JP2004064929A

JP2004064929A - Output leveling control circuit for pwm converter in wind power generation

Info

Publication number: JP2004064929A
Application number: JP2002221715A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shioda; 塩田　剛; Keiichi Uesono; 上園　恵一
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: JP4093815B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an output standardizing control circuit for a PWM converter in a wind power generation changing the PWM converter control from the control based on a wind speed to the control based on a windmill rotational speed, without any need for an anemometer, fetching a maximum output from a wind when the wind speed is low, and fetching the output levelly when the wind speed is high. <P>SOLUTION: In the PWM converter connected with the output of a generator driven by the windmill, this output standardizing control circuit is a control circuit comprising a means of outputting a primary delay time constant determined by the magnitude of the windmill rotational speed, a means of outputting a standardizing windmill rotational command by inputting the windmill rotational speed and the primary delay time constant, a means of outputting a torque command value based on a maximum output torque curve by inputting the standardizing windmill rotation constant, and a means of controlling the torque of the generator by the torque command value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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コンバータより取り出す出力を平準化するための制御回路に係り、特に、平均風速が高くて風速が変動している時には出力を平準化し、風速非変動時には、風より最大出力を取り出すことができる、風力発電におけるＰＷＭコンバータの出力平準化制御回路に関する。
【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、平準化した最大電力を取り出すための出力制御回路については、公知である。
以下に、風車により駆動される発電機より、平準化最大出力を取り出す従来の制御回路を、図４の従来の風力発電装置接続図を参照して詳述する。
図４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。ここで、発明の課題として取り上げる負荷５とは、直流を交流に変換して出力する、電源系統のことである。
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３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３の実線で示される。そして、風車出力Ｐのピークは、図３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３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において風車最高出力Ｐｙとなる。
【０００５】
図４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４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ＰＷＭ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】
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コンバータ４を用いて、機械的な遅れを有する風速計から求めた平均風速Ｕａから、（１）式により求まる風車最大出力Ｐを得る発電機電流Ｉになるように、ＰＷＭコンバータ４を制御しているために、風から得られるエネルギーをある程度平準化して、負荷５である電源系統への出力変動が抑制できる。
しかし、平均風速Ｕａを用いているので、風のエネルギーは風速の３乗に比例するということを考慮すると、風のエネルギーを有効に取り出せていない。
【０００８】
又、非変動風速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を測定することが必要である。
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。
【０００９】
さらに、風速の高い時には、風からのエネルギーを平準化して系統に出力することができるが、風速の低い時には、風からのエネルギーが小さいために、むしろ平準化しないで風からの最大出力を電源系統に出力する必要があるが、風速計の検出遅れのために、常に最大出力を取り出せるとは言え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、風速の低い時には風から最大出力を取り出し、風速の高い時には出力を平準化して取り出す風力発電におけるＰＷＭコンバータによる出力平準化制御回路を提供することである。
【００１０】
【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た風車回転数に対するトルクで運転すれば良い。
すなわち、非変動的な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Ｎ１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。
【００１１】
しかし、この方法で風車トルク指令を作成すると、変動風速に対しては、取り出す出力も変動することになり、特に、平均風速が高い時には、負荷である系統に与える出力変動が大きなものになる。従って、平均風速が高い状態で風速が変動する場合には、実際の風車回転数に対して、長い時定数を有する１次遅れから求めた平準化風車回転数指令に基づいた風車トルク指令値で運転することにより、風からのエネルギーの一部を、大きなイナ−シャを有する風車回転数の上昇という形で蓄えて、系統には平準化して出力することができる。
又、平均風速が低い状態で風速が変動する場合には、実際の風車回転数に対して、短い時定数を有する１次遅れから求めた平準化風車回転数指令に基づいた風車トルク指令値で運転することにより、風から最大エネルギーを得て、系統に出力することができる。
【００１２】
従って、本発明では、風車回転数に対して可変１次遅れ時定数を有する、１次遅れ回路より求めた平準化風車回転数指令に基づいて、図２の最大出力時トルク曲線上の風車トルク指令を求め、この風車トルク指令により、ＰＷＭコンバータを制御することにより、高風速時は平準化した出力を取り出し、低風速時は最大出力を取り出すものである。
【００１３】
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する手段と、該風車回転数の１次遅れ信号を平準化風車回転数指令として出力する手段と、該平準化風車回転数指令を入力して前記風車の最大出力トルク曲線に基づいてトルク指令値を出力する手段と、該トルク指令値により前記発電機のトルク制御を行うことを特徴とするＰＷＭコンバータの出力平準化制御回路である。
【００１４】
２）、請求項２において、
前記風車回転数１次遅れ信号を平準化風車回転数指令として出力する手段で用いる１次遅れ時定数を、前記風車回転数の大小により可変することを特徴とする請求項１記載の風力発電におけるＰＷＭコンバータの出力平準化制御回路である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１５】
【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１次遅れ時定数発生回路、７は１次遅れ回路、８はトルク指令発生回路であり、図４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。
１次遅れ時定数発生回路６は、回転計３より風車回転数Ｎを入力して、１次遅れ時定数Ｔ１を、１次遅れ回路７に出力する。
１次遅れ回路７は、風車回転数Ｎと１次遅れ時定数Ｔ１を入力し、風車回転数Ｎの１次遅れ信号を、平準化風車回転数指令Ｎ＊としてトルク指令発生回路８に出力する。
トルク指令発生回路８は、平準化風車回転数指令Ｎ＊を入力して、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。
【００１６】
次ぎにその作用について説明する。
先ず、１次遅れ時定数発生回路６は、例えば、実際の風車回転数Ｎに比例した１次遅れ時定数Ｔ１を、すなわち、実際の風車回転数Ｎが大きい場合は大きな１次遅れ時定数Ｔ１を、実際の風車回転数Ｎが小さい場合は小さな１次遅れ時定数Ｔ１を、１次遅れ回路７に出力する。
１次遅れ回路７は、実際の風車回転数Ｎと１次遅れ時定数Ｔ１を入力して、入力した１次遅れ時定数Ｔ１を用いて演算された、実際の風車回転数Ｎの１次遅れ信号を平準化風車回転数指令Ｎ＊として、トルク指令発生回路８に出力する。
トルク指令発生回路８は、予め入力されている、図２の最大出力時トルク曲線に基づいて、平準化風車回転数指令Ｎ＊を横軸の風車回転数に読み替えて求めた、縦軸のトルク値を、トルク指令τ＊としてＰＷＭコンバータ４に出力する。
【００１７】
このようなトルク指令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。
風速がゆっくりと、風速Ｕ１と風速Ｕ２の間を変動する時は、風速Ｕ１と最大出力時トルク曲線との交点Ｘ１と、風速Ｕ２との交点Ｘ２との間を、最大出力時トルク曲線上のトルクにより、風車１は最大出力運転される。
平均風速が小さい時には、１次遅れ回路７で用いる１次遅れ時定数Ｔ１が小さいために、風速変動があっても、上記動作とほぼ同じで、最大出力時トルク曲線上のトルクにより、風車１は出力変動を伴った最大出力で運転される。
【００１８】
次に、平均風速が大きな時の風速変動について説明する。
この時は、実際のトルクτと風車回転数Ｎとの関係は、概略、図２の交点Ｘ１と交点Ｘ２とを結ぶ点線で示すヒステリシス線上にある。
例えば、風速がＵ１の時、最大出力時トルク曲線との交点Ｘ１で、風車１は最大出力運転されている時、風速がＵ２に向かって下降すると、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ＰＷＭコンバータ４の出力が減少する。
しかし、１次遅れ回路７の作用により、平準化風車回転数指令Ｎ＊がそれほど減少しないために、トルク指令τ＊がそれほど減少せず、ＰＷＭコンバータ４の出力も、それほど減少しない。この間は、風車のイナ−シャに蓄えられていたエネルギーをＰＷＭコンバータ４の出力として放出したためであり、実際の風車回転数Ｎの減少は、風速Ｕの減少割合より大きい。
従って、風速がＵ２に下降してしまった時には、１次遅れ時定数Ｔ１のために、図２の風速Ｕ２における最大出力時動作点Ｘ２で運転されているのではなく、実際の風車回転数Ｎは、Ｎ２より減少しているが、風速がＵ２に落ち着くと共に、最大出力時動作点Ｘ２で運転される。
【００１９】
又、風速がＵ２で、最大出力時トルク曲線との交点Ｘ２で、風車１は最大出力運転されている時、風速がＵ１に向かって上昇すると、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ＰＷＭコンバータ４の出力が増加する。
しかし、１次遅れ回路７の作用により、平準化風車回転数指令Ｎ＊がそれほど増加しないために、トルク指令τ＊がそれほど増加せず、ＰＷＭコンバータ４の出力も、それほど増加しない。これは、風車のイナ−シャにエネルギーを蓄えたためであり、実際の風車回転数Ｎの増加は、風速Ｕの増加割合より大きい。
従って、１次遅れ時定数Ｔ１のために、風速がＵ１に上昇してしまった時には、図２の風速Ｕ１における最大出力時動作点Ｘ１で運転されているのではなく、実際の風車回転数Ｎは、Ｎ１より増加しているが、風速がＵ１に落ち着くと共に、最大出力時動作点Ｘ１で運転される。
このようにして、平均風速が大きな時の風速Ｕの変動に対しては、実際の風車回転数Ｎの変動は大きくなり、風速に対する最適な回転数，例えば図３において風速Ｕｘの時の風車回転数Ｎｘで運転されないために取り出すエネルギーが減少するが、ＰＷＭコンバータ４の出力変動を抑制することができる。
【００２０】
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ことができる。
しかしながら、図３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Ｕ１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。
【００２１】
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なく、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。
【００２２】
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。
【００２３】
【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、風車回転数の１次遅れ信号に基づいたトルク制御により、出力を平準化して取り出すための制御回路について説明した。
この回路によれば、風速計９を必要とせず、低風速時は応答性良く、風速に見合った最大出力を風車より出力でき、高風速時は、風車イナ−シャに蓄えるという形で、風速変動に対する出力変動を抑制して出力できるので、実用上多いに有用である。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図３】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。
【図４】従来の風力発電装置接続図を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　　　風車
２　　　　　　発電機
３　　　　　　回転計
４　　　　　　ＰＷＭコンバータ
５　　　　　　負荷
６　　　　　　１次遅れ時定数発生回路
７　　　　　　１次遅れ回路
８　　　　　　トルク指令発生回路
９　　　　　　風速計
１０　　　　　出力制御装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control circuit for leveling an output taken from a PWM converter connected to a generator driven by a wind turbine, and in particular, leveling the output when the average wind speed is high and the wind speed is fluctuating, The present invention relates to an output leveling control circuit for a PWM converter in wind power generation, which can extract the maximum output from the wind when the wind speed does not fluctuate.
[0002]
[Prior art]
An output control circuit for converting an alternating current into a direct current using a PWM converter from a generator connected to a windmill and extracting leveled maximum power is known.
Hereinafter, a conventional control circuit for extracting a leveled maximum output from a generator driven by a wind turbine will be described in detail with reference to a connection diagram of a conventional wind turbine generator shown in FIG.
In FIG. 4, 1 is a wind turbine, 2 is a generator, 3 is a tachometer, 4 is a PWM converter, 5 is a load, 9 is an anemometer, and 10 is an output control device.
[0003]
The AC side of the generator 2 driven by the wind turbine 1 is connected to the PWM converter 4, and the AC power of the generator 2 driven at a variable speed by the wind turbine 1 is converted into DC power by the PWM converter 4 and 5 is output. Here, the load 5 taken up as a subject of the invention is a power supply system that converts DC into AC and outputs the converted AC.
The windmill rotation speed N, which is the output of the tachometer 3 directly connected to the generator 2, and the wind speed U, which is the output of the anemometer 9, are output to the output control device 10. The output control device 10 was created by the following method. The current command I * is output to the PWM converter 4.
[0004]
FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the wind turbine rotation speed versus the wind turbine output characteristics when the wind speed is used as a parameter.
When the shape of the windmill and the wind speed U are determined, the windmill output P with respect to the windmill speed N is uniquely determined, and the windmill output P with respect to various wind speeds U is indicated by the solid line in FIG. Then, the peak of the wind turbine output P becomes like a maximum output curve indicated by a dashed line in FIG.
That is, in the wind turbine rotation speed versus wind turbine output characteristics in FIG. 3, when the wind speed is Ux, as shown at the intersection Sx between the wind turbine output curve of the wind speed Ux and the maximum output curve, the maximum output Px at the wind turbine rotation speed Nx is obtained. Become.
When the wind speed is Uy, the wind turbine maximum output Py is at the wind turbine rotation speed Ny.
[0005]
The output control device 10 in FIG. 4 receives the wind speed U from the anemometer 9 to obtain an average wind speed Ua, which matches the maximum output curve stored in the output control device 10 as shown in FIG. , The maximum wind turbine output P with respect to the average wind speed Ua.
Next, from the maximum wind turbine output P, a generator current I shown in the expression (1) is obtained, and this generator current I is output to the PWM converter 4 as a current command I *, and the variable frequency voltage of the PWM converter 4 is used. The generator 2 was controlled, and as a result, the windmill 1 directly connected to the generator 2 was controlled.
[0006]
Wind turbine maximum output (P) = constant (K) × wind turbine rotation speed (N) × generator current (I) (1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, using the PWM converter 4 connected to the generator 2 driven by the wind turbine 1, the wind turbine maximum output P obtained by the equation (1) from the average wind speed Ua obtained from the anemometer having a mechanical delay. Since the PWM converter 4 is controlled so that the generator current I is obtained, the energy obtained from the wind can be leveled to some extent, and the output fluctuation to the power supply system as the load 5 can be suppressed.
However, since the average wind speed Ua is used, it is not possible to effectively extract the wind energy, considering that the wind energy is proportional to the cube of the wind speed.
[0008]
In order to obtain a maximum output proportional to the cube of the wind speed from the non-variable wind speed U, it is necessary to accurately measure the wind speed U.
However, in general, there is a problem that the anemometer 9 installed near the windmill cannot measure an accurate wind speed due to the effect of the rotating windmill.
[0009]
Furthermore, when the wind speed is high, the energy from the wind can be leveled and output to the grid, but when the wind speed is low, the energy from the wind is small. Although it is necessary to output the power to the system, there is a problem that the maximum output cannot always be taken out due to the detection delay of the anemometer.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to require an anemometer instead of control based on wind speed for PWM converter control instead of control based on windmill rotation speed. In other words, an object of the present invention is to provide an output leveling control circuit using a PWM converter in wind power generation, which extracts the maximum output from the wind when the wind speed is low, and levels out the output when the wind speed is high.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of a wind turbine rotation speed-wind turbine torque characteristic of the present invention.
Wind turbine torques for various wind speeds are shown in FIG.
At this time, at various wind speeds, the wind turbine torque at the time when the peak of the wind turbine output is output is as shown by the maximum output torque curve shown by the one-dot chain line in FIG. 2. In this case, the operation may be performed with the torque corresponding to the windmill rotation speed along the maximum output torque curve.
That is, in order to extract the maximum output from the non-variable wind, in FIG. 2, when the wind speed is U1, the wind turbine rotation speed N1 is obtained from the intersection X1 between the wind turbine torque characteristic at the wind speed U1 and the maximum output torque curve. , The motor is operated with the maximum output torque τ1.
When the wind speed is U2, the operation is performed at the maximum output torque τ2 at the windmill rotation speed N2.
[0011]
However, when the wind turbine torque command is created by this method, the output taken out also fluctuates with respect to the fluctuating wind speed, and particularly when the average wind speed is high, the output fluctuation given to the load system becomes large. Therefore, when the wind speed fluctuates in a state where the average wind speed is high, the wind turbine torque command value based on the leveled wind turbine speed command obtained from the first-order lag having a long time constant with respect to the actual wind turbine speed is used. By driving, a part of the energy from the wind can be stored in the form of an increase in the rotation speed of the windmill having a large inertia, and can be output to the system in a leveled manner.
When the wind speed fluctuates in a state where the average wind speed is low, a wind turbine torque command value based on a leveled wind turbine speed command obtained from a first-order lag having a short time constant with respect to the actual wind turbine speed is used. By driving, maximum energy can be obtained from the wind and output to the grid.
[0012]
Therefore, in the present invention, the wind turbine torque on the maximum output torque curve of FIG. 2 is based on the leveled wind turbine speed command obtained from the primary delay circuit having a variable first-order lag time constant with respect to the wind turbine speed. By obtaining a command and controlling the PWM converter in accordance with the wind turbine torque command, a leveled output is extracted at a high wind speed and a maximum output is extracted at a low wind speed.
[0013]
The present invention is based on the above-mentioned principle, and solves the above-mentioned problems, and a method and means for achieving the object include:
1) In claim 1,
A PWM converter connected to an output of a generator driven by the windmill, a means for detecting a windmill speed of the windmill, a means for outputting a first-order lag signal of the windmill speed as a leveling windmill speed command, Means for inputting the leveling wind turbine speed command and outputting a torque command value based on a maximum output torque curve of the wind turbine, and performing torque control of the generator based on the torque command value. Is an output leveling control circuit.
[0014]
2) In claim 2,
2. The wind power generation system according to claim 1, wherein a first-order lag time constant used in the means for outputting the wind turbine rotation speed first-order lag signal as a leveling wind turbine rotation speed command is varied according to the magnitude of the wind turbine rotation speed. This is an output leveling control circuit of the PWM converter.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a connection diagram of a wind power generator according to claims 1 and 2 in which a PWM converter is connected to a generator driven by a wind turbine according to the present invention.
6, reference numeral 6 denotes a first-order lag time constant generation circuit, 7 denotes a first-order lag circuit, 8 denotes a torque command generation circuit, and the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same components.
Hereinafter, FIG. 1 will be described.
The first-order lag time constant generation circuit 6 receives the windmill rotation speed N from the tachometer 3 and outputs a first-order lag time constant T1 to the first-order lag circuit 7.
The primary delay circuit 7 receives the wind turbine rotation speed N and the primary delay time constant T1, and outputs a primary delay signal of the wind turbine rotation speed N to the torque command generation circuit 8 as a leveled wind turbine rotation speed command N *. .
The torque command generation circuit 8 receives the leveling wind turbine speed command N *, generates a torque command τ *, and controls the PWM converter 4 by the torque command τ *.
[0016]
Next, the operation will be described.
First, the first-order lag time constant generation circuit 6 generates, for example, a first-order lag time constant T1 proportional to the actual windmill speed N, that is, a large first-order lag time constant T1 when the actual windmill speed N is large. Is output to the first-order lag circuit 7 when the actual windmill rotation speed N is small.
The primary delay circuit 7 receives the actual wind turbine rotation speed N and the primary delay time constant T1 and calculates the primary delay of the actual wind turbine rotation speed N calculated using the input primary delay time constant T1. The signal is output to the torque command generation circuit 8 as a leveling wind turbine speed command N *.
The torque command generating circuit 8 reads the leveled wind turbine speed command N * based on the maximum output torque curve in FIG. The value is output to the PWM converter 4 as a torque command τ *.
[0017]
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the wind turbine speed N and the torque τ when the wind speed fluctuates when the PWM converter 4 is controlled by such a torque command τ *. This will be described below.
When the wind speed slowly fluctuates between the wind speed U1 and the wind speed U2, an intersection X1 between the wind speed U1 and the maximum output torque curve and an intersection X2 between the wind speed U2 and the maximum output torque curve Due to the torque, the wind turbine 1 is operated at the maximum output.
When the average wind speed is low, the primary delay time constant T1 used in the primary delay circuit 7 is small, so that even if there is a fluctuation in wind speed, the operation is almost the same as the above-mentioned operation. Is operated at the maximum output with output fluctuation.
[0018]
Next, a description will be given of wind speed fluctuation when the average wind speed is high.
At this time, the relationship between the actual torque τ and the windmill rotation speed N is roughly on a hysteresis line indicated by a dotted line connecting the intersection X1 and the intersection X2 in FIG.
For example, when the wind speed is U1, at the intersection X1 with the maximum output torque curve, when the wind turbine 1 is operating at the maximum output and the wind speed decreases toward U2, the torque τ obtained from the wind decreases. As a result, the wind turbine speed N decreases, and the output of the PWM converter 4 decreases.
However, since the leveling wind turbine speed command N * does not decrease so much due to the operation of the primary delay circuit 7, the torque command τ * does not decrease so much, and the output of the PWM converter 4 does not decrease so much. During this time, the energy stored in the inertia of the wind turbine was released as the output of the PWM converter 4, and the actual decrease in the wind turbine speed N is greater than the decrease rate of the wind speed U.
Therefore, when the wind speed drops to U2, the wind turbine is not operated at the maximum output operating point X2 at the wind speed U2 in FIG. Is lower than N2, but the wind speed is settled at U2 and the operation is performed at the maximum output operation point X2.
[0019]
In addition, when the wind speed is U2, the intersection X2 with the maximum output torque curve, and the wind turbine 1 is operating at the maximum output and the wind speed increases toward U1, the torque τ obtained from the wind increases. The wind turbine rotation speed N increases and the output of the PWM converter 4 increases.
However, since the leveling wind turbine speed command N * does not increase so much due to the operation of the primary delay circuit 7, the torque command τ * does not increase so much, and the output of the PWM converter 4 does not increase so much. This is because energy is stored in the inertia of the wind turbine, and the actual increase in the wind turbine speed N is greater than the increase rate of the wind speed U.
Therefore, when the wind speed has increased to U1 due to the first-order lag time constant T1, it is not operating at the maximum output operating point X1 at the wind speed U1 in FIG. Is increased from N1, but the wind speed is settled at U1, and the operation is performed at the maximum output operation point X1.
In this manner, the fluctuation of the actual wind turbine speed N becomes large with respect to the fluctuation of the wind speed U when the average wind speed is large, and the optimum rotation speed with respect to the wind speed, for example, the wind turbine rotation at the wind speed Ux in FIG. Since the operation is not performed at the number Nx, the energy taken out decreases, but the output fluctuation of the PWM converter 4 can be suppressed.
[0020]
The maximum output torque curve representing the relationship between the above-described maximum output torque and the wind turbine rotation speed N at that time is obtained by measurement by actually rotating the wind turbine, a wind tunnel experiment, or the like, and the shape of the wind turbine is determined. And can be uniquely determined.
However, as shown in FIG. 3, the following relationship is generally established between the wind speed U, the windmill rotation speed at which the windmill outputs the maximum power, and the windmill maximum output.
There is a relationship between the wind turbine speed Nx at which the wind turbine outputs the highest wind speed Ux and the wind turbine speed Ny at which the wind turbine outputs the highest wind speed Uy, which is proportional to the wind speed U. There is a relationship between the output Px and the wind turbine maximum output Py at the wind speed Uy that is proportional to the cube of the wind speed U.
Therefore, as shown in FIG. 2, between the windmill torque τ1 at the windmill speed N1 at the wind speed U1 and the windmill torque τ2 at the windmill speed N2 at the wind speed U2 is proportional to the square of the windmill speed N. Have a relationship.
[0021]
As a result, the maximum output torque curve is not determined for each wind speed, but the rated wind turbine rotation speed Nr at the rated wind speed Ur and the rated wind turbine torque τr at that time are determined. It is sufficiently practical as a maximum output torque curve in which the square decreases in the direction in which the rotational speed decreases.
[0022]
As described above, in the embodiment of the present invention, the case where the wind turbine speed N is detected by the tachometer 3 has been described. However, even in the sensorless system using the voltage and current of the PWM converter 4 connected to the wind turbine generator 2, the wind turbine speed N Can be detected, and that value may be used.
Further, not only the synchronous generator but also an induction generator may be used as long as the relationship between the wind turbine speed and the maximum output torque curve of the wind turbine torque characteristic shown in FIG. 2 is grasped.
[0023]
【The invention's effect】
The control circuit for leveling and extracting the output by the torque control based on the first-order lag signal of the rotation speed of the windmill using the PWM converter connected to the generator driven by the windmill has been described above.
According to this circuit, the wind speed meter 9 is not required, the response is good at low wind speed, the maximum output corresponding to the wind speed can be output from the wind turbine, and the wind speed is stored in the wind turbine inertia at high wind speed. Since the output can be suppressed while suppressing the output fluctuation with respect to the fluctuation, it is practically useful.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a connection diagram of a wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a wind turbine rotation speed-wind turbine torque characteristic of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of wind turbine rotation speed versus wind turbine output characteristics when a wind speed is used as a parameter.
FIG. 4 is a block diagram showing a connection diagram of a conventional wind turbine generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Windmill 2 Generator 3 Tachometer 4 PWM converter 5 Load 6 Primary delay time constant generation circuit 7 Primary delay circuit 8 Torque command generation circuit 9 Anemometer 10 Output control device

Claims

A PWM converter connected to an output of a generator driven by the windmill, a means for detecting a windmill speed of the windmill, a means for outputting a first-order lag signal of the windmill speed as a leveling windmill speed command, Means for inputting the leveling wind turbine speed command and outputting a torque command value based on a maximum output torque curve of the wind turbine, and performing torque control of the generator based on the torque command value. The output leveling control circuit of the PWM converter in the above.

2. The wind power generator according to claim 1, wherein a first-order lag time constant used in a means for outputting the first-order lag signal of the windmill rotation speed as a leveling windmill rotation speed command is varied depending on the magnitude of the windmill rotation speed. The output leveling control circuit of the PWM converter in the above.