JP2005192395A - 風力装置の運転方法と風力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電力を電気使用者、特に配電網に出力するようにロータによって駆動される発電機を備える風力装置を運転する方法と、ロータと、ロータに連結されて電力を電気使用者、特に配電網に出力する発電機とを備える風力装置において、電気使用者、特に配電網における電圧の過度の変動と風力装置の望ましくない運転停止を防止する。
【解決手段】 風力発電機によって配電網に出力される電力が、配電網の印加配電網電圧に応じて調整される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電力を電気使用者、特に配電網に出力するようにロータによって駆動される発電機を備える風力装置を運転する方法に関する。
本発明は、更に、ロータと、ロータに連結されて電力を電気使用者、特に配電網に出力する発電機とを備える風力装置に関する。
風力から電気エネルギーを発生する公知の風力装置では、発電機が、電気使用者、しばしば配電網と並列に運転される。風力装置の運転では、発電機によって供給される電力は、現在の風速、従って、風力に従って変動する。この結果、発電機電圧は風力に応じて変動し得る。これは以下の問題を生じる。
発生した電力を配電網、例えば、公共配電網に供給する場合、発電機電力が配電網に供給される接続点又は配電網接続点において配電網電圧が上昇する。特に、発電機電圧の変動が大きい場合、配電網電圧の望ましくない大きな変化が生じる。
特殊な状況下では、配電網の配電網電圧が望ましくない程高い値まで上昇することが起こり得る。これは、特に、電気使用者の側が消費する電力が非常に少ない一方、大電力が配電網に入力されている場合である。このような状況は、例えば、家庭での電力消費が極めて少ない一方、強風により風力変換器が対応する大電力を配電網に提供する夜に起こり得る。もし配電網又は風力装置の配電網接続点での電圧が所定値を超えて上昇すると、風力装置とその発電機を配電網から切断しなければならないと共に、電力を最早消費できないので、風力装置を配電網から完全に遮断しなければならない。このような遮断は、風力装置の運転者と配電網の運転者の立場からも同様に望ましくない電力の供給の遮断を生む。
特許文献１、特許文献２と特許文献３から、風力装置や太陽光発電機等の装置では、その装置によって供給される電力が変動し、そのため配電網への電力の供給において上記の問題が生じることが一般的に知られている。
ドイツ特許明細書第３６８７９９号 ドイツ特許公開公報第４４２８０８５号 ドイツ特許公開公報第３０２３１９５号
本発明の目的は、従来技術の欠点を防止すると共に、電気使用者、特に、配電網における電圧の過度の変動と風力装置の望ましくない運転停止を防止する、風力装置を運転する方法と風力装置を提供することである。
冒頭に記載した種類の方法において、本発明の目的は、風力発電機によって配電網に出力される電力が、配電網の印加配電網電圧に応じて調整されることにより達成される。
冒頭に記載した型式の装置において、本発明の目的は、電気使用者に印加される電圧、例えば、配電網電圧を検出する検電器を有する調整装置を設けて、発電機によって電気使用者に出力される電力が、検電器で検出された電圧に応じて調整されることにより達成される。
上記したように、エネルギー発生において、発生し得るエネルギーの変動が有り得て、風力に依存する風力装置の場合は避けられない。しかしながら、これらの変動が本発明の出発点ではない。むしろ、本発明は、電力消費の変動は電気使用者の側でも生じて、結果として配電網電圧が変動するという問題に取組む。電気機器、特に、コンピュータの危険な電圧変動に対する保護が、しばしば不十分であるので、このような配電網電圧が危険であることが知られている。従って、本発明では、エネルギーの供給において、発電機側のエネルギー発生の変動のみならず電気使用者側の変動も考慮に入れて、供給電圧が給電点において所望の基準値に調整される。
本発明は、発電機の出力電力を電気使用者又は配電網の電圧に応じて調整することにより、電気使用者に印加される電圧、特に、配電網の電圧の望ましくない変動を防止する。これにより、風力の変化で生じ得る望ましくない電圧変動も防止される。
本発明の別の利点は、風力が極めて大きく変化する場合でも、配電網での変動を防止するために、風力装置を運転停止する必要が無いことである。本発明によれば、風力が大きく変化しても、配電網電圧の変化を生じること無く風力装置の運転が続けられる。そのために、本発明にかかる調整装置は、電気使用者又は配電網における電圧を検出する検電器を備える。
更に、本発明では、風力が一定の場合、配電網に接続された電気使用者の何人かが配電網から一時的に大電力を消費することにより電圧が変動し得るので、配電網電圧の変動を給電用の配電網において規則的に補償することができる。このような電圧低下の場合、本発明にかかる風力装置は、より大きな電力を配電網に供給して、電圧変動を補償できる。このために、例えば、本発明で検出される配電網電圧値に基づいて、供給電圧が風力装置と配電網の間のインタフェースにおいて高められる。
本発明の方法の好ましい実施形態によれば、供給電圧を所望の基準値に調整することにより、出力電力が調整される。この場合、前述したように配電網に接続されたある電気使用者が大電力を必要とする時に、配電網電圧の補償を特に簡単に行うことができる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、電圧は、設定自在の周波数を有する交流電圧として供給される。このようにして、供給電力は配電網の状態に適合させられ、その結果、配電網周波数が影響を受ける。設定自在の周波数は、望ましくは配電網周波数に対応する。
本発明にかかる風力装置は、マイクロプロセッサを有する調整装置を有利に備えて、ディジタル調整を行うことができる。
以下に、本発明を、風力装置を運転する方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に概略的に示すように、ロータ４を備える風力装置２は、例えば、公共配電網であり得る配電網６に接続されている。複数の電気使用者８が配電網６に接続されている。
風力装置２の発電機１２（図２）が電気制御調整装置１０に接続されている。電気制御調整装置１０は、最初に、発電機１２に発生された交流を整流し、次に、それを配電網周波数に対応する交流電圧に変換する。配電網６の代りに、風力装置２から個々の電気使用者８に電力を供給することもできる。電気制御調整装置１０は、本発明にかかる調整装置を有する。図１に示すように、配電網給電点２１が配電網６の入口に設けられている。
図２は、本発明にかかる調整装置を示す。概略的に図示されたロータ４は発電機１２に連結され、発電機１２は、風速、従って、風力に依存する電力を生産する。発電機１２で発生された交流電圧を、最初に、整流し、次に、配電網周波数に対応する周波数を有する交流電圧に変換することもできる。
配電網電圧が、配電網６（図１）内のある個所において検電器（不図示）により検出される。最適発電機電圧Ｕ基準（図２参照）が、検出された配電網電圧に基づいて、場合によっては図４に示すマイクロプロセッサにより算出される。次に、発電機電圧Ｕ実際が、調整装置によって所望電圧値Ｕ基準に調整される。発電機電圧のこの調整により、発電機１２から電気使用者８、図示の実施形態では配電網６に出力される電力が調整される。風力装置２から出力される電力のこの調整された供給により、配電網６の配電網電圧の変動が防止又は著しく低減される。
図３の線図は、縦座標にプロットされて、風力装置２によって出力される電力と、横座標にプロットされた配電網電圧の間の関係を示す。もし配電網電圧が、電圧値ＵｍｉｎとＵｍａｘの間に位置するその基準値からほんの僅かしか偏倚していなければ、台形の上方直線部（横座標に平行な直線Ｐ１―Ｐ１’）に対応する一定電力が発電機１２によって配電網６に出力される。もし配電網電圧が、更に上昇して、点Ｐ１によって定義される値を超える（過電圧）ならば、供給電力は低減される。配電網電圧が点Ｐ１から更に上昇して値Ｕｍａｘに到達すると、供給電力はゼロに等しい（点Ｐ２)。高い風力が存在する場合でも、点Ｐ２では電力は配電網６に全く供給されない。同様に、図３から明らかなように、もし配電網電圧が、降下して、点Ｐ１’によって定義される値よりも下がる（不足電圧）ならば、供給電力は低減される。配電網電圧が点Ｐ１’から更に降下して値Ｕｍｉｎに到達すると、供給電力はゼロに等しい。もし風力が急激に低下すると、減少した量の電力を配電網６に供給することができる。風力変換器の側で全く電力を出力できない時でも、風力変換器の運転は電力出力無しに続けられるので、配電網電圧が再びＵｍｉｎとＵｍａｘの間の値を取るや否や電力出力は常に行われ得る。
図４は、図１の電気制御調整装置１０の主要部品を示す。電気制御調整装置１０は、発電機１２で発生した交流電圧が整流される整流器１６を有する。整流器１６に接続された周波数変換器１８は、最初に整流された直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧は、３相交流電圧として電線Ｌ１、Ｌ２とＬ３を介して配電網６に供給される。周波数変換器１８は、調整装置全体の一部であるマイクロコンピュータ２０によって制御される。この目的のために、マイクロコンピュータ２０は周波数変換器１８に連結されている。風力装置２によって任意に設定された電力を配電網６に供給するための電圧調整用の入力パラメータは、現在の配電網電圧Ｕ、配電網周波数ｆ、発電機１２の電力Ｐ、力率ｃｏｓφと電力勾配ｄＰ／ｄｔである。配電網６に供給される電圧の本発明にかかる調整はマイクロコンピュータ２０によって実行される。
図５は、配電網６の３相の電圧Ｕと電流Ｉの時間変化を示す。図５において、ＩＣＡＰとＩＩＮＤは、夫々、容量性電流と誘導電流を指す。
配電網に給電する風力装置の略図である。 風力装置を駆動する本発明にかかる調整装置を示す。 風力装置の出力電力と配電網電圧の関係を示す線図である。 図１の電気制御調整装置の主要部品を示す。 配電網の３相の電圧と電流の時間変化を示す。
符号の説明
２ 風力装置
４ ロータ
６ 配電網
８ 電気使用者
１０ 電気制御調整装置
１２ 発電機
１６ 整流器
１８ 周波数変換器
２０ マイクロコンピュータ

Claims (5)

  1. 配電網（６）、特に配電網（６）に接続された負荷（８）に電力を出力するようにロータによって駆動し得る発電機を含み、又、配電網（６）に印加されている電圧が定格電圧範囲（Ｐ１’〜Ｐ１）内にある時に最大電力が発電機から配電網（６）に出力され得るように、配電網（６）の定格電圧範囲（Ｐ１’〜Ｐ１）が最大配電網電圧（Ｕｍａｘ）と最小配電網電圧（Ｕｍｉｎ）の間に設定された風力装置を運転する方法において、
    発電機から配電網（６）に出力される電力を、配電網（６）に印加されている電圧の大きさに基づいて制御することにより、配電網（６）に印加されている電圧が、定格電圧範囲（Ｐ１’〜Ｐ１）の下限（Ｐ１’）と最小配電網電圧（Ｕｍｉｎ）の間にある時、上記最大電力より小さい電力が、配電網（６）の不足電圧保護のために、発電機から配電網（６）に出力されると共に、配電網（６）に印加されている電圧が最小配電網電圧（Ｕｍｉｎ）以下である時、電力を発電機から配電網（６）に出力せずに風力装置が運転されることを特徴とする方法。
  2. 発電機から出力されて配電網（６）に供給される電力が、配電網給電点（２１）に印加されている電圧の関数として制御される請求項１に記載の方法。
  3. 配電網給電点（２１）に印加されている電圧が、設定自在の周波数を有する交流電圧である請求項２に記載の方法。
  4. 設定自在の周波数が、配電網周波数に大略対応する請求項３に記載の方法。
  5. ロータ（４）と、電力を配電網（６）に出力するようにロータ（４）に連結された発電機（１２）とを含み、又、配電網（６）に印加されている電圧が定格電圧範囲（Ｐ１’〜Ｐ１）内にある時に最大電力が発電機（１２）から配電網（６）に出力され得るように、配電網（６）の定格電圧範囲（Ｐ１’〜Ｐ１）が最大配電網電圧（Ｕｍａｘ）と最小配電網電圧（Ｕｍｉｎ）の間に設定された風力装置において、
    配電網（６）に印加されている電圧の大きさを検知する検電器を有する制御装置（１０）を備え、又、検電器によって検知された配電網（６）に印加されている電圧の大きさに基づいて、制御装置（１０）が、発電機（１２）から配電網（６）に出力される電力を制御することにより、配電網（６）に印加されている電圧が定格電圧範囲（Ｐ１’〜Ｐ１）外にある時、発電機（１２）から配電網（６）に出力される電力が、上記最大電力から、最小配電網電圧（Ｕｍｉｎ）以下において零に設定される値まで低減されることを特徴する風力装置。
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