CN101809837A - 风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提高运转率。在连接发电机和电力系统的电力线上设置第一开关，并且在发电机和第一开关之间的电力线上设置可通过远距离操作进行开闭的第二开关。第二开关在允许低电压现象中流过的电流且不超过发电机的热设定下的电流值的范围内确定其耐电流性能，第一开关在耐电流性能上优于第二开关，并且在不超过发电机的热设定的范围内确定其耐电流性能。

Description

风力发电装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置。
背景技术
在风车的运转控制中，系统电压因发生停电等而降低时，采用了迅速切断风车和电力系统的连接以避免过电流对发电机等的损伤的操作。另一方面，例如当发生LVRT(Low voltage ride-through：低电压穿越)中要求的电压下降模式等低电压现象时，需要保持风车和电力系统的连接而继续进行风车的运转。
专利文献1：美国专利第6921985号说明书
发明内容
但是，当发生比上述低电压现象大的电压下降时，发电机电流变得过大，在检测出系统电压的下降前，连接发电机和电力系统的、介入电力系统中的电路保护器可能变为解列状态。
电路保护器变为解列状态时，为了再次起动，作业人员需要到风车处通过手动进行闭合电路保护器的作业。因此，直到再次起动需要相当长的时间，存在运转率恶化的问题。
本发明为解决以上问题而提出，其目的在于提供一种可提高运转率的风力发电装置。
为解决上述课题，本发明采用以下手段。
本发明提供一种风力发电装置，具有：发电机；第一开关，设置在连接发电机和电力系统的电力线上；以及第二开关，设置在所述发电机和所述第一开关之间的电力线上，能够通过远距离操作进行开闭，所述第二开关具有下述范围的耐电流性能，即允许低电压现象中流过的电流且不超过所述发电机的热设定下的电流值的范围，所述第一开关在耐电流性能上优于所述第二开关，且具有不超过所述发电机的热设定的范围的耐电流性能。
这样，第二开关及第一开关具有能够经受因低电压现象造成的电压下降而引起的过电流的产生的耐电流性能。因此，即使发生低电压现象也不会解列，可维持发电机和电力系统的连接状态。并且，当流过比低电压现象中流动的过电流大的电流时，第二开关比第一开关先变为解列状态，因此可避免第一开关解列。并且，第二开关可进行远距离操作下的开闭，因此即使在解列后也能够容易地变为接通状态。
第一开关的耐电流性能优于第二开关的耐电流性能是指，例如第一开关的电流允许值设定为大于第二开关的电流允许值。
在所述风力发电装置中，所述第二开关也可以是在满足起动条件时用于连接所述发电机和所述电力系统的开关。
在所述风力发电装置中，所述低电压现象是以下现象：例如在百ms以上且不到数百ms的范围内电压变为0V，且从电压下降到恢复为止需要数秒。
例如，所述低电压现象是LVRT中要求的电压下降模式。
根据本发明，具有可提高运转率的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的风力发电装置的整体构成的图。
图2是更具体地表示图1所示的风力发电装置的构成的图。
图3是表示发电机及其周边的构成的一例的框图。
图4是表示LVRT中要求的电压下降模式的一例的图。
图5是表示通过模拟来解析图4所示的电压下降模式发生时的发电机的输出电压时的解析结果的图。
图6是表示通过模拟来解析图4所示的电压下降模式发生时的发电机的输出电流时的解析结果的图。
图7是用与额定电流之比来表示图6所示的发电机的输出电流，并进一步放大时间轴而表示的图。
图8是表示本发明的一个实施方式涉及的磁接触器、电路保护器、及发电机的热设定的关系的一例的图。
标号说明
1风力发电装置
5发电机
30电路保护器
40磁接触器
具体实施方式
以下参照附图说明本发明涉及的风力发电装置的一个实施方式。
图1是表示本实施方式涉及的风力发电装置的整体构成的框图。风力发电装置1如图1所示，具有塔架2和设置在塔架2上端的机舱3。机舱3可在偏航方向上旋转，通过机舱旋转机构4朝向所需的方向。机舱3中搭载有发电机5和齿轮6。发电机5的转子经由齿轮6与风车转子7接合。
风车转子7具有叶片8、支承叶片8的轮毂9。叶片8设置成使其桨距角可变。具体而言，如图2所示，轮毂9上收容有驱动叶片8的液压缸11和向液压缸11供给液压的伺服阀12。通过伺服阀12的开度控制供给到液压缸11的液压，由此将叶片8控制为所需的桨距角。
回到图1，机舱3上进一步设有风速风向计10。风速风向计10测定风速和风向。机舱3响应由风速风向计10测定的风速和风向而旋转。
图3是表示发电机5及其周边构成的一例的框图。本实施方式的发电机5构成为，发电机5产生的电力可从定子线圈及转子线圈两个线圈输出到电力系统13。具体而言，发电机5中，其定子线圈直接连接到电力系统13，转子线圈经由AC-DC-AC转换器17连接到电力系统13。
AC-DC-AC转换器17由有源整流器14、DC总线15、及变换器16构成，将从转子线圈接收的交流电力变换为适于电力系统13的频率的交流电力。有源整流器14将转子线圈中产生的交流电力变换为直流电力，将该直流电力输出到DC总线15。变换器16将从DC总线15接收的直流电力变换为和电力系统13相同的频率的交流电力，并输出该交流电力。
AC-DC-AC转换器17还具有将从电力系统13接收的交流电力变换为适合于转子线圈的频率的交流电力的功能，也使用于根据风力发电装置1的运转状况对转子线圈励磁。这种情况下，变换器16将交流电力变换为直流电力，将该直流电力输出到DC总线15。有源整流器14将从DC总线15接收的直流电力变换为适合于转子线圈的频率的交流电力，将该交流电力供给到发电机5的转子线圈。
电压/电流传感器20设置在将发电机5连接到电力系统13的电力线上，测定发电机5的输出电压V及输出电流I。
转换器驱动控制装置21为了对响应有效电力指令P*、无效电力指令Q*而输出的有效电力P和无效电力Q进行控制，控制有源整流器14及变换器16的功率晶体管的开/关。具体而言，转换器驱动控制装置21根据由电压/电流传感器20测定的输出电压V及输出电流I，计算出有效电力P和无效电力Q。进一步，转换器驱动控制装置21响应有效电力P和有效电力指令P*的差、及无效电力Q和无效电力指令Q*的差，进行PWM控制，生成PWM信号，将生成的PWM信号供给到有源整流器14及变换器16。由此控制有效电力P和无效电力Q。
桨距控制装置22响应从主控制装置19传送的桨距指令β*，控制叶片8的桨距角β。叶片8的桨距角β控制为与桨距指令β*一致。
偏航控制装置23响应从主控制装置19传送的偏航指令，控制机舱旋转机构4。机舱3朝向由偏航指令指示的方向。
并且，在电力线上比上述电压/电流传感器靠近下游的一侧，连接有AC/DC转换器24。该AC/DC转换器24从经由电力线取自电力系统13的交流电力生成直流电力，将该直流电力供给到风力发电装置1的控制系统，尤其是为了控制叶片8的桨距角β而使用的伺服阀12(参照图2)、主控制装置19、及桨距控制装置22。
进一步，为了向伺服阀12(参照图2)、主控制装置19、及桨距控制装置22稳定地供给直流电力，在风力发电装置1上设置具有充电装置27和应急用蓄电池28的不间断电源系统26。
例如，根据LVRT的要求，即使系统电压Vgrid下降时，也需要维持发电机5连接到电力系统13的状态。因此，需要在电力系统13的电压下降时也适当控制叶片8的桨距角，由此使发电机5的转速维持在所需值。为了满足这一要求，当系统电压Vgrid下降到规定电压时，不间断电源系统26通过开关25连接到伺服阀12、主控制装置19、桨距控制装置22，从应急用蓄电池28向伺服阀12、主控制装置19、及桨距控制装置22供给电力。由此，维持叶片8的桨距角的控制。应急用蓄电池28连接到充电装置27。充电装置27通过从AC/DC转换器24供给的直流电力对应急用蓄电池28充电。
进一步，在连接发电机5和电力系统13的电力线上设有电路保护器(第一开关)30。具体而言，电路保护器30在风车具有的所有构成要素中，设置在最靠近电力系统13的位置。
并且，发电机5和电路保护器30之间的电力线上设有磁接触器(第二开关)40。具体而言，磁接触器40在风车具有的所有构成要素中，紧接着上述电路保护器30而设置在靠近电力系统13的位置。
电路保护器30、磁接触器40配置在塔架2的下方配置的互连盘(省略图示)中。
磁接触器40是发电机5的输出满足起动条件时，用于连接发电机5和电力系统13的开关，是可进行远距离操作的开闭的构成。
电路保护器30是为了避免过电流造成的发电机5等的损伤而设置的继电器，是不能从远距离进行操作的构成。因此，在暂时变为解列状态时，需要作业人员手动直接设定为闭合状态。
接着，参照附图说明作为本发明的特征部分的上述电路保护器30及磁连接器40的耐电流性能。
磁连接器40具有允许低电压现象中流过的电流并同时不超过发电机5的热设定下的电流值的范围的耐电流性能。电路保护器30的耐电流性能优于磁连接器40，且具有不超过发电机5的热设定的范围的耐电流性能。
低电压现象是指以下现象：例如在百ms以上且不到数百ms的范围内电压变为0V，且从电压下降到恢复为止需要数秒。作为该低电压现象，例如LVRT中要求的电压下降模式可作为一例。
图4表示LVRT中要求的电压下降模式的一例。在图4所示的电压下降模式中，首先系统电压Vgrid瞬间降低到0V，该状态持续150ms，之后逐渐恢复电压，从电压瞬间下降时点开始约4s，系统电压Vgrid恢复。这样，当系统电压Vgrid变化时，对于发电机5的输出电压V及输出电流I如何变化进行模拟解析。
其结果如图5及图6所示。图5表示发电机5的输出电压V的变化，图6表示发电机5的输出电流I的变化。图5所示的发电机5的输出电压V具有和图4所示的系统电压Vgrid基本相同的变化。对于图6所示的发电机5的输出电流I，随着系统电压Vgrid的瞬间下降，过电流瞬间流动，之后跨越额定电流地变动，系统电压Vgrid恢复后，约数百ms后稳定。
图7用与额定电流之比来表示图6所示的发电机5的输出电流I，并进一步放大时间轴(横轴)而表示。在图7中，每1/60s计算发电机5的输出电流I的有效值，因此电流值阶梯状地表示。如图7所示，可知发生图4所示的电压下降模式的低电压现象时，最大5.5倍左右的电流流过1/60秒。
因此，为了对应图4所示的电压下降模式，需要磁连接器40具有在至少相对于额定电流是5.5倍的过电流流过时也不解列的耐电流性能。
此外，图4所示的低电压现象的电压下降模式只是一例，磁连接器40需要具有例如全部克服LVRT的要求的电压下降模式的耐电压性能。
接着，图8表示磁接触器、电路保护器、及发电机的热设定的关系的一例。在图8中，横轴表示相对于发电机5的额定电流的倍率，纵轴表示允许时间。
如图8所示，磁连接器40的最大允许电流和电路保护器30相比设定得较低，且电路保护器30及磁连接器40的最大允许电流在热设定的范围内。
如上所述，根据本实施方式涉及的风力发电装置1，磁连接器40及电路保护器30具有可经受低电压现象造成的电压下降而产生的过电流的发生的耐电流性能，因此即使发生低电压现象也不会解列，可维持发电机5和电力系统13的连接状态。
并且，比低电压现象发生时流过的过电流大的电流流过时，磁连接器40比电路保护器30先变为解列状态，因此可避免电路保护器30解列。此处，磁连接器40可通过远距离操作而开闭，因此在解列后也可容易地设定为接通状态。因此，即使在比低电压现象发生时流过的过电流大的电流流过时，仅通过从远距离地使磁连接器40再次为闭合状态，也可使风力发电装置1起动。即，风力发电装置1再起动时，可省去作业人员到风车处手动使电路保护器30为闭合状态的工时。由此，可迅速地使风力发电装置1为可再次起动的状态，可提高运转率。
以上参照附图详述了本发明的实施方式，但具体的构成不限于该实施方式，也包括不脱离本发明主旨的范围的设计变更等。

Claims (4)

1.一种风力发电装置，具有：
发电机；
第一开关，设置在连接发电机和电力系统的电力线上；以及
第二开关，设置在所述发电机和所述第一开关之间的电力线上，能够通过远距离操作进行开闭，
所述第二开关具有下述范围的耐电流性能，即允许低电压现象中流过的电流且不超过所述发电机的热设定下的电流值的范围，
所述第一开关在耐电流性能上优于所述第二开关，且具有不超过所述发电机的热设定的范围的耐电流性能。
2.根据权利要求1所述的风力发电装置，其中，所述第二开关在满足起动条件时用于连接所述发电机和所述电力系统。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电装置，其中，所述低电压现象是以下现象：在百毫秒以上且不到数百毫秒的范围内电压变为0V，且从电压下降到恢复为止需要数秒。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的风力发电装置，其中，所述低电压现象是LVRT中要求的电压下降模式。
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