JP2006057469A - Wind power generation system and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電システムに係り、特に商用電源と連系して負荷に電力供給するようにした風力発電システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a wind power generation system, and more particularly to a wind power generation system that is connected to a commercial power source and supplies power to a load and a control method thereof.
従来のこの種の風力発電システムとしては、風力発電装置の発電電力を電力供給ラインにより負荷へ供給するとともに、電力供給ラインに連系保護装置を介して商用系統を接続してなる風力発電システムが提案されている(特許文献1参照)。
従来の商用電源と連系して負荷に電源供給する風力発電システムでは、風車の回転により発電機を駆動して発電するが、強風時や商用電源が停電時には、風力発電装置を停止させる。
このとき、風車の向きをそのままにしておくと、風車の羽根が風圧により破壊され、あるいは、風車と発電機の連結部に過大な応力がかかり、連結部が破損する虞がある。
しかしながら、従来の風力発電システムでは、風力発電装置の動作停止時には、風車の駆動を停止させるだけで、特に風車や、風車に連結された発電機の保護については対策を講じていなかった。
In a wind power generation system that supplies power to a load in conjunction with a conventional commercial power supply, the generator is driven by the rotation of a windmill to generate power. However, the wind power generator is stopped during a strong wind or when the commercial power supply is interrupted.
At this time, if the direction of the windmill is left as it is, the blades of the windmill may be destroyed by the wind pressure, or the connecting portion between the windmill and the generator may be excessively stressed and the connecting portion may be damaged.
However, in the conventional wind power generation system, when the operation of the wind power generation apparatus is stopped, the driving of the windmill is merely stopped, and no measures are taken particularly for protection of the windmill or the generator connected to the windmill.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、強風時や商用電源停電時に風力発電装置の風車や発電機の故障を防止することができる風力発電システムを提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, and it aims at providing the wind power generation system which can prevent the failure of the windmill and generator of a wind power generator at the time of a strong wind or a commercial power failure. To do.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、風車と、該風車に連結され該風車により駆動される発電機とを有する風力発電装置を含み、商用電源と連系して負荷に交流電力を供給するように構成された風力発電システムの制御方法において、強風時に前記風車の羽根に風が当たらないように風車の向きを制御し、かつ前記発電機を停止させ、ロックすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a wind turbine generator having a wind turbine and a generator connected to the wind turbine and driven by the wind turbine, and is connected to a commercial power source to load. In a control method of a wind power generation system configured to supply alternating current power, controlling the direction of the wind turbine so that the wind does not hit the blades of the wind turbine in a strong wind, and stopping and locking the generator Features.
また、請求項2に記載の発明は、商用電源と連系して負荷に交流電力を供給するように構成された風力発電システムにおいて、風車と、該風車に連結され該風車により駆動される発電機とを有する風力発電装置と、風速計と、風向計と、風車の向きを変化させる駆動手段と、前記発電機の駆動を停止させ、ロック状態とする停止手段と、前記風速計及び風向計の出力を取り込み、これらの出力に基づいて強風時に、前記停止手段を駆動して、前記発電機を停止させてロック状態とし、かつ前記駆動手段を駆動し、前記風車の羽根に風が当たらないように風車の向きを制御する制御手段とを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a wind power generation system configured to supply AC power to a load in linkage with a commercial power source, and a power generation connected to the windmill and driven by the windmill. A wind turbine generator, an anemometer, an anemometer, a drive means for changing the direction of the windmill, a stop means for stopping the generator to be in a locked state, the anemometer and the anemometer In response to strong winds based on these outputs, the stopping means is driven to stop the generator in a locked state, and the driving means is driven so that wind does not hit the blades of the windmill. And a control means for controlling the direction of the windmill.
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の風力発電システムにおいて、前記風力発電システムの各部は、第1の連系装置を介して商用電源に接続され、かつ第2の連系装置を介して交流電源装置に接続され、前記第1の連系装置は、通常は前記風力発電システムの各部と商用電源とを接続するON状態にあり、強風時または商用電源の停電時にOFF状態となるように動作し、前記第2の連系装置は、強風時に第1の連系装置がOFF状態となった際に前記風力発電システムの各部と前記交流電源装置とを接続するON状態とするように動作することを特徴とする。
The invention according to
以上説明したように、本発明によれば、風車と、該風車に連結され該風車により駆動される発電機とを有する風力発電装置を含み、商用電源と連系して負荷に交流電力を供給するように構成された風力発電システムにおいて、強風時に前記風車の羽根に風が当たらないように風車の向きを制御し、かつ前記発電機を停止させ、ロックするようにしたので、強風時や商用電源停電時に風力発電装置の風車や発電機の故障を防止することができる。 As described above, according to the present invention, a wind turbine generator including a wind turbine and a generator connected to the wind turbine and driven by the wind turbine is provided, and AC power is supplied to a load in conjunction with a commercial power source. In the wind power generation system configured to do so, the direction of the windmill is controlled so that the wind does not hit the blades of the windmill during strong winds, and the generator is stopped and locked. It is possible to prevent wind turbines and generators from being damaged during a power failure.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る風力発電システムの構成を図1に示す。同図において、本発明の実施形態に係る風力発電システムは、風力発電装置1と、停止装置2と、風力発電装置回転用モータ3と、制御装置4と、風速計5と、風向計6とを有している。
風力発電装置1は、風車10と、ギアボックス11と、発電機12と、風車10の向き(方位)を検知する方位計13とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The structure of the wind power generation system which concerns on embodiment of this invention is shown in FIG. In the figure, the wind power generation system according to the embodiment of the present invention includes a wind power generation device 1, a stop device 2, a wind power generation
The wind turbine generator 1 includes a windmill 10, a
風車10の回転軸は、ギアボックス11を介して発電機12の入力軸に連結されており、ギアボックス11は、風車の回転速度を増速させて発電機12の入力軸に伝達する機能を有している。
停止装置2は、発電機12を停止させ、回転できないようにロック状態にする機能を有している。停止装置2は、本発明の停止手段に相当する。
風力発電装置回転用モータ3は、図示してない減速装置を含んで構成され制御装置4の制御下に風力発電装置1の向き、すなわち風車10の向きを変更するように風力発電装置1全体を回転させる機能を有している。風力発電装置回転用モータ3は、本発明の駆動手段に相当する。
The rotating shaft of the windmill 10 is connected to the input shaft of the
The stop device 2 has a function of stopping the
The wind power
制御装置4は、風速計5、風向計6及び方位計13の出力を取り込み、これらの出力に基づいて強風時に、停止装置2を駆動して、発電機12を停止させてロック状態とし、かつ風力発電装置回転用モータ3を駆動し、風車10の羽根に風が当たらないように風車10の向きを制御する機能を有している。制御装置4は、本発明の制御手段に相当する。
The control device 4 takes in the outputs of the anemometer 5, the anemometer 6 and the azimuth meter 13 and drives the stop device 2 in the event of a strong wind based on these outputs to stop the
この風力発電システムは、商用電源8と連系して負荷7に交流電力を供給するように構成されている。
商用電源8は、第1の連系装置9を介して制御装置4及び風力発電装置回転用モータ3に交流電力を供給するように接続されている。
また、交流電源装置15が第2の連系装置11を介して制御装置4及び風力発電装置回転用モータ3に接続されている。
交流電源装置15は、蓄電池150と、蓄電池150の出力を交流電力に変換するインバータ装置151とから構成されている。交流電源装置15は、この構成に限らず、エンジン発電機とインバータ装置とで構成してもよい。
This wind power generation system is configured to supply AC power to the load 7 in conjunction with the commercial power supply 8.
The commercial power supply 8 is connected to supply AC power to the control device 4 and the wind power
Further, the AC
The AC
第1の連系装置9は、通常は風力発電システムの各部(制御装置4及び風力発電装置回転用モータ3)と商用電源8とを接続するようにON状態となり、強風時または商用電源8の停電時にOFF状態となるように動作し、第2の連系装置11は、強風時に第1の連系装置9がOFF状態となった際に風力発電システムの各部と交流電源装置10とを接続するようにON状態となるように動作する。第1の連系装置9、第2の連系装置11の動作は、本実施形態では、制御装置4により制御されるものとするが、これに限定されない。例えば、第1の連系装置9が、商用電源の停電状態を検知して、自律的に接点の遮断動作を行い、また第2の連系装置11が第1の連系装置9がOFF状態にあることを検知して、自律的に接点をON状態とするように動作するようにしてもよい。
The
上記構成からなる本発明の実施形態に係る風力発電システムの動作を図2のフローチャートを参照して説明する。同図において、通常の動作状態では、第1の連系装置9が接続(ON)状態となっており、この状態では商用電源8と風力発電システムとで連系して負荷7に交流電力が供給されている。
制御装置4は、風速計5、風向計6及び方位計13の出力を取り込み、内蔵するメモリに格納する(ステップ200)。
制御装置4は、上記メモリに格納された風速から風力を算出する(ステップ201)。
The operation of the wind power generation system according to the embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. In the figure, in a normal operation state, the
The control device 4 takes in the outputs of the anemometer 5, the anemometer 6 and the azimuth meter 13 and stores them in a built-in memory (step 200).
The control device 4 calculates wind power from the wind speed stored in the memory (step 201).
次いで、制御装置4は、現在の風力が基準下限値以下である場合には無風状態であると判定し(ステップ202)、このとき風力発電はできない状態にあり(ステップ203)、第1の連系装置9をOFF状態とする(ステップ204)。
この場合には風車10の方向制御ができない状態のままとなる(ステップ205)。ここで、風力の基準下限値とは、無風状態であるか否かを判定するための風力の基準値である。
Next, the control device 4 determines that there is no wind when the current wind power is equal to or lower than the reference lower limit value (step 202). At this time, wind power generation is not possible (step 203), and the first link is determined. The
In this case, the direction of the wind turbine 10 cannot be controlled (step 205). Here, the reference lower limit value of wind force is a reference value of wind force for determining whether or not there is no wind.
一方、ステップ202で無風状態ではないと判定した場合には、強風状態であるか否かを判定する(ステップ206)。制御装置4は、現在の風力が基準上限値を超える場合には強風であると判定し(ステップ206)、停止装置2を駆動し、発電機12の駆動を停止させかつ、ロック状態とし(ステップ207)、発電機12は発電できない状態となる(ステップ208)。ここで、風力の基準上限値とは、強風であるか否かを判定するための風力の基準値である。
On the other hand, when it is determined in
この後、第1の連系装置9をOFF状態とする(ステップ209)。次いで第2の連系装置をON状態とする(ステップ210)。この結果、風力発電システムの各部には、交流電源装置15から電源が供給される。次いでさらに、風力発電装置回転用モータ3を駆動し(ステップ211)、方位計11で検出された風力発電装置1の方位と風向計6の出力(風向き)、すなわち、風車の向きが風向きと一致したか否かを判定し(ステップ212)、風車の向きが風向きと一致していない場合には、さらに、風車の向きが風向きと一致するまで風力発電装置回転用モータ3を駆動する(ステップ211)。そして、風車の向きが風向きと一致した場合には、風力発電装置回転用モータ3の駆動を停止する(ステップ212、213)。
Thereafter, the
一方、ステップ206で現在の風力が基準上限値以下、すなわち強風ではないと判定した場合には、発電可能状態となり(ステップ214)、次いで商用電源8が正常であるか否かを判定する(ステップ215)。
ステップ215で商用電源8が正常であると判定した場合には、第1の連系装置9をON状態とし、次いで風力発電装置回転用モータ3を駆動する(ステップ216、217)。
On the other hand, if it is determined in
If it is determined in
次に、方位計11で検出された風力発電装置1の方位と風向計6の出力(風向き)、すなわち、風車の向きが風向きと一致したか否かを判定し(ステップ218)、風車の向きが風向きと一致していない場合には、さらに、風車の向きが風向きと一致するまで風力発電装置回転用モータ3を駆動する(ステップ217)。
そして、ステップ218で風車の向きが風向きと一致した場合には、風力発電装置回転用モータ3の駆動を停止し(ステップ219)、商用電源8が風力発電システムと連系して負荷7に交流電力を供給する通常の運転を行う。
Next, it is determined whether or not the direction of the wind turbine generator 1 detected by the
If the direction of the windmill coincides with the wind direction in
一方、ステップ215で商用電源8が正常でないと判定した場合には、第1の連系装置9をOFF状態とする(ステップ220)。この結果、風力発電装置1の発電電力は低減し(ステップ221)、次いで風力発電装置回転用モータ3を駆動する(ステップ222)。ここで、「商用電源が正常でない」とは、商用電源が停電状態にあるか、電源電圧が定格出力レベルに比して異常に低下した状態をいうものとする。
On the other hand, if it is determined in
次に、方位計11で検出された風力発電装置1の方位と風向計6の出力(風向き)、すなわち、風車の向きが風向きと一致したか否かを判定し(ステップ223)、風車の向きが風向きと一致していない場合には、さらに、風車の向きが風向きと一致するまで風力発電装置回転用モータ3を駆動する(ステップ222)。そして、風車の向きが風向きと一致した場合には、風力発電装置回転用モータ3の駆動を停止する(ステップ223、224)。そして、商用電源8が復帰すると、ステップ214〜219の処理を行い、再び、商用電源8が風力発電システムと連系して負荷7に交流電力を供給する通常の運転を行うこととなる。
Next, it is determined whether the direction of the wind turbine generator 1 detected by the
本発明の実施形態に係る風力発電システムによれば、強風時に前記風車の羽根に風が当たらないように風車の向きを制御し、かつ前記発電機を停止させ、ロックするようにしたので、強風時に風力発電装置の風車や発電機の故障を防止するこができる。 According to the wind power generation system according to the embodiment of the present invention, since the wind turbine is controlled so that the wind does not hit the blades of the wind turbine in a strong wind, and the generator is stopped and locked. Sometimes it is possible to prevent wind turbines and generators from being damaged.
1…風力発電装置、2…停止装置、3…風力発電装置回転用モータ、4…制御装置、5…風速計、6…風向計、7…負荷、8…商用電源、9…第1の連系装置、10…風車、11…ギアボックス、12…発電機、13…方位計、15…交流電源装置、150…蓄電池、151…インバータ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wind power generator, 2 ... Stop device, 3 ... Motor for wind power generator rotation, 4 ... Control device, 5 ... Anemometer, 6 ... Anemometer, 7 ... Load, 8 ... Commercial power supply, 9 ... First connection System device, 10 ... windmill, 11 ... gear box, 12 ... generator, 13 ... compass, 15 ... AC power supply device, 150 ... storage battery, 151 ... inverter device
Claims (3)
強風時に前記風車の羽根に風が当たらないように風車の向きを制御し、かつ前記発電機を停止させ、ロックすることを特徴とする風力発電システムの制御方法。 A method for controlling a wind power generation system including a wind turbine and a wind turbine generator having a generator connected to the wind turbine and driven by the wind turbine and configured to supply AC power to a load in conjunction with a commercial power source In
A method for controlling a wind power generation system, characterized by controlling a direction of a windmill so that wind does not hit the blades of the windmill during a strong wind, and stopping and locking the generator.
風車と、該風車に連結され該風車により駆動される発電機とを有する風力発電装置と、
風速計と、
風向計と、
風車の向き及び該風車の羽根の向きを変化させる駆動手段と、
前記発電機の駆動を停止させ、ロック状態とする停止手段と、
前記風速計及び風向計の出力を取り込み、これらの出力に基づいて強風時に、前記停止手段を駆動して、前記発電機を停止させてロック状態とし、かつ前記駆動手段を駆動し、前記風車の羽根に風が当たらないように風車の向きを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする風力発電システム。 In a wind power generation system configured to supply AC power to a load in conjunction with a commercial power supply,
A wind turbine generator having a windmill and a generator connected to the windmill and driven by the windmill;
An anemometer,
An anemometer,
Driving means for changing the direction of the windmill and the direction of the blades of the windmill;
Stop means for stopping the generator and bringing it into a locked state;
The outputs of the anemometer and anemometer are taken in, and when the wind is strong based on these outputs, the stopping means is driven to stop the generator to be locked, and the driving means is driven, Control means for controlling the direction of the windmill so that the wind does not hit the blades;
A wind power generation system characterized by comprising:
前記第2の連系装置は、強風時に第1の連系装置がOFF状態となった際に前記風力発電システムの各部と前記交流電源装置とを接続するON状態とするように動作することを特徴とする請求項2に記載の風力発電システム。
Each part of the wind power generation system is connected to a commercial power supply via a first interconnection device and connected to an AC power supply device via a second interconnection device. Is in an ON state for connecting each part of the wind power generation system and a commercial power source, and operates so as to be in an OFF state at the time of strong wind or a power failure of the commercial power source,
The second interconnection device operates so as to be in an ON state for connecting each part of the wind power generation system and the AC power supply device when the first interconnection device is in an OFF state in a strong wind. The wind power generation system according to claim 2, wherein
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