CN102472249B - 风力发电装置、风力发电装置的控制方法、风力发电系统及风力发电系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电装置，其目的在于，即使在电力系统的频率突发地产生变动的情况下，也能使电力系统稳定。风力发电装置(1)具备：利用风力旋转的转子(7)、通过转子(7)的旋转而驱动的发电机(5)和控制装置(20)，该控制装置(20)在电力系统(13)的频率为规定的额定频率以下的情况下且发电机(5)的转速为第一规定值以上的情况下，以随着所述转速的减少而增加发电机(5)的发电输出的方式进行控制。由此，即使在电力系统(13)的频率变动的情况下，也能够控制频率变动，也能够使电力系统(13)稳定。

Description

风力发电装置、风力发电装置的控制方法、风力发电系统及风力发电系统的控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电装置、风力发电装置的控制方法、风力发电系统及风力发电系统的控制方法。 
背景技术
通常，在电力供给系统中要求将电量的供需平衡、电压、频率维持一定。目前，在风力发电装置中检测发电输出及风车转子的转速等，通过反馈检测结果，控制发电输出，但不进行使电力系统的频率及电压的变动降低的控制。因此，通过与电力系统的状态(电力需要、负荷率、频率、电压等)无关地从风力发电装置供给发电输出，从而电力系统可能不稳定。 
因此，在将风力发电装置连接到电力系统时，需要与确定了电压及频率的稳定性、无效电力的供给稳定性及故障时的适应性(即応性)等的传输电网规格适应。例如，在电力系统的频率中以规定的额定频率为基准有变动的情况下，该变动为在标准传输电网确定的规定的时间内(例如，10秒)及规定的值以内(例如，基准频率的5％)的情况下，要求不解列而继续风力发电装置的运转。 
另外，希望在电力系统不稳定的情况下，不仅没有简单地解列，而且希望有更积极地有助于电力系统稳定的运转。因此，考虑电力系统的状态，作为控制风力发电装置的发电输出的技术，在专利文献1中开示了在电力系统的频率上升的情况下，使来自风力发电装置的发电输出降低的技术。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：(日本)特表2003-535561号公报 
发明内容
发明要解决的技术问题 
但是，在上述专利文献1记载的技术中，仅在电力系统的频率上升的情况下控制发电输出，而对于频率降低的情况不考虑，具有不一定能维持电力的质量的这类问题。 
本发明是为了解决上述问题而开发的，其目的在于，提供一种例如在电力系统的频率产生变动的情况下，能够有助于电力系统稳定的风力发电装置、风力发电装置的控制方法、风力发电系统及风力发电系统的控制方法。 
解决技术问题的技术方案 
为了解决上述问题，本发明采用以下的方法。 
本发明第一方式提供一种风力发电装置，其具备：转子，其利用风力旋转；发电机，其通过所述转子的旋转而驱动；控制装置，其在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，且在所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，以随着所述转速的减少而使所述发电机的发电输出增加的方式进行控制。 
根据本发明第一方式，控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，以增加发电输出的方式对风力发电装置进行控制。通常，系统的频率在与系统连接的发电装置的发电输出和系统中的消耗电力的平衡上产生变动，与消耗电力相比，在发电输出小的情况下频率降低。因此，在频率降低的情况下，通过使发电输出增加而能够使频率上升，实现电力系统的稳定。这时，在未得到充分的风力而仅操作叶片倾角时，即使不能增加发电输出，只要发电机的转速为第一规定值以上，则也可以通过控制倒相器装置，将风车转子的惯性能量转换为发电输出，由此能够使发电输出增加。本发明第一方式中，在发电机的转速为第一规定值以上的情况下，不管转速的变动与否，即，即使 
在转速减小的情况下，也以增加发电输出增加的方式进行控制。换句话说，本发明第一方式提供一种风力发电装置，其具备：转子，其利用风力旋转；发电机，其通过所述转子的旋转而驱动；控制装置，其在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，且在所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，以增加所述发电机的发电输出的方式进行控制。 
在所述风力发电装置中，优选所述控制装置在所述发电机的转速不到第一规定值的情况下，以减小所述发电输出的方式进行控制。 
在发电机的转速低于第一规定值的情况下，在转速进一步降低时不能继续运转，因此，在所述发电机的转速不到第一规定值的情况下，以减小所述发电输出的方式进行控制，防止发电机的转速降低。 
在所述风力发电装置中，优选所述控制装置在所述发电输出达到规定的额定输出时，以维持该额定输出的方式进行控制。 
从风力发电装置及电力系统的稳定等观点来看，更优选风力发电装置的发电输出其变动小，维持额定输出。因此，以使发电输出增加并维持在额定输出的方式进行控制。 
本发明第二方式提供一种风力发电装置，其具备：转子，其利用风力旋转；发电机，其通过所述转子的旋转而驱动；控制装置，其在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，且所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，以随着所述转速的增加而使所述发电机的发电输出减少的方式进行控制。 
根据本发明第二方式，控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，以减少发电输出的方式对风力发电装置进行控制。通常，系统的频率在与系统连接的发电装置的发电输出和系统中的消耗电力的平衡上产生变动，与消耗电力比较，在发电输出大的情况下频率上升。因此，在频率上升的情况下，通过减少发电输出，能够使频率降低并且实现电力系统的稳定。这时，仅操作叶片倾角时，即使不能充分地减少发电输出，只要发电机的转速不到第二规定值，则也可以通过控制倒相器装置，将风力转换为风车转子的惯性能量，能够减少发电输出。本发明第二方式中，在发电机的转速不到第二规定值的情况下，不管转速变动与否，即，即使在转速增加的情况下，也以减少发电输出的方式进行控制。换言之，本发明第二方式提供一种风力发电装置，其具备：转子，其利用风力旋转；发电机，其通过所述转子的旋转而驱动；控制装置，其在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，且在所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，以减少所述发电机的发电输出的方式进行控制。 
在所述的风力发电装置中，优选在所述发电机的转速为第二规定值以上的情况下，以增加所述发电输出的方式进行控制。 
如上所述，在发电机的转速为第二规定值以上的情况下，在转速进一步上升时，因过旋转可能会使发电装置损坏，因此，在所述发电机的转速为第 二规定值以上的情况下，以增加所述发电输出的方式进行控制，防止发电机的转速上升。 
在所述的风力发电装置中，优选所述发电输出在降低至规定的发电输出时，以维持该规定的发电输出的方式进行控制。 
风力发电装置的发电输出过于降低时，一旦从系统解列，需要再起动风力发电装置。由于再起动时需要时间，所以以维持最低限的发电输出(规定的输出)的方式进行控制，以即使引起短时间的频率变动也能够维持系统联系。 
本发明第三方式提供一种风力发电装置的控制方法，该风力发电装置具备利用风力旋转的转子和通过所述转子的旋转而驱动的发电机，其中，在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，且在所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，以随着所述转速的减少而使所述发电机的发电输出增加的方式进行控制。 
本发明第四方式提供一种风力发电装置的控制方法，该风力发电装置具备利用风力旋转的转子和通过所述转子的旋转而驱动的发电机，其中，在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，且在所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，以随着所述转速的增加而使所述发电机的发电输出减少的方式进行控制。 
另外，本发明第五方式提供一种风力发电系统，其具备：多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子和通过所述转子的旋转而驱动的发电机；管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号，控制所述多个风力发电装置，所述管理控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出增加的第一控制信号，所述各风力发电装置响应所述第一控制信号，在自身的所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，使所述发电机的发电输出随着所述转速的减少而增加。 
本发明第六方式提供一种风力发电系统，其具备：多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子和通过所述转子的旋转而驱动的发电机，管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号，控制所述多个风力发电装置，所述管理控制装置在在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出减少的第二控制信号， 所述各风力发电装置响应所述第二控制信号，在自身的所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，使所述发电机的发电输出随着所述转速的增加而减少。 
本发明第七方式提供一种风力发电系统的控制方法，该风力发电系统具备：多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子和通过所述转子的旋转而驱动的发电机；管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号而控制所述多个风力发电装置，其中，具备：利用所述管理控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出增加的第一控制信号的步骤；利用所述各风力发电装置，响应所述第一控制信号，在自身的所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，使所述发电机的发电输出随着所述转速的减少而增加的步骤。 
本发明第八方式提供一种风力发电系统的控制方法，该风力发电系统具备：多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子和通过所述转子的旋转而驱动的发电机；管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号而控制所述多个风力发电装置，其中，具备：利用所述管理控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出减少的第二控制信号的步骤；所述各风力发电装置响应所述第二控制信号，在自身的所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，使所述发电机的发电输出随着所述转速的增加而减少的步骤。 
根据本发明，即使在电力系统的频率产生变动的情况下，也能够使电力系统稳定。 
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的风力发电装置的结构的侧视图； 
图2是表示本发明第一实施方式的风力发电装置的概略构成的方框图； 
图3是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置中，电力系统的频率降低的情况下的控制的过程的流程图； 
图4A是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置中，电力系统的频率降低的情况下的频率、发电输出、转速、风速变化的图形； 
图4B是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置中，电力系统的频率降低的情况下的频率、发电输出、转速、风速变化的图形； 
图5是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置中，电力系统的频率上升的情况下的控制的过程的流程； 
图6A是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置中，电力系统的频率上升的情况下的频率、发电输出、转速、风速的变化的图形； 
图6B是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置中，电力系统的频率上升的情况下的频率、发电输出、转速、风速变化的图形； 
图7是表示在本发明第一实施方式的风力发电装置应用的发电机和倒相器的装置的其它例的方框图； 
图8是表示在本发明第二实施方式的风力发电系统中，电力系统的频率降低的情况下的控制的过程的流程； 
图9是表示在本发明第二实施方式的风力发电系统中，电力系统的频率上升的情况下的控制过程的流程。 
标记说明 
1  风力发电装置 
2  塔架 
3  发动机舱 
5  发电机 
6  增速机 
7  风车转子 
8  叶片 
9  轮毂 
13  电力系统 
14  发电机侧倒相器 
15  DC总线 
16  系统侧倒相器 
17  倒相器装置 
18  PLG 
19  传感器 
20  控制装置 
21  转换器控制部 
22  倾角控制部 
23  主控制部 
具体实施方式
(第一实施方式) 
下面，参照附图对本发明的第一实施方式的风力发电装置的实施方式，进行说明。 
图1是表示本发明一实施方式的风力发电装置1的结构的侧面图。风力发电装置1具备塔架2、设置于塔架2的上部的发动机舱3及风车转子7。发动机舱3具备发电机5及增速器6，风车转子7、增速机6及发电机5被机械连接，传递旋转。风车转子7具备多个叶片8和轮毂9，叶片8在轮毂9上呈放射状，且以其倾角可变控制的方式设置。即，轮毂9具备驱动叶片8的液压缸(未图示)、向液压缸供给液压的伺服阀(未图示)，基于来自后述的倾角控制部的控制信号，通过调节伺服阀开度，控制向液压缸供给的液压，叶片8被控制为希望的倾角。 
这样，风力发电装置1的叶片8接收风能，风车转子7旋转，利用增速机6使风车转子7的旋转加速后，通过其旋转驱动发电机5发电，由此风能转换为电能。 
图2是表示风力发电装置1的概略结构的方框图。风力发电装置1是双馈可变速风力涡轮系统(doubly-fed variable speed wind turbine system)的一种。即，本实施方式的风力发电系统1构成为，发电机5产生的电力可从定子线圈及转子线圈双方，向电力系统13输出。具体而言，发电机5其定子线圈与电力系统13直接连接，转子线圈经由倒相器装置17与电力系统13连接。 
倒相器装置17由发电机侧倒相器14、DC总线15、及系统侧倒相器16构成，将从转子线圈取得的交流电力转换为适于电力系统13的频率的交流电力。发电机侧倒相器14将在转子线圈产生的交流电力转换为直流电力，向DC总线15输出该直流电力。系统侧倒相器16进行DC总线15的电压控制，由此，系统侧倒相器16和系统侧进行电力交接(受給)。即，系统侧倒相器16将从DC总线15得到的直流电力转换为与电力系统13相同频率的交流电力，向电力系统13输出该交流电力。发电机5向电力系统13输出的发电输出由发电机侧倒相器14控制。 
倒相器装置17也具有将从电力系统13得到的交流电力转换为适合于转子线圈的频率的交流电力的功能，根据风力发电系统1运转状态，也为了激励转子线圈而使用。该情况下，系统侧倒相器16将交流电力转换为直流电力，并将该直流电力向DC总线15输出。发电机侧倒相器14将从DC总线15得到的直流电力转换为适合于转子线圈的频率的交流电力，并将该交流电力向发电机5的转子线圈供给。 
风力发电系统1的控制系具备PLG(pulse logic generator)18、传感器19、控制装置20。PLG18测定发电机5的转速(下面，称为“转速”)，向控制装置20输出测定结果。 
传感器19设置于将发电机5与电力系统13连接的电力线上，测定电力系统13的电压Vgrid、从发电机5向电力系统13输出的电流Igrid及电力系统13的频率(下面，称为“系统频率”)，向控制装置20输出测定结果。 
控制装置20具备转换器控制部21、倾角控制部22及主控制部23。主控制部23根据传感器19的输出即输出电流Igrid及电压Vgrid算出向电力系统13输出的发电输出。主控制部23响应PLG18的输出即转速及传感器19的输出即输出电流Igrid、电压Vgrid及系统频率，对转换器控制部21及倾角控制部22生成控制信号。转换器控制部21基于来自主控制部23的控制信号，通过控制发电机侧倒相器14的功率晶体管，控制风力发电装置1的发电输出。通过控制系统侧倒相器16的功率晶体管，将DC总线15的电压控制为规定的值。 
倾角控制部22基于来自主控制部23的控制信号，控制叶片8的倾角。 
转换器控制部21在系统频率为规定的额定频率以下的情况下，且在发电机5的转速为下限值(第一规定值)以上的情况下，不论发电机5的转速变动与否，以增加发电输出的方式进行控制。更具体而言，例如，风速降低，发电机5的转速降低的情况下，原本发电输出也降低，但在本实施方式的转换器控制部21中，即使发电机5的转速降低，也能够以增加发电输出的方式进行控制。为了使发电输出增加，例如，基于来自主控制部23的控制信号，利用倾角控制部22以使叶片8的倾角形成最佳的方式进行控制。基于来自主控制部23的控制信号，利用转换器控制部21控制倒相器装置17提高发电机扭矩，将风车转子7的惯性能量转换、回收为发电输出。 
而且，倾角控制部22及转换器控制部21在风力发电装置1的发电输出增加且达到额定输出的情况下，以维持额定输出的方式分别控制叶片8及倒相器装置17。另外，发电机5的转速不到下限值的情况下，以减少发电输出的方式进行控制，由此使发电机5的转速上升。 
转换器控制部21在系统频率为规定的额定频率以上的情况下，且在发电机5的转速不到上限值(第二规定值)的情况下，以减少发电输出的方式进行控制。为了减少发电输出，例如基于来自主控制部23的控制信号，利用倾角控制部22以将叶片8的倾角形成顺桨的方式进行控制。基于来自主控制部23的控制信号，利用转换器控制部21控制倒相器装置17降低发电机扭矩，通过将作用于叶片8的风力转换、保存为风车转子7惯性能量，降低发电输出。 
而且，倾角控制部22及转换器控制部21在风力发电装置1的发电输出减少，发电输出减少至预定的下限值(规定的输出)时，以维持下限值的发电输出的方式进行控制。另外，发电机5的转速为上限值以上的情况下，以增加发电输出的方式进行控制。由此，防止发电机5的过旋转。 
下面，对这样构成的风力发电装置1的控制方法，参照图3～图6B进行说明。 
图3是表示在本实施方式的风力发电装置1中电力系统13的频率降低的情况的控制过程的流程图。 
在风力发电装置1中，由传感器19检测系统频率，向控制装置20输出检测结果。在图3的步骤S11中，响应来自传感器19的输出，在控制装置20中判定系统频率降低，是否为规定的额定值频率以下。判断为系统频率不是额定频率以下的情况下，重复步骤S11的处理，对于来自传感器19的检测结果，在规定的时间间隔内继续判定系统频率是否降低。在步骤S11判定为系统频率为规定的额定值频率以下的情况下，进入下一步骤S12。 
在下一步骤S12中，控制装置20响应系统频率的降低，以相对于风力发电装置1使其发电输出增加的方式进行控制。这是因为，通过使发电输出上升抑制系统频率的变动，使电力系统13稳定。具体而言，主控制装置23以使发电输出增加的方式向转换器控制装置21及倾角控制部22输出输出增加控制信号。而且，响应该输出增加控制信号，利用倾角控制部22以使叶片8 的倾角形成最佳的方式进行控制或利用转换器控制装置21以增加发电输出的方式控制发电机侧倒相器14。 
例如，图4A所示，在风速为额定风速附近的情况下，在系统频率降低时，主控制装置23输出输出增加控制信号。倾角控制部22响应输出增加控制信号，以使其倾角形成最佳的方式控制叶片8，使发电输出增加。即使风速降低，叶片8的倾角为最佳，在发电机5的转速降低，在倾角控制中不是以能够将发电输出维持在额定值的情况下，也能够进一步利用转换器控制装置21将转子惯性能量转换为发电输出，以使发电输出增加的方式控制发电机侧倒相器14。 
如图4B所示，在风速不到额定风速的情况下，发电输出也不到额定值。该情况下，通常，叶片8的倾角已经形成最佳，在系统频率降低的情况下，利用转换器控制装置21将转子惯性能量转换为发电输出，以使发电输出增加的方式控制发电机侧倒相器14。 
在下一步骤S13中，主控制部23响应来自传感器19的输出电流Igrid及电压Vgrid的检测结果，算出向电力系统13输出的发电输出，判定算出结果即发电输出是否为规定的额定值以上。在该判定中，发电输出不到规定的额定值的情况下进入步骤S13，在为规定的额定值以上的情况下进入步骤S14。在步骤S14中利用控制装置20，控制叶片8的倾角、发电机侧倒相器14，由此将发电输出维持在额定值。 
在步骤S15中，判定发电机5的转速是否不到下限值。在该判定中，在判定发电机5的转速不是不到下限值的情况下，返回步骤S13，重复上述的处理，在判定为发电机5的转速不到下限值的情况下进入下一步骤S16。在步骤S16中，发电机5的转速不到下限值的情况下，另外，转速减少时，因不能继续风力发电装置1的运转，所以为了避免这些，控制装置20通过以减少发电输出的方式控制风力发电装置1，使发电机5的转速上升，结束该过程。 
图5是表示在本实施方式的风力发电装置1中电力系统13的频率上升时的控制过程的流程。 
在风力发电装置1中，由传感器19检测系统频率，向控制装置20输出检测结果。在图5的步骤S21中，在控制装置20中响应来自传感器19的输出，判定系统频率上升，是否为规定的额定值频率以上。判断为系统频率为额定频率以上的情况下，重复步骤S21的处理，接着，对于来自传感器19的检测结果，在规定的时间间隔内继续判定系统频率是否增大。在步骤S21判定为系统频率为规定的额定值频率以上的情况下进入下一步骤S22。
在下一步骤S22中，控制装置20响应系统频率的上升，对于风力发电装置1以减少其发电输出的方式进行控制。这是为了通过使发电输出减少而抑制系统频率的变动，使电力系统13稳定。具体而言，主控制装置23以减少发电输出的方式向转换器控制装置21及倾角控制部22输出减少输出控制信号。而且，响应该减少输出控制信号，利用倾角控制部22以将叶片8的倾角形成为顺桨的方式对叶片8就行控制或利用转换器控制装置21以减少发电输出的方式控制发电机侧倒相器14。 
例如图6A所示，在风速为额定风速以上的情况下，系统频率上升的情况下利用倾角控制部22，响应减少输出控制信号，以使叶片8的倾角形成为顺桨对叶片8进行控制。叶片8的倾角即使为顺桨，在不充分减少发电输出的情况下或不再减少输出的情况下，也能够以减少发电输出的方式控制发电机侧倒相器14。 
如图6B所示，在风速不到额定风速的情况下，发电输出也不到额定值。该情况下，在系统频率上升的情况下，以进一步减少发电输出的方式控制发电机侧倒相器14。 
在下一步骤S23中，主控制部23响应来自传感器19的输出电流Igrid及电压Vgrid的检测结果，算出向电力系统13输出的发电输出，判定算出结果即发电输出是否为规定的下限值以下。在该判定中，在判定出发电输出为规定的下限值以下的情况下进入步骤S25，在判定为不是规定的下限值以下的情况下进入步骤S24。在步骤S24中，利用控制装置20，控制叶片8的倾角、发电机侧倒相器14，由此将发电输出维持在下限值。 
在步骤S25中，判定发电机5的转速是否为上限值以上。这是因为步骤S22的倒相器控制作用于控制发电机5的转速上升的方向。在该判定中，判定为发电机5的转速不是上限值以上的情况下，返回步骤S23，重复上述的处理，判定为发电机5的转速为上限值以上的情况下，进入下一步骤S26。在步骤S26中，在发电机5的转速为上限值以上的情况下，原本继续风力发电装置1的运转时，因过旋转，发电装置会损坏，所以应该避免这些，以转速降低，即，控制装置20以增加发电输出的方式控制发电机侧倒相器14，完成本过程。 
如上所示，在系统频率发生变动的情况下，无论以增加或减少发电输出的方式进行控制，在经过规定时间频率仍为规定的额定频率以下或在经过规定的时间频率仍为规定的额定频率以上的情况下，考虑对电力系统的影响，停止风力发电装置1的运转。 
在上述的实施方式中，设为以规定的额定频率为基准判断频率的变动的结构，但不限于这种结构，也可以是一下的结构：设为相对于规定的额定频率确定容许范围，基于频率是否进入规定的容许的范围内来判断频率的变动。 
这样，在电力系统产生频率变动的情况下，通常，发电输出依赖于风况及发电机转速，根据本实施方式，在大范围风况、发电机转速条件下，与电力系统的频率的变动相对应，通过任意地增加或减少风力发电装置的发电输出，能够实现电力系统的稳定。 
在上述的本实施方式中，作为发电机5，使用所谓线圈型感应发电机，并且使用由发电机侧倒相器14、DC总线15、及系统侧倒相器16构成的倒相器装置17，发电机5的定子线圈直接与电力系统13连接，转子线圈形成经由倒相器装置17与电力系统13连接(参照图2)。该情况下，发电机的定子线圈和直接电力系统连接，因此，如果电力系统的频率变动，则对发电机输出产生直接影响。 
另一方面，不仅上述的结构，也可以是以下的结构：如图7所示，作为发电机使用多极同步发电机，可以设为该定子线圈经由倒相器和转换器构成的倒相器装置与电力系统。 
在这种结构中，发电机和电力系统经由倒相器装置连接，因此，电力系统的频率变动不影响发电机。即，电力系统的频率变动时的发电机侧倒相器的控制比上述的图2所示的发电机5的结构容易。 
(第二实施方式) 
下面，使用图8或图9对本发明的第二实施方式进行说明。 
本实施方式涉及设置有多个上述第一实施方式的风力发电装置1的风力发电场乃至被称为风力农场的风力发电系统。本实施方式的风力发电系统具备多个风力发电装置1和管理控制装置，该管理控制装置以可发送接收控制信号等信息的方式利用通信线路与多个风力发电装置1相互连接且管理控制各风力发电装置。 
作为管理控制装置，可以利用具备CPU(中央运算装置)、ROM(ReadOnly Memory)、RAM(Random Access Memory)等的通用或专用的计算机及在该计算机上运行的程序实现。该情况下，利用CPU等读出记录有用于实现上述处理的全部或一部分的程序的计算机可读取的记录介质中记录的程序，在ROM及RAM等展开程序，通过执行信息的加工运算处理，作为管理控制装置发挥功能，管理控制风力发电装置。 
在此，所谓计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。利用通信线路向计算机发送该计算机程序，接收了该发送的计算机执行该程序。 
下面，参照图8及图9对风力发电系统的控制方法进行说明。 
图8是表示在本实施方式的风力发电系统中电力系统的频率降低的情况的控制过程的流程。 
在步骤S31中，管理控制装置检测系统频率，检测到系统频率为规定的额定值以下，进入下一步骤S32。系统频率的检测也可以基于来自设置于各风力发电装置的传感器的输出，另外，管理控制装置也可以具备独立地检测系统频率的传感器，也可以将此更换为来自管理电力系统的电力公司的指令。 
在下一步骤S32中，管理控制装置响应系统频率的降低，决定使风力发电系统的发电输出增加的意向，进入下一步骤S33。这是为了通过使发电输出上升抑制系统频率的变动，使电力系统稳定。在步骤S33中，从管理控制装置对与管理控制装置连接的全部的风力发电装置1，发送用于使各风力发电装置1的发电输出增加的发电增指令(第一控制信号)。 
在步骤S34中，各风力发电装置1的控制装置20接收来自管理控制装置的发电增指令，响应该发电增指令，以增加自身的发电输出的方式进行控制。具体而言，与上述的第一实施方式的风力发电装置1一样，利用倾角控制部22以使叶片8的倾角形成最佳的方式对叶片进行控制，或利用转换器控制装置21以使发电输出增加的方式控制发电机侧倒相器14。 
在下一步骤S35中，风力发电装置1的主控制部23响应来自传感器19的输出电流Igrid及电压Vgrid的检测结果，算出向电力系统13输出的发电输出，判定算出结果即发电输出是否为规定的额定值以上。在该判定中，在发电输出不到规定的额定值的情况下，进入步骤S37，在为规定的额定值以上的 情况下进入步骤S36。在步骤S36中利用控制装置20，控制叶片8的倾角、发电机侧倒相器14，由此将发电输出固定在上限值(额定值)。 
在步骤S37中判定发电机5的转速是否不到下限值。在该判定中判定为发电机5的转速没有不到下限值的情况下，返回步骤S35，重复上述的处理，在判定为发电机5的转速不到下限值的情况下，进入下一步骤S38。在步骤S38中，在发电机5的转速不到下限值的情况下，另外，因转速进一步降低时，不能继续风力发电装置1的运转，所以应避免这些，控制装置20以减少发电输出的方式控制风力发电装置1。控制装置20在减少风力发电装置1的发电输出的情况下，向管理控制装置发送该信息。 
在步骤S39中，管理控制装置接收使来自各风力发电装置1的发电输出的意向的信息，判定全部的风力发电装置1的发电输出是否减少。该判定至全部的风力发电装置1的发电输出减少重复进行，在判定为全部的风力发电装置的发电输出减少的情况下，进入下一步骤S40。在步骤S40中，响应全部的风力发电装置1的发电输出减少，对全部的风力发电装置1发送在步骤S33发送的解除发电增指令的意向的解除指令，完成本过程。 
图9是表示在本实施方式的风力发电系统中电力系统的频率上升的情况的控制过程的流程图。 
在步骤S41中，在管理控制装置中检测系统频率，检测系统频率为规定的额定值以上，进入下一步骤S42。系统频率的检测也可以基于来自设置于各风力发电装置的传感器的输出，另外，也可以具备管理控制装置独立地检测系统频率的传感器，也可以将此更换为来自管理电力系统的电力公司的指令。 
在下一步骤S42中，管理控制装置响应系统频率的上升，确定使风力发电系统的发电输出减少的意向，进入下一步骤S43。这是因为，使系统频率降低，抑制系统频率的变动，由此使电力系统稳定。在步骤S43中，从管理控制装置对与管理控制装置连接的全部的风力发电装置1发送用于使各风力发电装置1的发电输出降低的发电减指令(第二控制信号)。 
在步骤S44中，各风力发电装置1的控制装置20接收来自管理控制装置的发电减指令，响应该发电减指令，以使自身的发电输出减少的方式进行控制。具体而言，与上述的第一实施方式的风力发电装置1一样，利用倾角控制部22，以使叶片8的倾角形成顺桨对叶片8进行控制、或利用转换器控制装置21以减少发电输出的方式控制发电机侧倒相器14。 
在下一步骤S45中，风力发电装置1的主控制部23响应来自传感器19的输出电流Igrid及电压Vgrid的检测结果，算出向电力系统13输出的发电输出，判定算出结果即发电输出是否为规定的下限值以上。在该判定中，发电输出在规定的下限值以上的情况下进入步骤S47，在不到规定的下限值的情况下进入步骤S46。在步骤S46中，利用控制装置20控制叶片8的倾角、发电机侧倒相器14，由此将发电输出固定在下限值。 
在步骤S47中判定发电机5的转速是否为上限值以上。在该判定中判断出发电机5的转速不是上限值以上的情况下，返回步骤S45，重复上述的处理，在判断出发电机5的转速为上限值以上的情况下，进入下一步骤S48。在步骤S48中发电机5的转速为上限值以上的情况下，转速进一步上升时，风力发电装置1可能损坏，因此，应该避免这些，控制装置20以增加发电输出的方式控制风力发电装置1。控制装置20在增加风力发电装置1的发电输出的情况下，向管理控制装置发送该信息。 
在步骤S49中，管理控制装置接收使来自各风力发电装置1的发电输出增加的意向的信息，判定全部的风力发电装置1的发电输出是否增加。该判定重复直至全部的风力发电装置1的发电输出增加为止，在判定出在全部的风力发电装置的发电输出增加的情况下，进入下一步骤S50。在步骤S50中，响应全部的风力发电装置1的发电输出减少，对全部的风力发电装置1发送在步骤S43发送的解除发电减指令的意向的解除指令，完成该过程。 
解除指令也可以设为在系统频率恢复并成为额定频率的情况下，或在经过规定的时间的情况下进行发送。在上述的实施方式中，来自管理控制装置的发电增指令或发电减指令等控制信号对全部的风力发电装置发送，但是，没必要一定是这种结构，也可以设为对一部分的风力发电装置发送的结构。 
另外，各风力发电装置通过接收来自管理控制装置的发电增指令或发电减指令，能够形成根据这些指令，直接控制发电输出的结构。另外，也可以设为下述结构，各风力发电装置基于来自管理控制装置的发电增指令或发电减指令，在每个自身的风力发电装置的控制装置中也能够判断是否进行发电输出的控制。 
在上述的实施方式中，设为以规定的额定频率为基准判定频率的变动的结构，但不限于这种结构，也可以设为相对于规定的额定频率确定容许范围，基于频率是否进入容许范围内，判断频率的变动的结构。 
这样，根据本实施方式，在电力系统产生频率变动的情况下，在大范围风况、发电机转速条件下，与电力系统的频率变动相对应，通过任意增加或减少具备多个风力发电装置的风力发电系统的发电输出，可以实现电力系统的稳定。 

Claims (12)

1.一种风力发电装置，其具备：
转子，其利用风力旋转；
发电机，其通过转子的旋转而驱动；
倒相器装置；
控制装置，其在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，且在所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述转子的惯性能量转换、回收为发电输出，以随着所述转速的减少而使所述发电机的所述发电输出增加的方式进行控制。
2.如权利要求1所述的风力发电装置，其中，所述控制装置在所述发电机的转速不到第一规定值的情况下，控制所述倒相器装置，以使所述发电机的发电输出减少的方式进行控制。
3.如权利要求1或2所述的风力发电装置，其中，所述控制装置在所述发电机的发电输出达到规定的额定输出的情况下，控制所述倒相器装置，以维持该额定输出的方式进行控制。
4.一种风力发电装置，其具备：
转子，其利用风力旋转；
发电机，其通过所述转子的旋转而驱动；
倒相器装置；
控制装置，其在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，且所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述风力转换、保存为所述转子的惯性能量，以随着所述转速的增加而使所述发电机的所述发电输出减少的方式进行控制。
5.如权利要求4所述的风力发电装置，其中，所述控制装置在所述发电机的转速为第二规定值以上的情况下，控制所述倒相器装置，以使所述发电机的发电输出增加的方式进行控制。
6.如权利要求4或5所述的风力发电装置，其中，所述控制装置在所述发电机的发电输出降至规定的发电输出时，控制所述倒相器装置，以维持该规定的发电输出的方式进行控制。
7.一种风力发电装置的控制方法，该风力发电装置具备利用风力旋转 的转子、通过所述转子的旋转而驱动的发电机和倒相器装置，其中，
在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，且在所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述转子的惯性能量转换、回收为发电输出，以随着所述转速的减少而使所述发电机的所述发电输出增加的方式进行控制。
8.一种风力发电装置的控制方法，该风力发电装置具备利用风力旋转的转子、通过所述转子的旋转而驱动的发电机和倒相器装置，其中，
在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，且在所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述风力转换、保存为所述转子的惯性能量，以随着所述转速的增加而使所述发电机的所述发电输出减少的方式进行控制。
9.一种风力发电系统，其具备：
多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子、通过所述转子的旋转而驱动的发电机和倒相器装置；
管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号，控制所述多个风力发电装置，
所述管理控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出增加的第一控制信号，
所述各风力发电装置响应所述第一控制信号，在自身的所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述转子的惯性能量转换、回收为发电输出，随着所述转速的减少而使所述发电机的所述发电输出增加。
10.一种风力发电系统，其具备：
多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子、通过所述转子的旋转而驱动的发电机和倒相器装置，
管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号，控制所述多个风力发电装置，
所述管理控制装置在在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出减少的第二控制信号，
所述各风力发电装置响应所述第二控制信号，在自身的所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述风力转换、 保存为所述转子的惯性能量，随着所述转速的增加而使所述发电机的所述发电输出减少。
11.一种风力发电系统的控制方法，该风力发电系统具备：多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子、通过所述转子的旋转而驱动的发电机和倒相器装置；管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号而控制所述多个风力发电装置，其中，具备：
利用所述管理控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以下的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出增加的第一控制信号的步骤；
利用所述各风力发电装置，响应所述第一控制信号，在自身的所述发电机的转速为第一规定值以上的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述转子的惯性能量转换、回收为发电输出，随着所述转速的减少而使所述发电机的所述发电输出增加的步骤。
12.一种风力发电系统的控制方法，该风力发电系统具备：多个风力发电装置，其具有利用风力旋转的转子、通过所述转子的旋转而驱动的发电机和倒相器装置；管理控制装置，其通过对所述多个风力发电装置发送规定的控制信号而控制所述多个风力发电装置，其中，具备：
利用所述管理控制装置在电力系统的频率为规定的额定频率以上的情况下，对所述风力发电装置发送使发电输出减少的第二控制信号的步骤；
所述各风力发电装置响应所述第二控制信号，在自身的所述发电机的转速不到第二规定值的情况下，控制所述倒相器装置，通过将所述风力转换、保存为所述转子的惯性能量，随着所述转速的增加而使所述发电机的所述发电输出减少的步骤。 
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