CN102971527A - 风力发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，在根据输出降低请求进行输出降低的情况下，抑制风速降低引起的风力发电系统的输出降低。在从电力系统侧通知了使联接点(A)的输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求的情况下，设定优先级，以使输出越大的风车，优先级越高，并在联接点(A)的输出达到输出限制值之前，从优先级高的风车起顺序地将预先设定的最低输出值设定作为输出指令。

Description

风力发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电系统及其控制方法。

背景技术

以往，在具有多个风车的风力发电系统(窗式风扇)中，有时寻求使从系统侧向系统测的输出降低至规定值。例如，美国特许第7,756,609号公报中公开了在输出了输出降低请求的情况下，对将输出降低量分配给各风车的值，考虑每个风车的加权值而设定各风车的输出指令的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7,756,609号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述那样的输出降低方法中，在风速下降的情况下，各风车的输出低于对各自设定的输出指令，作为风力发电系统整体的输出，可能降低至系统侧所要求的输出降低量以上。

本发明的目的在于，提供风力发电系统及其控制方法，在根据输出降低请求进行输出降低的情况下，即使风速下降，也能够抑制其引起的作为风力发电系统整体的输出下降。

本发明第一形态提供一种风力发电系统，具备多个风车，通过共同的联接点向电力系统供给各所述风车的输出，该风力发电系统包括：优先级设定装置，其在从电力系统侧通知了使所述联接点的输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求的情况下，设定优先级，以使输出越大的所述风车，优先级越高；以及输出指令设定装置，在所述联接点的输出达到所述输出限制值之前，从所述优先级高的风车起顺序地设定规定的最低输出值作为输出指令，所述最低输出值被设定为零或可进行风车的连续运转的最低输出值。

本发明第二形态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车，将各所述风车的输出通过共同的联接点被供给到电力系统，该控制方法包含：优先级设定过程，在从电力系统侧通知了使所述联接点的输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求的情况下，设定优先级，以使输出越大的所述风车，优先级越高；以及输出指令设定过程，在所述联接点的输出达到所述输出限制值之前，从所述优先级高的风车起顺序地将规定的最低输出值设定作为输出指令，所述最低输出值被设定为零或可进行风车的连续运转的最低输出值。

发明效果

根据本发明，具有在根据输出降低请求进行输出降低的情况下，即使风速下降，也能够抑制其引起的作为风力发电系统整体的输出下降的效果。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的风力发电系统的整体结构的图。

图2是表示图1所示的中央控制装置的一例硬件结构的图。

图3是图1所示的风车的外观图。

图4是概略性表示图1所示的风车的电结构的示意图。

图5是主要表示图1所示的中央控制装置具备的功能中有关输出降低控制的功能的功能方框图。

图6是用于说明本发明一实施方式的风力发电系统的控制方法的流程图。

图7是表示一例对风车设定的优先级的图。

图8是表示输出降低量和第1差分之间的关系的图。

图9是用于说明本发明的效果的图。

标号说明

1风力发电系统

10-1、10-n风车

2中央控制装置

3电力系统

20风车控制装置

31优先级设定单元

32输出指令设定单元

A联接点

具体实施方式

下面，参照附图对本发明一实施方式的风车控制装置及其方法进行说明。

图1是表示本实施方式的风力发电系统的整体结构的图。如图1所示，风力发电系统1包括多个风车10-1、…、10-n(下面，在表示全部的风车时简单地附加标号“10”，在表示各风车时附加标号“10-1”、“10-n”等)、对于各风车10提供第1修正值的中央控制装置2。

在本实施方式中，全部风车10为根据风速可控制旋转速度的可变速风车。从各风车10输出的电力通过各电力线经由共同的联接点A供给到电力系统3。

中央控制装置2基于由管理电力系统3的电力的电力管理室(例如电力公司等)通知的联接点A的要求输出及要求频率等，设定例如联接点A的输出为要求输出那样的各风车10-1、…、10-n的输出指令，且对于各风车10-1、…、10-n具备的风车控制装置20分别发送。由此，各风车10-1、…、10-n的输出，基于从中央控制装置2赋予的输出指令受到控制。

另外，中央控制装置2在从电力管理室通知将联接点A的输出降低至规定的输出限制值的请求即输出降低请求的情况下，执行输出降低控制。另外，后面论述有关输出降低控制的细节。

另外，上述“输出”例如是指有效电力。

例如，图2所示，中央控制装置2包括：CPU11、用于存储CPU11执行的程序等的ROM(Read Only Memory；只读存储器)12；具有各程序执行时的工作区域功能的RAM(Random Access Memory；随机存取存储器)13；作为大容量存储装置的硬盘驱动器(HDD)14；用于连接到网络的通信接口15；以及安装外部存储装置16的存取单元17。这些各单元通过总线18而连接。另外，中央控制装置2也可以具备由键盘及鼠标等构成的输入单元、以及显示数据的由液晶显示装置等构成的显示单元等。

用于存储上述CPU11执行的程序等的存储媒体不限于ROM12。例如也可以是磁盘、光磁盘、半导体存储器等其它辅助存储装置。

图3是风车10的外观图，图4是表示风车10的电结构的示意图。

如图3所示，风车10具有竖立设置于基座5上的塔拄6、设置于塔拄6的上端的机舱7、绕大致水平的轴线可旋转地设置于机舱7的转子头8。

在转子头8上绕其旋转轴线放射状安装有多个叶片9。叶片9根据运转条件，以相对于转子头8可转动的方式连结，俯仰角可变化。

如图4所示，在转子头8的旋转轴21上机械地连结有增速机22及发电机23。发电机23即可以是同步发电机，也可以是感应发电机。也可以形成不设置增速机23的结构。

从转子头8的旋转轴线方向通过与叶片9接触的风力，使转子头8绕旋转轴旋转，该旋转力通过增速机22增速，传递到发电机23，变换为电力。

发电机23的输出，由设置于机舱7内的风车控制装置20控制。

风车控制装置20包括发电机输出控制单元25及俯仰角控制单元26。

发电机输出控制单元25基于从中央控制装置2接收的输出指令，设定用于控制发电机23的输出的发电机输出指令Pdem，并发送到发电机23。例如，基于来自中央控制装置2的输出指令、当前的发电机23的输出、转子头8的转速、叶片9的俯仰角、及风速等而决定发电机输出指令Pdem。

发电机23基于发电机输出指令Pdem，改变输出。

俯仰角控制单元26为了控制叶片9的俯仰角而设定俯仰角指令θdem，并将其发送给使内置于转子头8的俯仰角改变的俯仰促动器(未图示)。基于当前的俯仰角、叶片9承受的风的速度、及转子头8的转速等而决定俯仰角指令θdem。

俯仰促动器基于俯仰角指令θdem，改变各叶片9的俯仰角。

接着，说明在从电力管理室通知输出降低请求的情况下，通过中央控制装置2执行的输出降低控制。图5是主要表示中央控制装置2具备的功能中有关输出降低控制的功能的功能方框图。另外，如图1所示，从各风车10-1、…、10-n的风车控制装置20对中央控制装置2输入各风车10-1、…、10-n的输出。

如图5所示，中央控制装置2包括优先级设定单元31和输出指令设定单元32。

优先级设定单元31基于由各风车10-1、...10-n通知的输出的信息设定优先级，以使输出越大的风车，优先级越高。

输出指令设定单元32在联接点A的输出达到从电力管理室通知的规定的输出限制值之前，从优先级高的风车起顺序地降低输出，直至达到预先设定的最低输出值。

这里，最低输出值被设定为零(0kW)或风车可连续运转的最低输出值(例如480kW)。

下面，参照图6说明由上述中央控制装置2实现的处理。

首先，在通知使输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求时，判定当前的联接点A的输出Pkws(即风力发电系统1整体的输出)是否大于通知的规定的输出限制值Pkwc(步骤SA1)。

其结果，如果联接点A的输出Pkws为输出限制值Pkwc以下(步骤SA1中为“否”)，则不进行输出降低控制，结束处理。另一方面，在联接点A的输出Pkws大于输出限制值Pkwc的情况下(步骤SA1中为“是”)，则基于各风车10-1、...、10-n当前的输出，从输出高的风车起顺序地设定高的优先级(步骤SA2)。图7表示优先级j的一例。图7中，作为一例，对优先级1设定风车10-4，对优先级2设定风车10-7，对优先级3设定风车10-2，对优先级m设定风车10-i，对优先级n设定风车10-k。

接着，计算输出限制值Pkwc和联接点A的输出Pkws之间的差分即第1差分ΔP(步骤SA3)。即，第1差分ΔP由以下的(1)式表示。

ΔP＝Pkws-Pkwc    (1)

接着，将优先级j最高的风车(j＝1)、即风车10-4选定为对象风车(步骤SA4)，接着，计算对象风车的输出Pkww(j)和预先设定的上述的最低输出值Pkww_min之间的差分即第2差分ΔPd(步骤SA5)。即，第2差分ΔPd由以下的(2)式表示。

ΔPd＝Pkww(j)-Pkww_min  (2)

其次，判定第2差分ΔPd是否低于第1差分ΔP(步骤SA6)，在第2差分ΔPd低于第1差分ΔP的情况下(步骤SA6中为“是”)，设定最低输出值Pkww_min作为对象风车即风车10-4的输出指令Pkwwo(j)，将该输出指令Pkwwo(j)输出到对象风车10-4(步骤SA7)。由此，通过风车控制装置20进行使风车10-4的输出为最低输出值Pkww_min的控制。

接着，将从第1差分ΔP减去第2差分ΔPd所得的值设定作为新的第1差分ΔP(步骤SA8)。

接着，将优先级j增量1(j＝j+1)，作为对象风车设定优先级2的风车即风车10-7(步骤SA9)，且返回到步骤SA5。由此，对于风车10-7也进行同样的处理。

这样，从优先级高的风车起顺序地重复从步骤SA5至步骤SA9的处理，直至在步骤SA6中判定为“否”，从优先级高的风车10-4、1-7、10-2、...起顺序地设定最低输出值Pkww_min即输出指令。由此，如图8所示，联接点A的输出降低量被累积，在图6的步骤SA8中更新的第1差分ΔP的值逐渐接近零。

而且，如图8所示，对于优先级m的风车10-i，在第1差分ΔP为第2差分ΔPd以下的情况下，在图6的步骤SA6中判定为“否”时，设定在该时刻的第1差分ΔP作为对象风车即风车10-i的输出指令Pkwwo(j)，且发送到风车10-i(步骤SA10)。

由此，如图8所示，风车整体的输出降低量与目标输出降低量P_target、即在图6的步骤SA3中算出的初始的第1差分ΔP一致。换言之，联接点A的输出与输出限制值一致。

这样，如果联接点A的输出与从电力管理室通知的输出限制值一致，则中央控制装置2结束输出降低处理。

另外，该情况下，对于设定为优先级比j＝m低的剩余的风车，输出降低的指令不从中央控制装置2输出。由此，对于剩余的风车，输出与从中央控制装置2通知输出降低请求之前相同的输出指令。由此，对优先级比j＝m低的风车，与输出降低请求的通知无关，继续进行与通知前相同的控制。

如以上说明，根据本实施方式的风力发电系统1及其控制方法，在从电力系统侧通知使联接点A的输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求的情况下，设定优先级，以使输出越大的风车，优先级越高，在联接点A的输出达到输出限制值之前，从优先级高的风车起顺序地使输出降低至预先设定的最低输出值。

该最低输出值被设定为在即使风速下降、风车的输出也不会下降的输出范围中的任一个输出值。因此，在输出降低控制中，即使风速下降，也能够对将输出指令设定为最低输出值的风车避免风速下降的影响。其结果，可以抑制风速下降引起的风力发电系统整体的输出降低。

例如，在通知了输出降低请求的情况下，在设定了使所有的风车10的输出降低规定量的输出指令(例如图9中虚线)的情况下，如果风速下降，则各风车的输出随着风速的下降而降低。由此，联接点A的输出会落入输出限制值以下，产生供给不足(相当于图9的阴影区域)。

但是，根据本实施方式的风力发电系统及其控制方法，可以使风速下降引起的输出降低显著出现的风车、即输出大的风车的输出指令优先降低至最低输出值。如图9中实线所示，最低输出值被设定为在风车的输出不随着风速发生变化的输出范围内的值，因此，即使风速下降，风车的输出也不会受到风速下降的影响。

另外，对于输出本身不大的风车、即优先级低的风车，不将输出指令设定为最低输出值，因此，受到风速降低的影响。但是，对优先级低的风车，相比优先级高的风车，输出本身就小，因而风速下降造成的输出变动幅度小。

因此，根据本实施方式的风力发电系统1及其控制方法，能够抑制输出降低控制中的风速下降引起的风力发电系统整体的输出降低。

此外，在本实施方式中，输出指令设定单元32对于图6的步骤SA6中相当于“否”时的对象风车，换言之使输出降低至最低输出值时联接点A的输出成为输出限制值以下的优先级相符的风车(上述例中为风车10-i)，将联接点A的输出为输出限制值的输出值ΔP设定作为输出指令。代替该输出值，对于该风车10-i而言，与其它风车同样，也可以设定最低输出值。

该情况下，发生了风速下降的情况下的风力发电系统整体的输出下降量，比设定了上述的输出值ΔP的情况下降，但即使该情况下，相比以往方法，仍可以实现能够抑制风速降低带来的输出降低的效果。

另外，在本实施方式中，在对于对象风车设定了输出指令的时刻对于各对象风车发送输出指令，但代替该输出指令，在设定了对所有风车的输出指令时，也可以对于各风车发送各自的输出指令。

另外，在本实施方式中，在通知了输出降低请求的情况下，仅进行一次图6所示的处理，但也可以在通知了输出降低请求后至解除该输出降低请求的期间，以规定的时间间隔重复图6所示的处理。由此，可以根据不同时期的风况，将适宜的风车的输出指令设定为最低输出值，可以实现输出控制的精度的进一步提高。

Claims (6)

1.一种风力发电系统，其具备多个风车，通过共同的联接点向电力系统供给各所述风车的输出，该风力发电系统包括：

优先级设定装置，其在从电力系统侧通知了使所述联接点的输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求的情况下，设定优先级，以使输出越大的所述风车，优先级越高；以及

输出指令设定装置，其在所述联接点的输出达到所述输出限制值之前，从所述优先级高的风车起顺序地设定规定的最低输出值作为输出指令，

所述最低输出值被设定为零或可进行风车的连续运转的最低输出值。

2.权利要求1所述的风力发电系统，

对于与在使输出降低至所述最低输出值时，所述联接点的输出成为所述输出限制值以下的优先级相符的风车，所述输出指令设定装置设定使所述联接点的输出成为所述输出限制值的输出指令值。

3.权利要求1或2所述的风力发电系统，

所述输出指令设定装置在被通知了所述输出降低请求的情况下，计算所述联接点的输出和所述输出限制值之间的差分即第一差分，且从所述优先级高的风车起顺序地设定所述最低输出值的输出指令，以使该第一差分为零。

4.一种风力发电系统的控制方法，该风力发电系统具备多个风车，通过共同的联接点向电力系统供给各所述风车的输出，该控制方法包含：

优先级设定过程，在从电力系统侧通知了使所述联接点的输出降低至规定的输出限制值的输出降低请求的情况下，设定优先级，以使输出越大的所述风车，优先级越高；以及

输出指令设定过程，在所述联接点的输出达到所述输出限制值之前，从所述优先级高的风车起顺序地将规定的最低输出值设定作为输出指令，

所述最低输出值被设定为零或可进行风车的连续运转的最低输出值。

5.权利要求4所述的风力发电系统的控制方法，

在所述输出指令设定过程中，对于与在使输出降低至所述最低输出值时，所述联接点的输出为所述输出限制值以下的优先级相符的风车，设定使所述联接点的输出为所述输出限制值的输出指令值。

6.权利要求4或5所述的风力发电系统的控制方法，

所述输出指令设定装置在被通知了所述输出降低请求的情况下，计算所述联接点的输出和所述输出限制值之间的差分即第一差分，且从所述优先级高的风车起顺序地设定所述最低输出值的输出指令，以使该第一差分为零。

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