CN102318182A - 发电装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

目的在于能够使由于系统事故等降低的电力系统的电压确实且快速地恢复到基准电压。发电装置具备连接于电力系统的发电机、检测电力系统(2)的电压的电压检测部、和控制部(21)，控制部(21)根据将电力系统(2)的电压和提供给电力系统(2)的无功电流建立对应的电压电流关联信息，决定与从电压检测部(27)取得的电压相应的无功电流，并控制功率变换部(27)，以调整提供给电力系统(2)或从电力系统(2)吸收的无功电流，发电装置还具备信息改变部(22)，其在电力系统的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在电力系统的电压不在预先设定的规定范围内时，改变电压电流关联信息，使得与电压电流关联信息的电压的变化量相对应的无功电流的量变大。

Description

发电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及发电装置及其控制方法。
背景技术
一直以来，例如在与风力发电装置系统互连的风力发电系统中，在发生了系统事故等时，电力系统的电压发生变化。为了使该发生变化的电压恢复为基准电压，从发电机侧对电力系统侧提供无功电流，或者从电力系统侧使发电机侧吸收无功电流。
【专利文献1】
美国专利第2007/0273155号公报说明书
但是，电力系统的电压的变化量与对其提供(吸收)的无功电流的量之间的关系，通过表(table)等唯一地给出，该表基于在安置风力发电装置的阶段所进行的仿真实验等来决定。
但是，在基于通过仿真实验而获得的表来提供无功电流时，有如下情况：即使电力系统的电压按照表逐渐恢复，在电力系统的电压成为恢复为基准电压之前的电压的阶段饱和而稳定。
在这样的情况下，存在如下问题：为了使电力系统的电压恢复为基准电压而需要在功率提供侧进一步提供无功电流，但是在电压稳定的阶段不能对电力系统侧进一步提供(吸收)无功电流。也就是说，有如下问题：即使为了基于由仿真等决定的表使电力系统的电压恢复而进行了控制，在实际环境中也不能成为如仿真那样的结果，在系统事故时等，不能使电力系统的电压确实地恢复。
发明内容
本发明为了解决上述问题而做，所以其目的在于提供一种发电装置及其控制方法装置，能够使由系统事故等而降低了的电力系统的电压确实地且快速地恢复为基准电压。
为了解决上述课题，本发明采用以下的部。
本发明的第1方式是一种发电装置，具备：发电机，其连接于电力系统；电压检测部，其检测电力系统的电压；和控制部，其根据将所述电力系统的电压和提供给所述电力系统的无功电流建立对应的电压电流关联信息，决定与从所述电压检测部取得的电压相应的无功电流，并控制所述功率变换部，以调整提供给所述电力系统或从所述电力系统吸收的无功电流，所述发电装置的特征在于，具备信息改变部，该信息改变部，在从所述电力系统的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在所述电力系统的电压不在预先设定的规定范围内的情况下，改变所述电压电流关联信息，使得所述电压电流关联信息的相对于所述电压的变化量的所述无功电流的量变大。
根据这种结构，通过电压检测部来检测电力系统的电压，控制部取得检测到的电压后，控制部根据将电力系统的电压和提供给电力系统的无功电流建立对应的电压电流关联信息，决定与取得的电压对应的无功电流，并控制功率变换部，以向电力系统提供、或者从电力系统吸收所决定的无功电流。此外，在电力系统的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在电力系统的电压不在预先设定的规定范围内时，信息改变部改变电压电流关联信息，使得相对于电压电流关联信息中的电压的变化量的无功电流的量变大。
如此，在电力系统的电压改变了规定量以上时，根据按照使对于电压的变化量的无功电流的量变大的方式改变后的电压电流关联信息，来控制功率变换部，所以在基于改变前的电压电流关联信息的无功电流的控制下无功电流的提供或吸收来不及的情况下，能够进一步加速无功电流的提供或吸收，能够使电力系统的电压快速地接近预先设定的规定范围内。由此，能够快速地使系统电压稳定。
在上述发电装置中，所述信息改变部也可以根据从所述电力系统改变了规定量以上时起经过了规定时间时的该电力系统的电压值与基准电压的差分，能够改变所述电压电流关联信息中的与所述电压的变化量相对应的所述无功电流的量的大小。
如此，根据电力系统的电压值和基准电压的差分，改变相对于电压的变化量的无功电流的量的大小，所以能够适当地提供或吸收所需的无功电流。
本发明的第2方式是发电装置的控制方法，所述发电装置具备：发电机，其连接于电力系统；电压检测部，其检测电力系统的电压；和控制部，其根据将所述电力系统的电压和提供给所述电力系统的无功电流建立对应的电压电流关联信息，决定与从所述电压检测部取得的电压相应的无功电流，并控制所述功率变换部，以调整提供给所述电力系统或从所述电力系统吸收的无功电流，所述发电装置的控制方法的特征在于，具有如下过程：在从所述电力系统的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在所述电力系统的电压不在预先设定的规定范围内的情况下，改变所述电压电流关联信息，使得所述电压电流关联信息的相对于所述电压的变化量的所述无功电流的量变大。
根据本发明，能够取得如下效果，即：能够时由于系统事故等降低的电力系统的电压确实且快速地恢复到基准电压。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的风力发电装置的一例的框图。
图2是表示电力系统的电压和无功电流的关系的改变前的电压电流关联信息的一例的图。
图3是表示电力系统的电压和无功电流的关系的改变后的电压电流关联信息的一例的图。
图4是表示本发明的风力发电装置的控制方法的动作流程的图。
图5是将电力系统的电压的变化表示为时间序列的图的一例。
符号说明
1风力发电装置
2电力系统
14变换器
15DC总线
16逆变器
20功率变换部
21控制部
22信息改变部
27电压检测部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的发电装置及其控制方法的一实施方式进行说明。
图1是表示风力发电装置中具备的发电机6及其周边的结构的一例的框图。
如图1所示，风力发电装置1具备风车叶片4、齿轮5、发电机6、功率变换部20、控制部21、信息改变部22、电压检测部27、叶片控制部23以及主控制部24。另外，发电机6与电力系统2连接。此外，发电机6的转子通过齿轮5与风车转子(省略图示)接合。
在本实施方式中，发电机(感应式电机)6构成为发电机6产生的功率能够由定子绕组以及转子绕组双方输出给电力系统2。具体而言，发电机6的定子绕组连接于电力系统2，转子绕组经由功率变换部20连接于电力系统2。
电压检测部27设置在将发电机6连接于电力系统2的电力线上，检测电力系统2的电压。由电压检测部27测量出的电压给予控制部21。
功率变换部20具备变换器(converter)14、DC总线15以及逆变器(inverter)16而构成，将从转子绕组得到的交流功率变换为适于电力系统2的频率的交流功率。变换器14将转子绕组中产生的交流功率变换为直流功率，并将该直流功率输出给DC总线15。逆变器16将从DC总线15得到的直流功率变换为与电力系统2相同频率的交流功率，并输出该交流功率。
功率变换部20还具有将从电力系统2得到的交流功率变换为与转子绕组的频率相适应的交流功率的功能。在该情况下，逆变器16将交流功率变换为直流功率，并将该直流功率输出给DC总线15。变换器14将从DC总线15得到的直流功率变换为与转子绕组的频率相适应的交流功率，并将该交流功率提供给发电机6的转子绕组。
控制部21具有将电力系统2的电压与提供给电力系统2或从电力系统2吸收的无功电流建立了对应的电压电流关联信息，基于该电压电流关联信息，决定与从电压检测部27取得的电压相应的无功电流量，并将所决定的无功电流提供给电力系统2，或者从电力系统2吸收，为此控制功率变换部20。具体而言，控制部21决定无功电流，该无功电流是向电力系统2提供或者从电力系统2吸收的与由电压检测部27测量的输出电压V相对应的无功电流。而且，控制部21控制针对变换器14或逆变器16的PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号，并控制无功电流的调整。
图2中示出将控制部21具备的电力系统的电压与无功电流建立对应的信息的一例。在图2中，横轴用对基准电压的比表示电力系统的电压(单位是Pu：每单位)、设与纵轴的交点为表示基准电压的1.0Pu。从横轴上的1.0Pu开始纸面左侧表示系统电压比基准电压低，从1.0Pu开始纸面右侧表示系统电压比基准电压高。
另一方面，在图2中，纵轴表示以不进行无功电流的调整为基准(换言之，纵轴上的与横轴的交点是0Pu)时相对于该基准要调整的无功电流的量(单位是Pu(per unit))。例如，从纵轴上的0Pu开始纸面下侧表示从发电机侧向电力系统侧提供的无功电流量，从0Pu开始纸面上侧表示发电机侧从电力系统吸收的无功电流量。
根据图2所示的信息，在所测量的系统电压比基准电压小时，控制部21使从发电机6侧向电力系统2侧提供无功电流，伴随系统电压接近基准电压，使向电力系统2侧提供的无功电流变少。此外，在所测量的系统电压比基准电压大时，控制部21使发电机6侧吸收来自电力系统2侧的无功电流，伴随系统电压接近基准电压，使从电力系统2吸收的无功电流变少。
信息改变部22在从电力系统2的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在电力系统2的电压不在预先设定的规定范围内时，改变电压电流关联信息使相对于电压电流关联信息的电压的变化量，无功电流的量变大。另外，例如，从检测到经过了规定时间开始到改变电压电流关联信息为止花费的时间是几毫秒到几百毫秒。此外，所谓电力系统2的电压的规定范围是例如相对于基准电压的±10％。
此外，信息改变部22也可以根据从电力系统2的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时的电力系统2的电压值与基准电压之差分，来改变相对于电压电流关联信息中的电压的变化量的无功电流的量的大小。
例如，在由于白天、傍晚以及深夜等时间段而电力需求不同的情况下，在深夜等电力需求小时，因为恢复到基准电压的力较弱，所以可以使曲线的斜率变大(使斜率变急)。此外，在白天或傍晚等电力需求大时，因为恢复到基准电压的力较强，所以可以使曲线的斜率比深夜时变小(使斜率变缓)。
叶片控制部23响应来自主控制部24的倾斜(pitch)指令β＊，控制风车叶片(blade)4的倾斜角β。具体而言，叶片控制部23进行控制使风车叶片4的倾斜角β与倾斜指令β＊一致。
叶片控制部23伴随变换器14以及逆变器16的控制，进行风车叶片4的倾斜角控制。即，叶片控制部23控制风车叶片4的倾斜角，使得与基于功率变换部20的请求输出而决定的倾斜角一致。
下面，参照图2～图4说明系统电压降低时的本实施方式的风力发电装置1的作用。
首先，通过电压检测部27通过电压检测部27来检测电力系统2的电压，并输出到控制部21。(图4的步骤SA1)，控制部21判断由电压检测部27检测出的电压值相对于既定的基准电压是否改变了规定量以上。该结果，例如，在系统侧发生事故等、系统电压急剧降低、相对于基准电压产生了规定量以上的电压改变时，控制部21根据如图2所示的将电力系统的电压和无功电流建立对应的电压电流关联信息来控制无功电流。具体而言，控制部21根据电压电流关联信息，决定与由电压检测部27检测出的电压相对应的无功电流，控制功率变换部20，使变换器14或者逆变器16工作，以将所决定的无功电流向电力系统2输出(图4的步骤SA2)。
控制部21根据由电压检测部27检测出的电力系统2的电压，计算当前的电压值相对于作为基准的1.0Pu是怎样程度的比例。例如，控制部21在由电压检测部27检测出的电压值是基准电压的一半时，在图2所示的电压电流关联信息中读取与0.5Pu对应的无功电流的值。该结果，无功电流读取例如-1.0Pu值。
控制部21读取-1.0Pu值时，为了向电力系统2侧提供1.0的无功电流，而控制功率变换部20。由此，通过功率变换部20的逆变器16，生成相对于电压超前了90度相位的电流，并将该无功电流提供给电力系统2。如此，通过将无功电流提供给电力系统2而使电力系统2的电压渐渐上升。
之后，控制部21在从检测到电力系统的电压相对于基准电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，重新判定由电压检测部27检测出的电压值与基准电压相比是否在规定的范围内。在判定的结果为不在规定的范围内时(图4的步骤SA3)，信息改变部22改变当前控制部21正在使用的电压电流关联信息。具体而言，如图3所示，信息改变部22改变电压电流关联信息，使得与改变前的电压电流关联信息(虚线)相比，使相对于电力系统2的电压的变化量的无功电流的量变大。在图3中，用实线表示改变后的电压电流关联信息。
改变电压电流关联信息后，控制部21根据改变后的电压电流关联信息，取得与当前的电力系统2的电压(例如，0.8pu)相对应的无功电流(例如，-1.0pu)，并根据该无功电流来控制功率变换部20。由此，生成相对于电压超前了90度相位的电流，并提供给电力系统2。将无功电流提供给电力系统2，系统电压接近基准电压，在收(收敛)于规定的电压范围(例如，相对于基准电压1.0Pu±10％(0.9～1.1Pu)的电压范围)时，可以视作系统电压稳定。如此，基于改变后的电压电流关联信息对功率变换部20进行控制，在系统电压稳定后(图4的步骤SA6)，控制部21返回改变前的电压电流关联信息，基于改变前的电压电流关联信息进行无功电流的控制。
另一方面，如上所述，在即使控制无功电流，系统电压也没有稳定的情况下，停止运行(图4的步骤SA7)。
如以上说明的那样，根据本实施方式的风力发电装置1及其控制方法，在系统电压改变了规定值以上时，从该改变时起经过了规定时间时，电力系统2的电压不在预先设定的规定范围内(例如，相对于基准电压±10％以内)的情况下，改变电压电流关联信息使相对于电压的变化量的无功电流的量变大，并基于改变后的电压电流关联信息来控制提供给电力系统2的无功电流。由此，在根据改变前的电压电流关联信息进行控制不能以期望的速度恢复系统电压时，改变电压电流关联信息来使无功电流的提供量/吸收量急剧变化，所以能够使电力系统2的电压快速地迁移到基准电压。
图5是用时间序列表示电力系统2的电压的恢复的样子的图的一例。
如图5所示，系统电压降低之后接近预先设定的规定电压范围内为止的理想的曲线是第1线，电力系统2的电压成为作为基准值的1.0Pu为止花费A秒的时间。但是，根据如图2的1b所示的电压电流关联信息来提供无功电流时，在系统电压接近规定范围内(判断为系统电压稳定的范围内)的中途，无功电流的量减少，所以与其相应地电压恢复力减小，系统电压不能达到(收敛)规定范围内。(图5的第2线)。
这里，在电压降低之后经过了规定时间(图5的B秒)时，通过由本实施方式的信息改变部22来改变电压电流关联信息，如图2的2b所示，无功电流的量变多，电压恢复力增大，使电力系统2的电压接近基准电压。该结果，如图5的第3线所示，能够使电力系统2的电压快速地接近基准电压，直到电力系统2的电压成为作为基准值的1.0Pu为止，能够比第1线时快速地接近规定范围。
由此，在由于停电等电力系统2的电压降低时，在电力系统2的电压接近规定范围时，能够防止电压在某电压值饱和从而不能提供无功电流、电力系统2的电压恢复到规定范围延迟的情况，能够确实地接近基准电压，并且能够快速地恢复。
此外，上述电压电流关联信息的改变所要的时间是几毫秒到几百毫秒，所以即使考虑了改变电压电流关联信息所要的时间，与不改变电压电流关联信息而提供无功电流来使电力系统恢复时相比，也能够使电力系统提前恢复。
另外，在本实施方式的风力发电装置1中，以信息改变部22仅改变一次电压电流关联信息的情况为例进行了说明，但是电压电流关联信息的改变次数不受限制。例如，若电压电流关联信息变换后系统电压没有稳定，则可以再次改变电压电流关联信息，直到系统电压稳定为止可以反复改变电压电流关联信息。
此外，用曲线给出了信息改变部22具有的电压电流关联信息，但不限于此。例如，也可以用运算式、表格等来给出电压电流关联信息。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体结构不受该实施方式限制，还包括不脱离本发明的主旨的范围的设计改变。

Claims (3)

1.一种发电装置，具备：
发电机，其连接于电力系统；
电压检测部，其检测电力系统的电压；和
控制部，其根据将所述电力系统的电压和提供给所述电力系统的无功电流建立对应的电压电流关联信息，决定与从所述电压检测部取得的电压相应的无功电流，并控制所述功率变换部，以调整提供给所述电力系统或从所述电力系统吸收的无功电流，
所述发电装置的特征在于，
具备信息改变部，该信息改变部在从所述电力系统的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在所述电力系统的电压不在预先设定的规定范围内的情况下，改变所述电压电流关联信息，使得所述电压电流关联信息的相对于所述电压的变化量的所述无功电流的量变大。
2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
所述信息改变部能够根据从所述电力系统改变了规定量以上时起经过了规定时间时的该电力系统的电压值与基准电压的差分，来改变所述电压电流关联信息中的相对于所述电压的变化量的所述无功电流的量的大小。
3.一种发电装置的控制方法，所述发电装置具备：
发电机，其连接于电力系统；
电压检测部，其检测电力系统的电压；和
控制部，其根据将所述电力系统的电压和提供给所述电力系统的无功电流建立对应的电压电流关联信息，决定与从所述电压检测部取得的电压相应的无功电流，并控制所述功率变换部，以调整提供给所述电力系统或从所述电力系统吸收的无功电流，
所述发电装置的控制方法的特征在于，具有如下过程：
在从所述电力系统的电压改变了规定量以上时起经过了规定时间时，在所述电力系统的电压不在预先设定的规定范围内的情况下，改变所述电压电流关联信息，使得所述电压电流关联信息的相对于所述电压的变化量的所述无功电流的量变大。
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