JP2003259694A - 風力発電におけるｐｗｍコンバータの制御方法及びその装置 - Google Patents
風力発電におけるｐｗｍコンバータの制御方法及びその装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定した平均風速を用いて、最大出力となる
発電機電流を制御する風車制御方法では、通常、一定と
は限らない風速に対して、風から得られるエネルギーを
十分に取り出せないという問題があった。 【解決手段】 風車により駆動される発電機に接続した
ＰＷＭコンバータの制御を、風車回転数より求める定常
分トルク指令から、風車回転数の微分値より求める変動
分トルク指令を減算して作成したトルク指令により行う
制御方法及びその装置である。
発電機電流を制御する風車制御方法では、通常、一定と
は限らない風速に対して、風から得られるエネルギーを
十分に取り出せないという問題があった。 【解決手段】 風車により駆動される発電機に接続した
ＰＷＭコンバータの制御を、風車回転数より求める定常
分トルク指令から、風車回転数の微分値より求める変動
分トルク指令を減算して作成したトルク指令により行う
制御方法及びその装置である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風車により駆動さ
れる発電機に接続されるＰＷＭコンバータより、最大出
力を取り出すための制御に係り、特に、風速が変動して
も発電機より、常に、応答性良く最大出力を取り出す事
ができる、ＰＷＭコンバータの制御方法及びその装置に
関する。
れる発電機に接続されるＰＷＭコンバータより、最大出
力を取り出すための制御に係り、特に、風速が変動して
も発電機より、常に、応答性良く最大出力を取り出す事
ができる、ＰＷＭコンバータの制御方法及びその装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】風車に接続された発電機より、ＰＷＭコ
ンバータを用いて交流を直流に変換して、最大電力を取
り出すための出力制御方法については、公知である。以
下に、従来の、風車により駆動される発電機より、最大
出力を取り出す制御方法を、図５の従来の風力発電装置
接続図を参照して詳述する。図５において、１は風車、
２は発電機、３は回転計、４はＰＷＭコンバータ、５は
負荷、９は風速計、１０は出力制御装置である。
ンバータを用いて交流を直流に変換して、最大電力を取
り出すための出力制御方法については、公知である。以
下に、従来の、風車により駆動される発電機より、最大
出力を取り出す制御方法を、図５の従来の風力発電装置
接続図を参照して詳述する。図５において、１は風車、
２は発電機、３は回転計、４はＰＷＭコンバータ、５は
負荷、９は風速計、１０は出力制御装置である。
【０００３】風車１により駆動される発電機２の交流側
は、ＰＷＭコンバータ４に接続され、風車１により可変
速に駆動される発電機２の交流電力は、ＰＷＭコンバー
タ４により直流電力に変換されて、負荷５に出力され
る。発電機２に直結される回転計３の出力である風車回
転数Ｎ、及び風速計９の出力である風速Ｕは出力制御装
置１０に出力され、出力制御装置１０は以下に示す方法
により作成した、電流指令I*をＰＷＭコンバータ４に、
出力する。
は、ＰＷＭコンバータ４に接続され、風車１により可変
速に駆動される発電機２の交流電力は、ＰＷＭコンバー
タ４により直流電力に変換されて、負荷５に出力され
る。発電機２に直結される回転計３の出力である風車回
転数Ｎ、及び風速計９の出力である風速Ｕは出力制御装
置１０に出力され、出力制御装置１０は以下に示す方法
により作成した、電流指令I*をＰＷＭコンバータ４に、
出力する。
【０００４】図４は、風速をパラメータとした時の、風
車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。風
車は、風車の形状及び風速Ｕが決まると、風車回転数Ｎ
に対する風車出力Ｐが一義的に定まり、種々の風速Ｕに
対する風車出力Ｐは、図４の実線で示される。そして、
風車出力Ｐのピークは、図４の一点鎖線で示す最大出力
曲線のようになる。すなわち、図４の風車回転数対風車
出力特性において、風速がＵｘの時は、風速Ｕｘの風車
出力曲線と最大出力曲線との交点Ｓｘに示すように、風
車回転数Ｎｘにおいて、最大出力Ｐｘとなる。又、風速
がＵｙの時は、風車回転数Ｎｙにおいて、風速Ｕｙでの
風車最大出力Ｐｙとなる。
車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。風
車は、風車の形状及び風速Ｕが決まると、風車回転数Ｎ
に対する風車出力Ｐが一義的に定まり、種々の風速Ｕに
対する風車出力Ｐは、図４の実線で示される。そして、
風車出力Ｐのピークは、図４の一点鎖線で示す最大出力
曲線のようになる。すなわち、図４の風車回転数対風車
出力特性において、風速がＵｘの時は、風速Ｕｘの風車
出力曲線と最大出力曲線との交点Ｓｘに示すように、風
車回転数Ｎｘにおいて、最大出力Ｐｘとなる。又、風速
がＵｙの時は、風車回転数Ｎｙにおいて、風速Ｕｙでの
風車最大出力Ｐｙとなる。
【０００５】図４に示すような風車回転数対風車出力特
性を有する風車から、種々の風速において、常に最大出
力を得る従来方法を、図５を参照しながら説明する。図
５の出力制御装置１０は、風速計９より風速Ｕを入力し
て、平均風速Ｕａを求め、予め出力制御装置１０内に記
憶している、図５に示すような最大出力曲線に一致す
る、平均風速Ｕａに対する最大風車出力Ｐを求める。次
に、この最大風車出力Ｐより、（１）式に示す発電機電
流Ｉを求め、この発電機電流Ｉを電流指令Ｉ*としてＰ
ＷＭコンバータ４に出力して、ＰＷＭコンバータ４の可
変周波数電圧により発電機２を制御し、結果的に発電機
２に直結される風車１を制御していた。
性を有する風車から、種々の風速において、常に最大出
力を得る従来方法を、図５を参照しながら説明する。図
５の出力制御装置１０は、風速計９より風速Ｕを入力し
て、平均風速Ｕａを求め、予め出力制御装置１０内に記
憶している、図５に示すような最大出力曲線に一致す
る、平均風速Ｕａに対する最大風車出力Ｐを求める。次
に、この最大風車出力Ｐより、（１）式に示す発電機電
流Ｉを求め、この発電機電流Ｉを電流指令Ｉ*としてＰ
ＷＭコンバータ４に出力して、ＰＷＭコンバータ４の可
変周波数電圧により発電機２を制御し、結果的に発電機
２に直結される風車１を制御していた。
【０００６】
【数１】
風車最大出力(P)＝定数(K)×風車回転数(N)×発電機電流(I)・・・（１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、風車１に
より駆動される発電機２に接続されたＰＷＭコンバ４を
用いて、変動する風速Ｕから、風速の３乗に比例する最
大出力を得るためには、正確に風速Ｕを測定する事が必
要である。しかし、一般に、風車近傍に設置される風速
計９は、回転する風車の影響で、正確な、風速を測定で
きないという問題があった。又、風車からエネルギーを
最大限に取り出すためには、変動する風速Ｕに応じた最
大風車出力Ｐに制御する必要があるが、平均風速Ｕａを
求めて、その平均風速Ｕａから（１）式により求まる、
最大出力Ｐとなる発電機電流Ｉになるように、ＰＷＭコ
ンバータ４を制御していたために、平均風速Ｕａより得
られるエネルギーしか取り出せないという問題があっ
た。本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主
として、その目的とするところは、ＰＷＭコンバータ制
御を風速に基づいた制御から、風車回転数に基づいた制
御に代えて、風速計を必要とせず、制御応答性の良い、
変動する風力発電におけるＰＷＭコンバータ制御方法及
びその装置を提供することである。
より駆動される発電機２に接続されたＰＷＭコンバ４を
用いて、変動する風速Ｕから、風速の３乗に比例する最
大出力を得るためには、正確に風速Ｕを測定する事が必
要である。しかし、一般に、風車近傍に設置される風速
計９は、回転する風車の影響で、正確な、風速を測定で
きないという問題があった。又、風車からエネルギーを
最大限に取り出すためには、変動する風速Ｕに応じた最
大風車出力Ｐに制御する必要があるが、平均風速Ｕａを
求めて、その平均風速Ｕａから（１）式により求まる、
最大出力Ｐとなる発電機電流Ｉになるように、ＰＷＭコ
ンバータ４を制御していたために、平均風速Ｕａより得
られるエネルギーしか取り出せないという問題があっ
た。本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主
として、その目的とするところは、ＰＷＭコンバータ制
御を風速に基づいた制御から、風車回転数に基づいた制
御に代えて、風速計を必要とせず、制御応答性の良い、
変動する風力発電におけるＰＷＭコンバータ制御方法及
びその装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図２は、本発明の風車回
転数対風車トルク特性の概要を説明した図である。種々
の風速に対する風車トルクは、図２に示される。この
時、種々の風速において、風車出力のピークを出力する
時の風車トルクは、図２の一点鎖線で示す最大出力時ト
ルク曲線のようになり、定常的な風から常に、最大出力
を取り出すためには、最大出力時トルク曲線に沿って、
風車回転数に対するトルクで運転すれば良い。すなわ
ち、風から最大出力を取り出すためには、図２におい
て、風速がＵ１の時は、風速Ｕ１での風車トルク特性と
最大出力時トルク曲線との交点Ｘ１より、風車回転数Ｎ
１において、最大出力時トルクτ１で運転する。又、風
速がＵ２の時は、風車回転数Ｎ２において、最大出力時
トルクτ２で運転する。
転数対風車トルク特性の概要を説明した図である。種々
の風速に対する風車トルクは、図２に示される。この
時、種々の風速において、風車出力のピークを出力する
時の風車トルクは、図２の一点鎖線で示す最大出力時ト
ルク曲線のようになり、定常的な風から常に、最大出力
を取り出すためには、最大出力時トルク曲線に沿って、
風車回転数に対するトルクで運転すれば良い。すなわ
ち、風から最大出力を取り出すためには、図２におい
て、風速がＵ１の時は、風速Ｕ１での風車トルク特性と
最大出力時トルク曲線との交点Ｘ１より、風車回転数Ｎ
１において、最大出力時トルクτ１で運転する。又、風
速がＵ２の時は、風車回転数Ｎ２において、最大出力時
トルクτ２で運転する。
【０００９】又、風速が変動する場合には、風車回転数
の変動分を検出して、その変動分を風車トルク指令値に
反映する事により、可能な限り早く、最大出力を得られ
る風車回転数及び風車トルクで風車を運転する事ができ
る。
の変動分を検出して、その変動分を風車トルク指令値に
反映する事により、可能な限り早く、最大出力を得られ
る風車回転数及び風車トルクで風車を運転する事ができ
る。
【００１０】従って、本発明では、ある風車回転数に対
して、図２より一義的に定める定常分トルク指令と、風
車回転数の微分値より求まる変動分トルク指令により、
ＰＷＭコンバータを制御する事により、常に、変動する
風速に見合った最大出力を取り出すものである。
して、図２より一義的に定める定常分トルク指令と、風
車回転数の微分値より求まる変動分トルク指令により、
ＰＷＭコンバータを制御する事により、常に、変動する
風速に見合った最大出力を取り出すものである。
【００１１】以下に、それらのトルク指令を求める方法
及びその装置を示す。図２より、ある形状の風車におい
て、現在の風車回転数に対して、一義的に定める定常ト
ルクを求める。又、風車回転数の微分値より、風速の増
減を検出して、風速が増加した場合は、トルクを減少さ
せ、風速が減少した場合は、トルクを増加させて、風車
のイナ-シャーが大きい場合にも、風速の変化に風車回
転数を遅れなく追従させるための変動分トルクを求め
る。従って、本発明では、この定常トルクから変動分ト
ルクを減じた値を、トルク指令とするものである。
及びその装置を示す。図２より、ある形状の風車におい
て、現在の風車回転数に対して、一義的に定める定常ト
ルクを求める。又、風車回転数の微分値より、風速の増
減を検出して、風速が増加した場合は、トルクを減少さ
せ、風速が減少した場合は、トルクを増加させて、風車
のイナ-シャーが大きい場合にも、風速の変化に風車回
転数を遅れなく追従させるための変動分トルクを求め
る。従って、本発明では、この定常トルクから変動分ト
ルクを減じた値を、トルク指令とするものである。
【００１２】本発明は上記原理に基づき、前述の課題を
解決するものであり、その目的を達成するための方法及
びその手段は、 １）、請求項１において、 風車により駆動される発電機の出力に接続したＰＷＭコ
ンバータにおいて、前記風車の風車回転数を検出し、前
記風車の風車最大出力となる風車回転数に対する定常分
トルクから、前記風車回転数の微分値より求める変動分
トルクを減算して求めるトルク指令値に基づいて、前記
風車より最大出力を得るように前記発電機のトルク制御
を行う事を特徴とする風力発電におけるＰＷＭコンバー
タの制御方法である。
解決するものであり、その目的を達成するための方法及
びその手段は、 １）、請求項１において、 風車により駆動される発電機の出力に接続したＰＷＭコ
ンバータにおいて、前記風車の風車回転数を検出し、前
記風車の風車最大出力となる風車回転数に対する定常分
トルクから、前記風車回転数の微分値より求める変動分
トルクを減算して求めるトルク指令値に基づいて、前記
風車より最大出力を得るように前記発電機のトルク制御
を行う事を特徴とする風力発電におけるＰＷＭコンバー
タの制御方法である。
【００１３】２）、請求項２において、
風車により駆動される発電機の出力に接続したＰＷＭコ
ンバータにおいて、前記風車の風車回転数を検出して風
車の風車最大出力となる風車回転数に対する定常分トル
クを求める定常分トルク指令発生手段と、前記風車回転
数の微分値を算出して変動分トルクを求める変動分トル
ク指令発生手段と、前記定常分トルク指令発生手段の出
力から前記変動分トルク指令発生手段の出力を減算して
トルク指令値を算出する減算手段から構成される事を特
徴とする風力発電におけるＰＷＭコンバータの制御装置
である。以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述
する。
ンバータにおいて、前記風車の風車回転数を検出して風
車の風車最大出力となる風車回転数に対する定常分トル
クを求める定常分トルク指令発生手段と、前記風車回転
数の微分値を算出して変動分トルクを求める変動分トル
ク指令発生手段と、前記定常分トルク指令発生手段の出
力から前記変動分トルク指令発生手段の出力を減算して
トルク指令値を算出する減算手段から構成される事を特
徴とする風力発電におけるＰＷＭコンバータの制御装置
である。以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述
する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の、風車により駆
動される発電機に、ＰＷＭコンバータを接続した請求項
１及び２の風力発電装置接続図である。同図において、
６は定常分トルク指令発生回路、７は変動分トルク指令
発生回路、８は減算器であり、図５と同一番号は同一構
成部品を表す。以下、図１について説明する。定常分ト
ルク指令発生回路６は、回転計３より風車回転数Ｎを入
力して、図２に示す風車回転数に対する最大出力時トル
ク曲線が如き定常分トルク指令τn*を、減算器８に出力
する。変動分トルク指令発生回路７は、風車回転数Ｎを
入力し、その値を微分して変動分トルク指令Δτ*とし
て、減算器８に出力する。減算器８は、定常分トルク指
令τn*から変動分トルク指令Δτ*を減算して、トルク
指令τ*を生成し、このトルク指令τ*によりＰＷＭコン
バータ４が制御される。
動される発電機に、ＰＷＭコンバータを接続した請求項
１及び２の風力発電装置接続図である。同図において、
６は定常分トルク指令発生回路、７は変動分トルク指令
発生回路、８は減算器であり、図５と同一番号は同一構
成部品を表す。以下、図１について説明する。定常分ト
ルク指令発生回路６は、回転計３より風車回転数Ｎを入
力して、図２に示す風車回転数に対する最大出力時トル
ク曲線が如き定常分トルク指令τn*を、減算器８に出力
する。変動分トルク指令発生回路７は、風車回転数Ｎを
入力し、その値を微分して変動分トルク指令Δτ*とし
て、減算器８に出力する。減算器８は、定常分トルク指
令τn*から変動分トルク指令Δτ*を減算して、トルク
指令τ*を生成し、このトルク指令τ*によりＰＷＭコン
バータ４が制御される。
【００１５】次にその作用について説明する。先ず、こ
の定常分トルク指令τn*により、定常的に風速Ｕが変化
しても、風車から、常に最大出力が取り出せる理由を、
図３の風速変動時の風車回転数Ｎと風車トルクτの定常
的動作を説明した図を参照して、以下に詳述する。例え
ば、風速がＵ１の時、最大出力時トルク曲線との交点Ｘ
１が、風車回転数Ｎとトルクτの動作点なので、風車回
転数がＮ１、及びトルクがτ１で、風車１は最大出力運
転されている。この時、急に、風速がＵ２に下降する
と、風速Ｕ２と風車回転数Ｎ１との交点はＸ４なので、
風から得られるトルクはτ４に減少するために、動作点
は交点Ｘ１から、交点Ｘ３へ最大出力時トルク曲線上を
移動する。すなわち、風車回転数Ｎは、Ｎ１からＮ２へ
減少し、トルクτはτ４からτ３へ増加して、交点Ｘ３
で最大出力運転される。
の定常分トルク指令τn*により、定常的に風速Ｕが変化
しても、風車から、常に最大出力が取り出せる理由を、
図３の風速変動時の風車回転数Ｎと風車トルクτの定常
的動作を説明した図を参照して、以下に詳述する。例え
ば、風速がＵ１の時、最大出力時トルク曲線との交点Ｘ
１が、風車回転数Ｎとトルクτの動作点なので、風車回
転数がＮ１、及びトルクがτ１で、風車１は最大出力運
転されている。この時、急に、風速がＵ２に下降する
と、風速Ｕ２と風車回転数Ｎ１との交点はＸ４なので、
風から得られるトルクはτ４に減少するために、動作点
は交点Ｘ１から、交点Ｘ３へ最大出力時トルク曲線上を
移動する。すなわち、風車回転数Ｎは、Ｎ１からＮ２へ
減少し、トルクτはτ４からτ３へ増加して、交点Ｘ３
で最大出力運転される。
【００１６】次に、例えば、風速がＵ３だと、最大出力
時トルク曲線との交点Ｘ５が、風車回転数Ｎとトルクτ
の動作点なので、風車回転数がＮ３、及びトルクがτ５
で、風車１は最大出力運転されている。この時、急に、
風速がＵ２に上昇すると、風速Ｕ２と風車回転数Ｎ３と
の交点はＸ２なので、風から得られるトルクはτ２に増
加するために、動作点は交点Ｘ５から、交点Ｘ３へ最大
出力時トルク曲線上を移動する。すなわち、風車回転数
Ｎは、Ｎ３からＮ２へ増加し、トルクτはτ５からτ３
へ増加して、交点Ｘ３で最大出力運転される。
時トルク曲線との交点Ｘ５が、風車回転数Ｎとトルクτ
の動作点なので、風車回転数がＮ３、及びトルクがτ５
で、風車１は最大出力運転されている。この時、急に、
風速がＵ２に上昇すると、風速Ｕ２と風車回転数Ｎ３と
の交点はＸ２なので、風から得られるトルクはτ２に増
加するために、動作点は交点Ｘ５から、交点Ｘ３へ最大
出力時トルク曲線上を移動する。すなわち、風車回転数
Ｎは、Ｎ３からＮ２へ増加し、トルクτはτ５からτ３
へ増加して、交点Ｘ３で最大出力運転される。
【００１７】次に、定常分トルク指令τn*から変動分ト
ルク指令Δτ*を減算したトルク指令τ*により、ＰＷＭ
コンバータ４を制御した時の、風速変動時の風車回転数
Ｎとトルクτの動作を、図２の本発明の風車回転数対風
車トルク特性を説明した図により説明する。例えば、風
速がＵ１の時、最大出力時トルク曲線との交点Ｘ１が、
風車回転数Ｎとトルクτの動作点なので、風車回転数が
Ｎ１、及びトルクがτ１で、風車１は最大出力運転され
ている。この時、急に、風速がＵ２に下降すると、風か
ら得られるトルクτは減少するために、風車回転数Ｎが
減少して、負の変動分トルク指令Δτ*が発生する。こ
の負の変動分トルク指令Δτ*の作用により、動作点は
交点Ｘ１から、交点Ｘ２へ、図２の一点鎖線上ではな
く、点線上を移動する。すなわち、風車回転数Ｎが、Ｎ
１からＮ２へ減少する時、最大出力時トルク曲線上を移
動するより大きなトルクτが印加されるので、速く交点
Ｘ２へ移動する事ができる。
ルク指令Δτ*を減算したトルク指令τ*により、ＰＷＭ
コンバータ４を制御した時の、風速変動時の風車回転数
Ｎとトルクτの動作を、図２の本発明の風車回転数対風
車トルク特性を説明した図により説明する。例えば、風
速がＵ１の時、最大出力時トルク曲線との交点Ｘ１が、
風車回転数Ｎとトルクτの動作点なので、風車回転数が
Ｎ１、及びトルクがτ１で、風車１は最大出力運転され
ている。この時、急に、風速がＵ２に下降すると、風か
ら得られるトルクτは減少するために、風車回転数Ｎが
減少して、負の変動分トルク指令Δτ*が発生する。こ
の負の変動分トルク指令Δτ*の作用により、動作点は
交点Ｘ１から、交点Ｘ２へ、図２の一点鎖線上ではな
く、点線上を移動する。すなわち、風車回転数Ｎが、Ｎ
１からＮ２へ減少する時、最大出力時トルク曲線上を移
動するより大きなトルクτが印加されるので、速く交点
Ｘ２へ移動する事ができる。
【００１８】さらに、風速がＵ２の時、最大出力時トル
ク曲線との交点Ｘ２が、風車回転数Ｎとトルクτの動作
点なので、風車回転数がＮ２、及びトルクがτ２で、風
車１は最大出力運転されている。この時、急に、風速が
Ｕ１に上昇すると、風から得られるトルクτは増加する
ために、風車回転数Ｎが増加して、正の変動分トルク指
令Δτ*が発生する。この正の変動分トルク指令Δτ*の
作用により、動作点は交点Ｘ２から、交点Ｘ１へ、図２
に示す点線上を移動する。すなわち、風車回転数Ｎは、
Ｎ２からＮ１へ増加する時、最大出力時トルク曲線上を
移動するより小さなトルクτが印加されるので、速く交
点Ｘ１へ移動して、最大出力運転状態に長く留まる事が
できる。従って、風速Ｕの変動に対して、常に、応答性
良く最大電力を取り出す事ができる。
ク曲線との交点Ｘ２が、風車回転数Ｎとトルクτの動作
点なので、風車回転数がＮ２、及びトルクがτ２で、風
車１は最大出力運転されている。この時、急に、風速が
Ｕ１に上昇すると、風から得られるトルクτは増加する
ために、風車回転数Ｎが増加して、正の変動分トルク指
令Δτ*が発生する。この正の変動分トルク指令Δτ*の
作用により、動作点は交点Ｘ２から、交点Ｘ１へ、図２
に示す点線上を移動する。すなわち、風車回転数Ｎは、
Ｎ２からＮ１へ増加する時、最大出力時トルク曲線上を
移動するより小さなトルクτが印加されるので、速く交
点Ｘ１へ移動して、最大出力運転状態に長く留まる事が
できる。従って、風速Ｕの変動に対して、常に、応答性
良く最大電力を取り出す事ができる。
【００１９】上記の最大出力時トルクと、その時の風車
回転数Ｎとの間の関係を表す最大出力時トルク曲線は、
実際に風車を回しての測定や、風洞実験等によって求め
られ、風車の形状が決まると一義的に定める事ができ
る。しかしながら、図４に示すように、風速Ｕと、風車
が最高出力する風車回転数及び風車最高出力との間に
は、概略次のような関係がある。風車が、風速Ｕｘで最
高出力する風車回転数Ｎｘと、風速Ｕｙでの風車が最高
出力する風車回転数Ｎｙの間には、風速Ｕに比例する関
係があり、又、風速Ｕｘでの風車最高出力Ｐｘと、風速
Ｕｙでの風車最高出力Ｐｙの間には、風速Ｕの３乗に比
例する関係がある。従って、図２に示すように、風速Ｕ
１での風車回転数Ｎ１における風車トルクτ１と、風速
Ｕ２での風車回転数Ｎ２における風車トルクτ２の間に
は、風車回転数Ｎの２乗に比例する関係がある。
回転数Ｎとの間の関係を表す最大出力時トルク曲線は、
実際に風車を回しての測定や、風洞実験等によって求め
られ、風車の形状が決まると一義的に定める事ができ
る。しかしながら、図４に示すように、風速Ｕと、風車
が最高出力する風車回転数及び風車最高出力との間に
は、概略次のような関係がある。風車が、風速Ｕｘで最
高出力する風車回転数Ｎｘと、風速Ｕｙでの風車が最高
出力する風車回転数Ｎｙの間には、風速Ｕに比例する関
係があり、又、風速Ｕｘでの風車最高出力Ｐｘと、風速
Ｕｙでの風車最高出力Ｐｙの間には、風速Ｕの３乗に比
例する関係がある。従って、図２に示すように、風速Ｕ
１での風車回転数Ｎ１における風車トルクτ１と、風速
Ｕ２での風車回転数Ｎ２における風車トルクτ２の間に
は、風車回転数Ｎの２乗に比例する関係がある。
【００２０】この結果、最大出力時トルク曲線を、各風
速に対して求めるのでは無く、定格風速Ｕｒにおける、
定格風車回転数Ｎｒと、その時の定格風車トルクτｒを
求めておき、その値を起点として、風車回転数が下がる
方向に２乗低減する最大出力時トルク曲線としても十分
に実用的である。
速に対して求めるのでは無く、定格風速Ｕｒにおける、
定格風車回転数Ｎｒと、その時の定格風車トルクτｒを
求めておき、その値を起点として、風車回転数が下がる
方向に２乗低減する最大出力時トルク曲線としても十分
に実用的である。
【００２１】以上、本発明の実施例では、回転計３より
風車回転数Ｎを検出する場合について説明したが、風車
発電機２に接続されるＰＷＭコンバータ４の電圧・電流
によるセンサーレス方式でも、風車回転数Ｎを検出でき
るので、その値を用いても良い。さらに、発電機は、同
期発電機だけでなく、図２の風車回転数対風車トルク特
性の最大出力時トルク曲線との関係を把握すれば、誘導
発電機を用いても良い。又、ピッチ角制御する風車に対
しては、種々の風速において、任意のピッチ角と、最大
出力となる風車回転数対風車トルク特性の関係を把握し
ておけば、同様に最大出力制御を行える。
風車回転数Ｎを検出する場合について説明したが、風車
発電機２に接続されるＰＷＭコンバータ４の電圧・電流
によるセンサーレス方式でも、風車回転数Ｎを検出でき
るので、その値を用いても良い。さらに、発電機は、同
期発電機だけでなく、図２の風車回転数対風車トルク特
性の最大出力時トルク曲線との関係を把握すれば、誘導
発電機を用いても良い。又、ピッチ角制御する風車に対
しては、種々の風速において、任意のピッチ角と、最大
出力となる風車回転数対風車トルク特性の関係を把握し
ておけば、同様に最大出力制御を行える。
【００２２】
【発明の効果】以上、風車により駆動される発電機に接
続されるＰＷＭコンバータを用いて、風車回転数及びそ
の微分値に基づいたトルク制御により、最大出力を取り
出すための制御方法及びその装置について説明した。こ
の制御方法及びその装置によれば、風速計を必要とせ
ず、応答性良く、風速に見あった最大出力を風車より出
力できるので、実用上おおいに有用である。
続されるＰＷＭコンバータを用いて、風車回転数及びそ
の微分値に基づいたトルク制御により、最大出力を取り
出すための制御方法及びその装置について説明した。こ
の制御方法及びその装置によれば、風速計を必要とせ
ず、応答性良く、風速に見あった最大出力を風車より出
力できるので、実用上おおいに有用である。
【図１】本発明の、風力発電装置接続図を示すブロック
図である。
図である。
【図２】本発明の風車回転数対風車トルク特性を説明す
る図である。
る図である。
【図３】風速変動時の風車回転数と風車トルクの定常的
動作を説明する図である。
動作を説明する図である。
【図４】風速をパラメータとした時の、風車回転数対風
車出力特性の概要を説明する図である。
車出力特性の概要を説明する図である。
【図５】従来の風力発電装置接続図を示すブロック図で
ある。
ある。
１ 風車
２ 発電機
３ 回転計
４ ＰＷＭコンバータ
５ 負荷
６ 定常分トルク指令発生回路
７ 変動分トルク指令発生回路
８ 減算器
９ 風速計
１０ 出力制御装置
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB04 BB11 CC01
CC22 CC52 CC73
5H590 AA21 CA14 CC01 CD01 EA13
EB18 FA08 FB02 FC12 HA27
HB07
Claims (2)
- 【請求項１】 風車により駆動される発電機の出力に接
続したＰＷＭコンバータにおいて、前記風車の風車回転
数を検出し、前記風車の風車最大出力となる風車回転数
に対する定常分トルクから、前記風車回転数の微分値よ
り求める変動分トルクを減算して求めるトルク指令値に
基づいて、前記風車より最大出力を得るように前記発電
機のトルク制御を行う事を特徴とする風力発電における
ＰＷＭコンバータの制御方法。 - 【請求項２】 風車により駆動される発電機の出力に接
続したＰＷＭコンバータにおいて、前記風車の風車回転
数を検出して風車の風車最大出力となる風車回転数に対
する定常分トルクを求める定常分トルク指令発生手段
と、前記風車回転数の微分値を算出して変動分トルクを
求める変動分トルク指令発生手段と、前記定常分トルク
指令発生手段の出力から前記変動分トルク指令発生手段
の出力を減算してトルク指令値を算出する減算手段から
構成される事を特徴とする風力発電におけるＰＷＭコン
バータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059773A JP2003259694A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 風力発電におけるｐｗｍコンバータの制御方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059773A JP2003259694A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 風力発電におけるｐｗｍコンバータの制御方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003259694A true JP2003259694A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28669337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002059773A Pending JP2003259694A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 風力発電におけるｐｗｍコンバータの制御方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003259694A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005151641A (ja) * | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Yaskawa Electric Corp | 発電機の始動方法 |
| JP2011041392A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Tdk Corp | スイッチング電源装置、発電機および電力供給装置 |
| JP2013233045A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | Meidensha Corp | 風車の過速抑制制御方法とその装置 |
| JP2015501128A (ja) * | 2011-12-19 | 2015-01-08 | ゼットビービー エナジー コーポレーション | 多相交流機の低速制御のためのシステムおよび方法 |
| CN108288931B (zh) * | 2017-12-29 | 2021-01-29 | 华润电力风能（阳江）有限公司 | 一种控制方法及控制装置 |
-
2002
- 2002-03-06 JP JP2002059773A patent/JP2003259694A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005151641A (ja) * | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Yaskawa Electric Corp | 発電機の始動方法 |
| JP4501104B2 (ja) * | 2003-11-12 | 2010-07-14 | 株式会社安川電機 | 発電機の始動方法及び発電装置 |
| JP2011041392A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Tdk Corp | スイッチング電源装置、発電機および電力供給装置 |
| JP2015501128A (ja) * | 2011-12-19 | 2015-01-08 | ゼットビービー エナジー コーポレーション | 多相交流機の低速制御のためのシステムおよび方法 |
| JP2013233045A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | Meidensha Corp | 風車の過速抑制制御方法とその装置 |
| CN108288931B (zh) * | 2017-12-29 | 2021-01-29 | 华润电力风能（阳江）有限公司 | 一种控制方法及控制装置 |
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