JP2003134892A - 風力発電装置及び風力発電方法 - Google Patents
風力発電装置及び風力発電方法Info
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- JP2003134892A JP2003134892A JP2001327458A JP2001327458A JP2003134892A JP 2003134892 A JP2003134892 A JP 2003134892A JP 2001327458 A JP2001327458 A JP 2001327458A JP 2001327458 A JP2001327458 A JP 2001327458A JP 2003134892 A JP2003134892 A JP 2003134892A
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- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】風車のピッチ制御や順変換器の出力制御では応
答することのできない短い周期の変動により、電力系統
に品質を損なう電力を供給する恐れがある。 【解決手段】風車１の軸に接続された同期発電機２の出
力が増加する時には、直流電力を直流コンデンサ４に充
電し、同期発電機２の出力が減少する時には、直流コン
デンサ４間の端子電圧を低くし、直流コンデンサ４から
直流電力を逆変換器５に放電する指令を逆変換器５に出
す制御部を設けることにより、電力系統に電力変動を抑
制した品質の良い電力を供給できる。
答することのできない短い周期の変動により、電力系統
に品質を損なう電力を供給する恐れがある。 【解決手段】風車１の軸に接続された同期発電機２の出
力が増加する時には、直流電力を直流コンデンサ４に充
電し、同期発電機２の出力が減少する時には、直流コン
デンサ４間の端子電圧を低くし、直流コンデンサ４から
直流電力を逆変換器５に放電する指令を逆変換器５に出
す制御部を設けることにより、電力系統に電力変動を抑
制した品質の良い電力を供給できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は風車により駆動され
る同期発電機の出力変動を抑制する風力発電装置及びそ
の発電方法に関する。
る同期発電機の出力変動を抑制する風力発電装置及びそ
の発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の風力発電システムを説明する。風
車は同期発電機に接続され、風のエネルギーによって風
車が回転し、風車が同期発電機を駆動することで同期発
電機が発電する。同期発電機の出力する交流電力は順変
換器により直流電力に変換され、更に逆変換器により商
用周波数の交流電力に変換されて電力系統に供給され
る。風力発電システムの一例として、特開平２０００−
３４５９５２号公報に記載されている。
車は同期発電機に接続され、風のエネルギーによって風
車が回転し、風車が同期発電機を駆動することで同期発
電機が発電する。同期発電機の出力する交流電力は順変
換器により直流電力に変換され、更に逆変換器により商
用周波数の交流電力に変換されて電力系統に供給され
る。風力発電システムの一例として、特開平２０００−
３４５９５２号公報に記載されている。
【０００３】一方、風力発電システムは風速の変動例え
ば風車のブレードがタワーの近くを横切る時に、そのブ
レードが風の力を受けにくくなることから生じる所謂タ
ワーブロック効果等がある。風速変動に起因する出力変
動は電力系統の周波数や電圧を変動させ、電力系統に悪
影響を与えることになるため、風力発電システムを導入
する場合にはこうした出力変動を抑制することが必須と
なる。
ば風車のブレードがタワーの近くを横切る時に、そのブ
レードが風の力を受けにくくなることから生じる所謂タ
ワーブロック効果等がある。風速変動に起因する出力変
動は電力系統の周波数や電圧を変動させ、電力系統に悪
影響を与えることになるため、風力発電システムを導入
する場合にはこうした出力変動を抑制することが必須と
なる。
【０００４】そこで、近年の風車では風車のブレードの
角度を風速に応じて変化させることで、風車への機械的
入力を調節するピッチ制御を行うことにより、風速変動
に起因する出力変動を抑制する方法が採られる。また、
更に順変換器による同期発電機の出力制御も合わせて行
われる。逆変換器においては直流電圧を一定に制御する
ことが行われる。
角度を風速に応じて変化させることで、風車への機械的
入力を調節するピッチ制御を行うことにより、風速変動
に起因する出力変動を抑制する方法が採られる。また、
更に順変換器による同期発電機の出力制御も合わせて行
われる。逆変換器においては直流電圧を一定に制御する
ことが行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では変動周期の短い変動については、十分な変動
抑制効果を得ることが困難となる。それは、逆変換器に
おいて直流電圧を一定に制御することを行っているため
に、順変換器の出力がそのまま系統側へ出力されること
になるためである。即ち、風車のピッチ制御や順変換器
の出力制御では応答することのできない短い周期変動が
そのまま系統側へ出力されることになり、電力系統への
電力の品質が低下する恐れがある。
来技術では変動周期の短い変動については、十分な変動
抑制効果を得ることが困難となる。それは、逆変換器に
おいて直流電圧を一定に制御することを行っているため
に、順変換器の出力がそのまま系統側へ出力されること
になるためである。即ち、風車のピッチ制御や順変換器
の出力制御では応答することのできない短い周期変動が
そのまま系統側へ出力されることになり、電力系統への
電力の品質が低下する恐れがある。
【０００６】本発明の目的は、風車のピッチ制御や順変
換器の出力制御では応答することのできない短い周期の
変動を抑制することにより、電力系統に品質を向上した
電力を供給することが出来る風力発電装置を提供するこ
とにある。
換器の出力制御では応答することのできない短い周期の
変動を抑制することにより、電力系統に品質を向上した
電力を供給することが出来る風力発電装置を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の風力発電装置は、同期発電機の出力が増加
する時には、直流コンデンサ間の端子電圧を高くし直流
電力を畜電手段に充電すると共に、同期発電機の出力が
減少する時には、直流コンデンサ間の端子電圧を低くし
直流コンデンサから直流電力を逆変換器に放電する指令
を逆変換器に出す制御部を設けることにより、周期変動
を抑制することを特徴とする。
に、本発明の風力発電装置は、同期発電機の出力が増加
する時には、直流コンデンサ間の端子電圧を高くし直流
電力を畜電手段に充電すると共に、同期発電機の出力が
減少する時には、直流コンデンサ間の端子電圧を低くし
直流コンデンサから直流電力を逆変換器に放電する指令
を逆変換器に出す制御部を設けることにより、周期変動
を抑制することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に掛かる一実施例を
図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例の全体
構成を示す。図１において、同期発電機２の回転子は風
車１の軸に接続されており、風車１が風のエネルギーに
より回転すると、同期発電機２は風車１の回転速度に応
じ回転子が固定子内で回転し、固定子から可変周波数の
交流電力を出力する。同期発電機２の固定子には順変換
器３が接続されており、同期発電機２の発生する可変周
波数の交流電力は順変換器３により直流電力に変換され
る。順変換器３は蓄電手段である直流コンデンサ４を介
し、逆変換器５に接続されており、逆変換器５は順変換
器３から送られる直流電力を固定周波数の交流電力に変
換する。逆変換器５は系統連系用変圧器６を介して電力
系統に接続されており、固定周波数の交流電力を電力系
統に供給する。
図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例の全体
構成を示す。図１において、同期発電機２の回転子は風
車１の軸に接続されており、風車１が風のエネルギーに
より回転すると、同期発電機２は風車１の回転速度に応
じ回転子が固定子内で回転し、固定子から可変周波数の
交流電力を出力する。同期発電機２の固定子には順変換
器３が接続されており、同期発電機２の発生する可変周
波数の交流電力は順変換器３により直流電力に変換され
る。順変換器３は蓄電手段である直流コンデンサ４を介
し、逆変換器５に接続されており、逆変換器５は順変換
器３から送られる直流電力を固定周波数の交流電力に変
換する。逆変換器５は系統連系用変圧器６を介して電力
系統に接続されており、固定周波数の交流電力を電力系
統に供給する。
【０００９】逆変換器５と系統連系用変圧器６の間には
電流検出センサ８が設置されており、電流検出センサ８
は逆変換器５から系統側へ流れる電流を検出する。検出
された電流値は３相／２相変換器９によって有効分と無
効分の２軸成分に変換される。
電流検出センサ８が設置されており、電流検出センサ８
は逆変換器５から系統側へ流れる電流を検出する。検出
された電流値は３相／２相変換器９によって有効分と無
効分の２軸成分に変換される。
【００１０】また、順変換器３と逆変換器５の間の直流
部分には直流電圧検出センサ７が設置されており、直流
電圧検出センサ７は直流コンデンサ４に掛かる電圧を検
出する。
部分には直流電圧検出センサ７が設置されており、直流
電圧検出センサ７は直流コンデンサ４に掛かる電圧を検
出する。
【００１１】同期発電機２と順変換器３の間には電圧検
出センサ１６及び電流検出センサ１７が設置されてお
り、電圧検出センサ１６は同期発電機２の端子電圧検出
値を、電流検出センサ１７は同期発電機２の固定子に流
れる電流の検出値を、それぞれ出力変動抑制ブロック１
０に入力する。出力変動抑制ブロック１０は直流電圧制
御器１１へ与える直流電圧指令の補正分を出力する。こ
の直流電圧指令の補正分を直流電圧指令のベース分に加
えたものが直流電圧制御器１１に与える直流電圧指令と
なる。
出センサ１６及び電流検出センサ１７が設置されてお
り、電圧検出センサ１６は同期発電機２の端子電圧検出
値を、電流検出センサ１７は同期発電機２の固定子に流
れる電流の検出値を、それぞれ出力変動抑制ブロック１
０に入力する。出力変動抑制ブロック１０は直流電圧制
御器１１へ与える直流電圧指令の補正分を出力する。こ
の直流電圧指令の補正分を直流電圧指令のベース分に加
えたものが直流電圧制御器１１に与える直流電圧指令と
なる。
【００１２】直流電圧制御器１１の入力は直流電圧指令
と直流電圧検出器７の出力する直流電圧検出値の偏差値
である。但し、直流電圧指令が大きくなり過ぎて、直流
コンデンサ４の耐電圧よりも直流電圧が大きくなると直
流コンデンサ４が壊れるので、直流電圧指令制限リミッ
タ１５を設けて、直流電圧指令があまり大きくなり過ぎ
ないようにする。直流電圧制御器１１は例えば比例積分
制御系により構成され、直流電圧検出値と直流電圧指令
の偏差値が零になるように逆変換器５への電流指令を決
定する。
と直流電圧検出器７の出力する直流電圧検出値の偏差値
である。但し、直流電圧指令が大きくなり過ぎて、直流
コンデンサ４の耐電圧よりも直流電圧が大きくなると直
流コンデンサ４が壊れるので、直流電圧指令制限リミッ
タ１５を設けて、直流電圧指令があまり大きくなり過ぎ
ないようにする。直流電圧制御器１１は例えば比例積分
制御系により構成され、直流電圧検出値と直流電圧指令
の偏差値が零になるように逆変換器５への電流指令を決
定する。
【００１３】電流制御器１２への入力は３相／２相変換
器９の出力する２軸成分の電流検出値と直流電圧制御器
１１の出力する逆変換器５への電流指令である。電流制
御器１２は例えば比例積分制御系により構成され、電流
検出値と電流指令の偏差値が零になるように逆変換器５
への出力電圧指令を決定する。電流制御器１２の出力す
る逆変換器５への出力電圧指令は２軸成分の電圧指令で
あるので、２相／３相変換器１３によって３相の電圧指
令に変換される。
器９の出力する２軸成分の電流検出値と直流電圧制御器
１１の出力する逆変換器５への電流指令である。電流制
御器１２は例えば比例積分制御系により構成され、電流
検出値と電流指令の偏差値が零になるように逆変換器５
への出力電圧指令を決定する。電流制御器１２の出力す
る逆変換器５への出力電圧指令は２軸成分の電圧指令で
あるので、２相／３相変換器１３によって３相の電圧指
令に変換される。
【００１４】制御部であるパルス発生器１４は、２相／
３相変換器１３の出力する逆変換器５への３相出力電圧
指令に基づいて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により逆変換器５へのゲートパル
ス信号を出力する。逆変換器５はゲートパルス信号を受
け、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子が高速にスイッチン
グを行うことで、逆変換器５は指令に応じた電圧を出力
することになる。つまり、直流電圧指令値と直流電圧検
出値との偏差値に応じて、制御部であるパルス発生器１
４から逆変換器５に直流コンデンサ４間の端子電圧Ｖを
増減するように逆変換器５を通過する電力を制御する指
示をする。
３相変換器１３の出力する逆変換器５への３相出力電圧
指令に基づいて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により逆変換器５へのゲートパル
ス信号を出力する。逆変換器５はゲートパルス信号を受
け、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子が高速にスイッチン
グを行うことで、逆変換器５は指令に応じた電圧を出力
することになる。つまり、直流電圧指令値と直流電圧検
出値との偏差値に応じて、制御部であるパルス発生器１
４から逆変換器５に直流コンデンサ４間の端子電圧Ｖを
増減するように逆変換器５を通過する電力を制御する指
示をする。
【００１５】以上のような制御系の構成により、直流コ
ンデンサ4間の端子電圧を抑制することができる。
ンデンサ4間の端子電圧を抑制することができる。
【００１６】次に直流電圧指令補正分について説明す
る。発電機出力に変動がない場合、この直流電圧指令の
補正分は零であり、直流電圧指令のベース分がそのまま
直流電圧指令となる。
る。発電機出力に変動がない場合、この直流電圧指令の
補正分は零であり、直流電圧指令のベース分がそのまま
直流電圧指令となる。
【００１７】発電機出力が増加した場合、直流電圧指令
の補正分を正の方向へ大きくすることで、パルス発生器
１４より直流コンデンサ４間の端子電圧Ｖの直流電圧を
高くする指示を逆変換器５に出し、直流コンデンサ４に
蓄えるエネルギーを大きくする。この結果、順変換器３
から直流部分への入力の増加分を直流コンデンサ４に蓄
え、逆変換器５は一定の出力を保つことができる。
の補正分を正の方向へ大きくすることで、パルス発生器
１４より直流コンデンサ４間の端子電圧Ｖの直流電圧を
高くする指示を逆変換器５に出し、直流コンデンサ４に
蓄えるエネルギーを大きくする。この結果、順変換器３
から直流部分への入力の増加分を直流コンデンサ４に蓄
え、逆変換器５は一定の出力を保つことができる。
【００１８】逆に、発電機出力が減少した場合、直流電
圧指令の補正分を負の方向へ大きくすることで、パルス
発生器１４より逆変換器５に直流コンデンサ４間の端子
電圧Ｖを低くする指示を逆変換器５に出し、直流コンデ
ンサ４に蓄えるエネルギーを小さくする。この結果、順
変換器３から直流部分への入力の不足分は直流コンデン
サ４に蓄えられていたエネルギーから補われるため、逆
変換器５は一定の出力を保つことができる。
圧指令の補正分を負の方向へ大きくすることで、パルス
発生器１４より逆変換器５に直流コンデンサ４間の端子
電圧Ｖを低くする指示を逆変換器５に出し、直流コンデ
ンサ４に蓄えるエネルギーを小さくする。この結果、順
変換器３から直流部分への入力の不足分は直流コンデン
サ４に蓄えられていたエネルギーから補われるため、逆
変換器５は一定の出力を保つことができる。
【００１９】このように、順変換器３と逆変換器５を接
続する直流部分の直流電圧制御が可能となり、直流コン
デンサ４にエネルギーを蓄えたり、或いは直流コンデン
サ４に蓄えたエネルギーを放出したりすることで、同期
発電機２の出力が変動した場合にも電力系統側への出力
変動を抑制することが可能となり、電力系統に出力変動
を抑制した分品質の良い電力を供給することが出来るよ
うになった。
続する直流部分の直流電圧制御が可能となり、直流コン
デンサ４にエネルギーを蓄えたり、或いは直流コンデン
サ４に蓄えたエネルギーを放出したりすることで、同期
発電機２の出力が変動した場合にも電力系統側への出力
変動を抑制することが可能となり、電力系統に出力変動
を抑制した分品質の良い電力を供給することが出来るよ
うになった。
【００２０】図２は出力変動抑制ブロック１０を詳細に
示した図である。同期発電機２と順変換器３の間には電
圧検出センサ１６及び電流検出センサ１７が設置されて
おり、電圧検出センサ１６は同期発電機２の端子電圧を
検出し、電流検出センサ１７は同期発電機２の固定子に
流れる電流を検出する。検出された電圧、電流値は３相
／２相変換器１８によって有効分と無効分の２軸成分に
変換される。
示した図である。同期発電機２と順変換器３の間には電
圧検出センサ１６及び電流検出センサ１７が設置されて
おり、電圧検出センサ１６は同期発電機２の端子電圧を
検出し、電流検出センサ１７は同期発電機２の固定子に
流れる電流を検出する。検出された電圧、電流値は３相
／２相変換器１８によって有効分と無効分の２軸成分に
変換される。
【００２１】有効電力検出器１９は３相／２相変換器１
８の出力する２軸成分の信号に基づいて同期発電機２の
出力する有効電力を検出する。変動抽出フィルタ２０は
有効電力検出器１９の出力する有効電力検出値からある
特定の周波数領域における変動分を抽出する。この周波
数領域は風車１のピッチ制御や順変換器３の出力制御で
は応答することのできない高い周波数領域が設定され
る。風車１のピッチ制御は機械的な制御であるために、
その応答時定数は数秒オーダであり、順変換器３の出力
制御は電気的な制御であるため、ピッチ制御に比べると
応答は速いが、通常は制御の安定性を考慮して約１００
ｍｓ程度に設定する。
８の出力する２軸成分の信号に基づいて同期発電機２の
出力する有効電力を検出する。変動抽出フィルタ２０は
有効電力検出器１９の出力する有効電力検出値からある
特定の周波数領域における変動分を抽出する。この周波
数領域は風車１のピッチ制御や順変換器３の出力制御で
は応答することのできない高い周波数領域が設定され
る。風車１のピッチ制御は機械的な制御であるために、
その応答時定数は数秒オーダであり、順変換器３の出力
制御は電気的な制御であるため、ピッチ制御に比べると
応答は速いが、通常は制御の安定性を考慮して約１００
ｍｓ程度に設定する。
【００２２】一方、風車１のブレードがタワーの近くを
横切るときに、同期発電機２の出力には数Ｈｚ程度の周
期の出力変動が生じる。この変動は風車１のブレードが
タワーの近くを横切る時にそのブレードが風の力を受け
にくくなることから生じるもので、タワーブロック効果
と呼ばれる。
横切るときに、同期発電機２の出力には数Ｈｚ程度の周
期の出力変動が生じる。この変動は風車１のブレードが
タワーの近くを横切る時にそのブレードが風の力を受け
にくくなることから生じるもので、タワーブロック効果
と呼ばれる。
【００２３】この変動は風車１のピッチ制御や順変換器
３の出力制御では応答することができない周波数領域で
あるために、変動抽出フィルタ２０の抽出する周波数領
域はこの周波数領域が設定される。変動抽出フィルタ２
０は変動を抑制する特定の周波数成分を検出するもので
あれば良く、フーリエ変換による特定の周波数成分検出
を用いることもできる。
３の出力制御では応答することができない周波数領域で
あるために、変動抽出フィルタ２０の抽出する周波数領
域はこの周波数領域が設定される。変動抽出フィルタ２
０は変動を抑制する特定の周波数成分を検出するもので
あれば良く、フーリエ変換による特定の周波数成分検出
を用いることもできる。
【００２４】ゲイン位相補償２１は変動抽出フィルタ２
０の抽出した出力変動信号のゲイン及び位相を調整し、
直流電圧指令の補正分を作成する。ゲイン、位相の調整
はゲイン余裕、位相余裕、逆変換器５の動作遅れ時間等
を考慮して決定する。ゲイン位相補償２１の出力する直
流電圧指令の補正分は直流電圧指令ベース分に加算さ
れ、逆変換器５への直流電圧指令が作成される。つま
り、ゲイン位相補償部２１は出力変動分の位相及びゲイ
ン幅を調整して直流電圧指令値補正分を出力する。
０の抽出した出力変動信号のゲイン及び位相を調整し、
直流電圧指令の補正分を作成する。ゲイン、位相の調整
はゲイン余裕、位相余裕、逆変換器５の動作遅れ時間等
を考慮して決定する。ゲイン位相補償２１の出力する直
流電圧指令の補正分は直流電圧指令ベース分に加算さ
れ、逆変換器５への直流電圧指令が作成される。つま
り、ゲイン位相補償部２１は出力変動分の位相及びゲイ
ン幅を調整して直流電圧指令値補正分を出力する。
【００２５】図３は出力変動を抑制のための出力変動制
御ブロックはないが、不感帯２２を用いることで等価的
に直流電圧指令を変化させて、電力系統側への出力変動
を抑制する。通常は直流電圧指令と直流電圧検出値の間
に偏差値が生じると、その偏差値が零になるように直流
電圧制御器１１が動作する。
御ブロックはないが、不感帯２２を用いることで等価的
に直流電圧指令を変化させて、電力系統側への出力変動
を抑制する。通常は直流電圧指令と直流電圧検出値の間
に偏差値が生じると、その偏差値が零になるように直流
電圧制御器１１が動作する。
【００２６】しかし、図３に示すように不感帯２２を用
いると、直流電圧指令と直流電圧検出値の間に仮に偏差
値が生じても、その偏差値がある一定の範囲内であれ
ば、不感帯２２の出力は零であり、直流電圧制御器１１
の入力が零となることから、その出力である電流指令は
変化しない。その結果、逆変換器５が系統側へ出力する
電力は一定に保たれる。
いると、直流電圧指令と直流電圧検出値の間に仮に偏差
値が生じても、その偏差値がある一定の範囲内であれ
ば、不感帯２２の出力は零であり、直流電圧制御器１１
の入力が零となることから、その出力である電流指令は
変化しない。その結果、逆変換器５が系統側へ出力する
電力は一定に保たれる。
【００２７】例えば、同期発電機２の出力が増加した場
合、順変換器３から直流部分へ流れ込む電力が増加する
が、逆変換器５が系統側へ出力する電力は一定に保たれ
るため、順変換器３から直流部分へ流れ込む電力の増加
分が直流コンデンサ４に蓄えられることとなり、直流電
圧が上昇する。
合、順変換器３から直流部分へ流れ込む電力が増加する
が、逆変換器５が系統側へ出力する電力は一定に保たれ
るため、順変換器３から直流部分へ流れ込む電力の増加
分が直流コンデンサ４に蓄えられることとなり、直流電
圧が上昇する。
【００２８】逆に、同期発電機２の出力が減少した場
合、順変換器３から直流部分へ流れ込む電力が減少する
が、逆変換器５が系統側へ出力する電力は一定に保たれ
るため、逆変換器５が系統側へ出力する電力の不足分が
直流コンデンサ４に蓄えられたエネルギーから補われる
こととなり、直流電圧が低下する。
合、順変換器３から直流部分へ流れ込む電力が減少する
が、逆変換器５が系統側へ出力する電力は一定に保たれ
るため、逆変換器５が系統側へ出力する電力の不足分が
直流コンデンサ４に蓄えられたエネルギーから補われる
こととなり、直流電圧が低下する。
【００２９】以上のように、不感帯２２を用いることで
直流電圧指令と直流電圧検出値の間の偏差値がある一定
の範囲内であれば、直流電圧を変化させることで、逆変
換器５から系統側への出力を一定に保つことができる。
即ち、同期発電機２の出力が変動した場合にも等価的に
直流電圧指令を変化させることで、電力系統側への出力
変動を抑制することが可能となる。また不感帯２２を用
いれば、図１，２に比べて出力変動抑制ブロック１０を
使用しない分だけ、風力発電装置の構成を簡素化するこ
とが出来る。
直流電圧指令と直流電圧検出値の間の偏差値がある一定
の範囲内であれば、直流電圧を変化させることで、逆変
換器５から系統側への出力を一定に保つことができる。
即ち、同期発電機２の出力が変動した場合にも等価的に
直流電圧指令を変化させることで、電力系統側への出力
変動を抑制することが可能となる。また不感帯２２を用
いれば、図１，２に比べて出力変動抑制ブロック１０を
使用しない分だけ、風力発電装置の構成を簡素化するこ
とが出来る。
【００３０】本発明の風力発電方法の実施例として、例
えば風のエネルギーによって回転する風車の回転エネル
ギーを同期発電機により交流電力に変換し、この交流電
力を順変換器で直流電力に変換して逆変換器に入力し、
逆変換器により直流電力を商用周波数の交流電力に変換
して電力系統に供給し、順変換器と逆変換器との間に設
けた蓄電手段に直流電力を充電及び放電し、同期発電機
の出力する有効電力を出力変動抑制ブロックに入力し、
蓄電手段の直流電圧を電圧検出センサにより検出し、出
力変動抑制ブロックの出力する直流電圧指令値補正分と
直流電圧指令ベース分の和からなる直流電圧指令値と電
圧検出センサの直流電圧検出値との偏差値を制御部に入
力し、制御部により畜電手段間の端子電圧を増減するよ
うに逆変換器を通過する電力を制御し、逆変換器により
商用周波数の交流電力に変換して電力系統に一定の電力
を供給することにより、風車による同期発電機の出力が
変動した場合にも、電力系統側への出力変動を抑制し、
品質を向上した電力を供給することが可能となった。
えば風のエネルギーによって回転する風車の回転エネル
ギーを同期発電機により交流電力に変換し、この交流電
力を順変換器で直流電力に変換して逆変換器に入力し、
逆変換器により直流電力を商用周波数の交流電力に変換
して電力系統に供給し、順変換器と逆変換器との間に設
けた蓄電手段に直流電力を充電及び放電し、同期発電機
の出力する有効電力を出力変動抑制ブロックに入力し、
蓄電手段の直流電圧を電圧検出センサにより検出し、出
力変動抑制ブロックの出力する直流電圧指令値補正分と
直流電圧指令ベース分の和からなる直流電圧指令値と電
圧検出センサの直流電圧検出値との偏差値を制御部に入
力し、制御部により畜電手段間の端子電圧を増減するよ
うに逆変換器を通過する電力を制御し、逆変換器により
商用周波数の交流電力に変換して電力系統に一定の電力
を供給することにより、風車による同期発電機の出力が
変動した場合にも、電力系統側への出力変動を抑制し、
品質を向上した電力を供給することが可能となった。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、風車に
よる同期発電機の出力が変動した場合にも電力系統側へ
の出力変動を抑制することが可能となり、電力系統に出
力変動を抑制した分品質の良い電力を供給することが出
来るようになった。
よる同期発電機の出力が変動した場合にも電力系統側へ
の出力変動を抑制することが可能となり、電力系統に出
力変動を抑制した分品質の良い電力を供給することが出
来るようになった。
【図１】本発明の実施例として適用した風力発電装置の
構成図。
構成図。
【図２】本発明の他の実施例である出力変動抑制ブロッ
クの詳細を示した風力発電装置の構成図。
クの詳細を示した風力発電装置の構成図。
【図３】本発明の他の実施例である不感帯を用いた風力
発電装置の構成図。
発電装置の構成図。
１…風車、２…同期発電機、３…順変換器、４…直流コ
ンデンサ、５…逆変換器、６…系統連系用変圧器、７…
電圧検出センサ、８…電流検出センサ、９…３相／２相
変換器、１０…出力変動抑制ブロック、１１…直流電圧
制御器、１２…電流制御器、１３…２相／３相変換器、
１４…パルス発生器、１５…直流電圧指令制限リミッ
タ、１６…電圧検出センサ、１７…電流検出センサ、１
８…３相／２相変換器、１９…有効電力検出器、２０…
変動抽出フィルタ、２１…ゲイン位相補償、２２…不感
帯。
ンデンサ、５…逆変換器、６…系統連系用変圧器、７…
電圧検出センサ、８…電流検出センサ、９…３相／２相
変換器、１０…出力変動抑制ブロック、１１…直流電圧
制御器、１２…電流制御器、１３…２相／３相変換器、
１４…パルス発生器、１５…直流電圧指令制限リミッ
タ、１６…電圧検出センサ、１７…電流検出センサ、１
８…３相／２相変換器、１９…有効電力検出器、２０…
変動抽出フィルタ、２１…ゲイン位相補償、２２…不感
帯。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 杉浦 康之
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立事業所内
(72)発明者 菅原 直志
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立事業所内
(72)発明者 宮崎 晃一
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立事業所内
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB01 CC01 CC22
CC32 CC73
5H590 AA11 AA15 AA21 CA14 CC01
CD01 CD03 CE01 DD64 DD80
EA07 EA14 EB02 EB04 EB21
FA06 FA08 FB01 FB02 FC12
FC22 GA02 GA04 HA02 HA04
HA06 HB02 HB03 JA07 JA12
JA19 JB20
Claims (6)
- 【請求項１】 風のエネルギーによって回転する風車
と、風車の回転エネルギーを交流電力に変換する同期発
電機と、前記交流電力を直流電力に変換する順変換器
と、前記直流電力を商用周波数の交流電力に変換して電
力系統に供給する逆変換器とを備えた風力発電装置にお
いて、前記順変換器と逆変換器との間に設けた前記直流
電力を充電及び放電する蓄電手段と、前記同期発電機の
出力する有効電力に含まれる風速変動に起因する出力変
動分を抑制するために直流電圧指令値補正分を出力する
出力変動抑制ブロックと、前記蓄電手段の直流電圧を直
流電圧検出値として出力する電圧検出センサとを備え、
前記直流電圧指令値補正分と直流電圧指令ベース分の和
からなる直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との偏差
値に応じて、前記畜電手段間の端子電圧を増減するよう
に前記逆変換器を通過する電力を制御する指示を前記逆
変換器に出す制御部を設けることを特徴とする風力発電
装置。 - 【請求項２】 前記同期発電機の出力が増加する時に
は、前記畜電手段間の端子電圧を高くし直流電力を前記
畜電手段に充電すると共に、前記同期発電機の出力が減
少する時には、前記畜電手段間の端子電圧を低くし前記
畜電手段から直流電力を逆変換器に放電する指令を前記
逆変換器に出す制御部を設けることを特徴とする請求項
１に記載の風力発電装置。 - 【請求項３】 前記出力変動抑制ブロックは前記同期発
電機から有効電力を検出する有効電力検出器と、前記有
効電力に含まれる風速変動に起因する出力変動分を抽出
する変動抽出フィルタと、前記出力変動分の位相及びゲ
インを調整して直流電圧指令値補正分を出力するゲイン
位相補償部とを備えていることを特徴とする請求項１又
は２に記載の風力発電装置。 - 【請求項４】 前記直流電圧指令値が前記蓄電手段を破
損しない直流電圧値に制限する直流電圧指令リミッタを
設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発
電装置。 - 【請求項５】 風のエネルギーによって回転する風車
と、風車の回転エネルギーを交流電力に変換する同期発
電機と、前記交流電力を直流電力に変換する順変換器
と、前記直流電力を商用周波数の交流電力に変換して電
力系統に供給する逆変換器とを備えた風力発電装置にお
いて、前記順変換器と逆変換器との間に設けた前記直流
電力を充電及び放電する蓄電手段と、前記蓄電手段の直
流電圧を検出する電圧検出センサとを備え、前記電圧検
出センサの直流電圧検出値と直流電圧指令値との偏差値
により、前記畜電手段に充電・放電をするように前記逆
変換器に指示する制御部を設け、電圧検出センサと直流
電圧制御器との間に直流電圧指令と直流電圧検出値の間
に仮に偏差値が生じても その偏差値がある一定の範囲
内であれば 出力は零とみなす不感帯を設けることを特
徴とする風力発電装置。 - 【請求項６】 風のエネルギーによって回転する風車の
回転エネルギーを同期発電機により交流電力に変換し、
前記交流電力を順変換器で直流電力に変換し、前記直流
電力を逆変換器により商用周波数の交流電力に変換して
電力系統に供給する風力発電方法において、前記順変換
器と逆変換器との間に設けた蓄電手段に前記直流電力を
充電及び放電し、前記同期発電機の出力する有効電力を
出力変動抑制ブロックに入力し、前記蓄電手段の直流電
圧を電圧検出センサにより検出し、前記出力変動抑制ブ
ロックの出力する直流電圧指令値補正分と直流電圧指令
ベース分の和からなる直流電圧指令値と前記電圧検出セ
ンサの直流電圧検出値との偏差値を制御部に入力し、前
記制御部により前記畜電手段間の端子電圧を増減するよ
うに前記逆変換器を通過する電力を制御することを特徴
とする風力発電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001327458A JP3974373B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 風力発電装置及び風力発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001327458A JP3974373B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 風力発電装置及び風力発電方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003134892A true JP2003134892A (ja) | 2003-05-09 |
| JP3974373B2 JP3974373B2 (ja) | 2007-09-12 |
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| JP2001327458A Expired - Fee Related JP3974373B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 風力発電装置及び風力発電方法 |
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| JP (1) | JP3974373B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CN1320743C (zh) * | 2004-01-08 | 2007-06-06 | 株式会社日立制作所 | 风力发电装置 |
| KR100847654B1 (ko) | 2007-02-20 | 2008-07-21 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 수퍼캐패시터를 구비하는 엔진-발전기 시스템 |
| CN100463356C (zh) * | 2005-02-17 | 2009-02-18 | 株式会社日立制作所 | 次级励磁用功率转换装置 |
| CN100561856C (zh) * | 2005-11-21 | 2009-11-18 | 中国科学院电工研究所 | 一种变速恒频风力双馈发电机实验模拟系统 |
| JP4782245B1 (ja) * | 2010-06-16 | 2011-09-28 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置の制御装置及び制御方法 |
| CN101970868B (zh) * | 2008-01-23 | 2012-12-05 | 弗莱克尹克塞公司 | 用于控制供电系统的操作的方法和装置 |
| JP2013090349A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Nissan Motor Co Ltd | トルク制御装置 |
| CN104601064A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-05-06 | 蒋和平 | 一种高可靠性的发电系统智能控制方法 |
| WO2015097842A1 (ja) | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 株式会社日立製作所 | 回転電機システム |
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|---|---|---|---|---|
| CN104601065B (zh) * | 2014-12-25 | 2018-08-31 | 蒋和平 | 一种低成本的电力发电系统控制方法 |
-
2001
- 2001-10-25 JP JP2001327458A patent/JP3974373B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN1320743C (zh) * | 2004-01-08 | 2007-06-06 | 株式会社日立制作所 | 风力发电装置 |
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| CN100561856C (zh) * | 2005-11-21 | 2009-11-18 | 中国科学院电工研究所 | 一种变速恒频风力双馈发电机实验模拟系统 |
| KR100847654B1 (ko) | 2007-02-20 | 2008-07-21 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 수퍼캐패시터를 구비하는 엔진-발전기 시스템 |
| CN101970868B (zh) * | 2008-01-23 | 2012-12-05 | 弗莱克尹克塞公司 | 用于控制供电系统的操作的方法和装置 |
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| WO2011158351A1 (ja) * | 2010-06-16 | 2011-12-22 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置の制御装置及び制御方法 |
| CN102439297A (zh) * | 2010-06-16 | 2012-05-02 | 三菱重工业株式会社 | 风力发电装置的控制装置和控制方法 |
| US8174143B2 (en) | 2010-06-16 | 2012-05-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device of wind turbine generator and control method thereof |
| JP2013090349A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Nissan Motor Co Ltd | トルク制御装置 |
| WO2015097842A1 (ja) | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 株式会社日立製作所 | 回転電機システム |
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