置20a和电力变换机11之间。这样，可变速型风力发电装置20a，从可变速型风力发电装置20b来看，被设置于电流的上游侧。

在本实施方式中，可变速型风力发电装置20a，为了进行补充发电装置10的输出P0的下降那样的输出而被设置。另外，可变速型风力发电装置20b，为了进一步补充发电装置10的输出P0和可变速型风力发电装置20a的输出P1的合计输出P2的下降而被设置。

可变速型风力发电装置20a及20b，例如是AC-DC-AC线路(link)方式的可变速型风力发电装置，分别具备：连接于风车的转子上的发电机21；将由发电机21输出的3相交流电力变换为直流电力进行输出的有源整流器22；对有源整流器22输出的直流电力进行平滑化的直流线路23；将直流线路23输出的直流电力变换为3相交流电力进行输出的逆变器24；和用于将逆变器24的输出供给到电力系统12的电力变换机25。

还有，可变速型风力发电装置20a，具备进行基于发电装置10的输出电力P0的输出控制的控制装置26a。

另外，可变速型风力发电装置20b，具备进行基于发电装置10和可变速型风力发电装置20a的合计输出电力P2的输出控制的控制装置26b。

在连接上述发电装置10和电力系统12的电力线50上，在发电装置10和可变速型风力发电装置20a之间，设置检测发电装置10的输出电力P0的电力检测器41。另外，在连接上述发电装置10和电力系统12的电力线50上，在可变速型风力发电装置20a和可变速型风力发电装置20b之间，设置检测发电装置10的输出电力P0和可变速型风力发电装置20a的输出电力P1的合计输出电力P2的电力检测器42。

通过上述电力检测器41检测出的输出电力P0，被输入到可变速型风力发电装置20a的控制装置26a中。由电力检测器42检测出的输出电力P2，被输入到可变速型风力发电装置20b的控制装置26b中。

下面，针对具备上述结构的发电系统的作用进行说明。

首先，发电装置10具备的各风力发电装置，通过接受风进行发电，此发电电力由发电装置10输出。来自发电装置10的输出电力P0，由设置在电力线50上的电力检测器41进行检测，其检测结果输入给可变速型风力发电装置20a的控制装置26a。

控制装置26a，算出使输出电力P0接近平滑化此输出电力P0的目标输出电力P2那样的目标修正输出电力P1′(包含有功电力、无功电力双方)，使可变速型风力发电装置20a的输出电力P1追随此目标修正输出电力P1′那样，进行有源整流器22及逆变器24的控制。这里，上述目标输出电力P0′，可任意地设定，也可采用例如通过使输出电力P0输入给一次延迟补偿电路等得到的输出值或在发电装置10的最大发电电力上乘以规定的比例(例如95％)的值等。

另外，控制装置26a，例如当有源整流器22及逆变器24由多个开关元件构成时，通过PWM控制这些开关元件，使可变速型风力发电装置20a的输出电力P1追随目标修正输出电力P1′。

具体地，控制装置26a，如图2的时刻t1所示，当目标修正输出电力P1′为α、可变速型风力发电装置20a的发电机21的输出电力为β(α＜β)时，将发电机21的输出电力β降压到α进行输出。另一方面，如图2的时刻t2所示，当目标修正输出电力P1′为γ、可变速型风力发电装置20a的发电机21的输出电力为β(γ＞β)时，将发电机21的输出电力β原封不动地进行输出。

如上所述，通过控制可变速型风力发电装置20a的输出电力，从而在可变速型风力发电装置20a的发电机21的发电范围内，发电装置10的输出电力P0的电力下降被补充。

而且，这样被补充了输出下降的输出电力，换而言之，发电装置10的输出电力P0及可变速型风力发电装置20a的输出电力P1的合计输出电力P2，由电力检测器42检测，其检测结果被输入给可变速型风力发电装置20b的控制装置26b。

控制装置26b，算出使输出电力P2接近对此输出电力P2的输出下降进行过补充的目标输出电力Pout那样的目标修正输出电力P3′，使可变速型风力发电装置20b的输出电力P3追随此目标修正输出电力P3′那样，进行有源整流器22及逆变器24的控制。例如，当有源整流器22及逆变器24由多个开关元件构成时，通过PWM控制这些开关元件，使可变速型风力发电装置20b的输出电力追随目标修正输出电力P3′。

此结果在图2中，当通过可变速型风力发电装置20a不能充分地进行输出下降的补充时(例如图2中的时刻t2等)，通过可变速型风力发电装置20b补充不足电力部分(例如γ-β)。

由此，发电装置的输出电力P0，通过可变速型风力发电装置20a及20b补充其输出降低部分，平均化的输出电力Pout，通过电力变换机11被供给电力系统12。

如以上说明的那样，通过关于本实施方式的发电系统，由于不使用高价的电力存储装置等，通过比较廉价的可变速型风力发电装置20a及20b补充发电装置10的输出电力的下降，所以能够以低成本将高质量的稳定的电力供给到电力系统12。

还有，在上述的发电系统中，如图2所示，当通过可变速型风力发电装置20a几乎能够补充发电装置20a的输出下降那样的情况时，也可如以下那样实施输出补充。

首先，在以输出下降的补充为目的设置的多个可变速型风力发电装置20a及20b中，区分出主要补充输出下降的可变速型风力发电装置20a及辅助其可变速型风力发电装置20a的辅助的可变速型风力发电装置20b。

而且，对于辅助的可变速型风力发电装置20b，基本上实施抑制输出的通常的运转。即不是对由可变速型风力发电装置20b的发电机21发电的输出直接进行电力变换、供给那样的通常的运转，而是对发电机21的发电的输出进行某种程度(例如70％)的部分负载运转，将部分负载运转的输出输出给电力线50。

例如，如图3所示，Pmax为不是对发电机21的输出进行部分负载运转的输出时的电力值时，将利用规定比例对此输出Pmax进行部分负载运转的Pref作为通常时的输出电力P3。而且，如图2的时刻t2等所示那样，当由于可变速型风力发电装置20a的输出不足，不能充分进行发电装置20的平均化时，以在通常时的输出电力P3上再加上其输出不足部分的电力进行输出的方式而进行控制。由此，即使在为了补充发电装置的输出电力的下降部分而设置的可变速型风力发电装置中，也能够进行发电，所以能够将更多的稳定的电力，供给电力系统12作为发电系统的输出。

还有，在上述的实施方式中，当发电装置10的发电电力P0超出目标输出电力P0′很多时，通过使可变速型风力发电装置20a部分负载输出相当于其超出的输出的电力量部分，而能使发电装置10和可变速型风力发电装置20a的合计输出P2接近于目标输出电力P0。

下面，针对本发明的第2实施方式，利用图4进行说明。

本实施方式的发电系统，与上述第1实施方式相关的发电系统不同点在于，设置有一维控制各可变速型风力发电装置20a、20b的中央管理装置60，根据从此中央管理装置60来的指令，各变速型风力发电装置20a及20b控制输出。

以下，针对本实施方式的发电系统，对于与第1实施方式共同的点省略说明，只针对不同的点进行说明。

中央管理装置60，从电力检测器41被输入发电装置10的输出电力P0，并且被输入各可变型风力发电装置20a、20b分别具备的发电机21的输出电力P4及P5。

中央管理装置60，算出用于补充发电装置10的输出电力P0的输出下降的目标输出电力，根据此目标输出电力和各可变速型风力发电装置20a及20b的发电机21的输出电力P4及P5，分别决定各可变速型风力发电装置20a、20b的个别目标输出电力P4′、P5′。

具体的，在中央管理装置60上，在可变速型风力发电装置20a、20b中预先设定优先顺序，从优先顺序高的一方依次决定个别目标输出。此时，当可由优先顺序最高的可变速型风力发电装置，输出目标输出电力时，对于优先顺序最高的可变速型风力发电装置来说，输出目标输出电力作为个别目标输出电力，对比其优先顺序低的可变速型风力发电装置实施进行通常运转的指令。

这样，当从中央管理装置60向各可变速型风力发电装置20a、20b的控制装置26a、26b输入个别目标输出电力P4′、P5′时，控制装置26a、26b，按照使自己的输出电力追随此个别目标输出电力P4′、P5′的方式，控制有源整流器22及逆变器24。由此，输出目标输出电力作为可变速型风力发电装置20a、20b的合计输出电力。

其结果发电装置10的输出下降被补充，平均化的稳定的输出电力作为发电系统的输出，通过电力变换机11被供给到电力系统12。

还有，在关于上述的第2实施方式的发电系统中，最好是从设置在风况稳定场所的可变速型风力发电装置开始依次地，换而言之，按照输出稳定的顺序，设定优先顺序较高。通过这样设定优先顺序，从而通过较少台数的可变速型风力发电装置，就能够有效地实施发电系统的输出的平均化。

另外，上述优先顺序，能够根据气象条件变更。

可变速型风力发电装置20a、20b的输出的稳定度，根据季节、风向等的各种气象条件变化。因此，通过根据这些气象条件变更优先顺序，从而始终从输出稳定的可变速型风力发电装置开始，依次实施以发电装置的输出的平均化为目的的输出。由此，通过较少台数的可变速型风力发电装置，就能够进行发电装置的输出下降的补充，高效地实施发电系统的输出的平均化。

以上，针对本发明的实施方式，参照附图进行了详述，具体的构成并不限定于此实施方式，也包含不超出本发明的要旨范围内的设计变更等。

第1，在上述的实施方式中，由风力发电装置构成了发电装置10，但这是一例，例如也可由利用太阳光发电装置等的自然能进行发电的发电装置来构成。

第2，上述控制装置26a、26b及中央管理装置60，也可由具备用于实现上述控制内容的功能的模拟电路构成，或者具备下述那样的计算机系统。

控制装置26a等，例如由具备未图示的CPU(中央运算装置)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等的计算机系统构成，用于实现上述各种控制内容的一系列的处理过程以程序的形式记录在ROM等中，通过CPU读出此程序到RAM等中，实行信息的加工、运算处理，实现上述的输出控制等。

Claims (6)

1.一种发电系统，具备：

利用自然能进行发电的至少一个发电装置；和

进行补充上述发电装置的输出下降的输出的至少一个可变速型风力发电装置。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，

在上述可变速型风力发电装置中，预先登记优先顺序，从优先顺序高的上述可变速型风力发电装置开始，依次进行补充上述发电装置的输出下降的输出。

3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，

越设置在风况稳定场所的上述可变速型风力发电装置，上述优先顺序设定得越高。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的发电系统，其特征在于，

上述优先顺序也可根据气象条件变更。

5.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，

上述可变速型风力发电装置的台数，由上述发电装置的输出变动的推定最大值决定。

6.一种可变速型风力发电装置，

连接在利用自然能进行发电的发电装置和被供给上述发电装置的电力的电力系统之间，以补充上述发电装置的输出下降的方式，向上述电力系统供给电力。

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