JP2006296189A - Generator control method and device of wind power generating system - Google Patents

Generator control method and device of wind power generating system Download PDF

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賛恵光 林
Shuichi Fujii
秋一 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a generator control method for improving a capacity operating rate of the generator, while the rotation of a windmill is slowing down without using external devices, even if the number of rotations rises excessively by excessive wind velocity. <P>SOLUTION: A windmill 10, a generator 20, a converter 30 having a torque command pattern, according to the generator for controlling the generator, and an inverter 40 for converting the output of the converter to a prescribed voltage and frequency and generating as outputs to the system are provided. A protection torque command pattern is formed in a region, in which the number of rotations which is lower than the maximum torque point of the windmill at given wind velocity; and a protection detection level for shifting from the torque command pattern to the protection torque command pattern, when the number of rotations of the generator 20 is increased, is set. Furthermore, a recovery detection level for recovering to the torque command pattern, when the number of rotations of the generator 20 is decreased, is set. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、風力を電力へ変換する風力発電装置の発電機制御方法およびその装置に関する。   The present invention relates to a generator control method and apparatus for a wind turbine generator that converts wind power into electric power.

従来の風力発電装置では、暴風等の過大風速により回転数が過大に上昇した場合、風車の破損を防止するため電気ブレーキまたは機械ブレーキにより風車を減速するようにしている(例えば、非特許文献1参照)。
また、目標のトルク指令値に対して風速エネルギーが小さい領域ではトルク指令値を下降し、風速エネルギーが大きい領域ではトルク指令値を上昇することで一定トルクを保つようにした発電機制御もある(例えば、特許文献1参照)。
また、低風速時には最大出力を取り出し、高風速時には平準化した出力を取り出すようにした発電機制御もある(例えば、特許文献2参照)。
また、風況予測情報によって出力可能な風車の出力をスケジューリングして風車ブレードのピッチおよび電力変換機を制御し、所定の出力を取り出すようにした発電機制御もある(例えば、特許文献3参照)。
In the conventional wind turbine generator, when the rotational speed increases excessively due to excessive wind speed such as storm, the wind turbine is decelerated by an electric brake or a mechanical brake in order to prevent damage to the wind turbine (for example, Non-Patent Document 1). reference).
There is also a generator control that maintains a constant torque by decreasing the torque command value in a region where the wind speed energy is small relative to the target torque command value and increasing the torque command value in a region where the wind speed energy is large ( For example, see Patent Document 1).
There is also a generator control in which a maximum output is taken out at a low wind speed and a leveled output is taken out at a high wind speed (see, for example, Patent Document 2).
There is also a generator control that schedules the output of a wind turbine that can be output based on wind condition prediction information, controls the pitch of the wind turbine blades and the power converter, and takes out a predetermined output (see, for example, Patent Document 3). .

図4は非特許文献1の原理に係る従来の風力発電装置を示すブロック図である。
図において、11は風車であり、風10のエネルギーを回転エネルギーへ変換する。20は発電機であり、風車11の回転エネルギーを交流の電気エネルギーへ変換する。30はコンバータであり発電機20を制御して取り出した交流を直流へ変換してDCリンクへ31出力する。40はインバータであり、直流を所定の電圧と周波数の交流へ変換して系統へ出力する。50はシーケンサなどからなるコントローラであり、コンバータ30を介して発電機20の回転数をモニタし、過大風速時に発電機20の回転数が過大に上昇した場合にブレーキ60を動作して風車11を減速する。
このように、従来の風力発電装置では、ブレーキ60により風車11を減速することで過大風速時に風車11の破損を防止するという手順がとられていた。
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional wind power generator according to the principle of Non-Patent Document 1.
In the figure, 11 is a windmill, which converts the energy of the wind 10 into rotational energy. A generator 20 converts the rotational energy of the windmill 11 into alternating electrical energy. Reference numeral 30 denotes a converter that converts the alternating current extracted by controlling the generator 20 into a direct current and outputs 31 to the DC link. Reference numeral 40 denotes an inverter that converts direct current into alternating current having a predetermined voltage and frequency and outputs the alternating current to the system. Reference numeral 50 denotes a controller composed of a sequencer or the like, which monitors the rotational speed of the generator 20 via the converter 30 and operates the brake 60 when the rotational speed of the generator 20 increases excessively at an excessive wind speed. Slow down.
Thus, in the conventional wind power generator, the procedure of preventing the windmill 11 from being damaged at excessive wind speed by decelerating the windmill 11 by the brake 60 has been taken.

佐藤 雄志著「小型風力発電「そよ風くん(登録商標)」の開発」電気学会論文誌産業応用部門誌 Vol.124 No.9 2004 p.976Yuji Sato, “Development of small wind power generation“ Soyoka-kun (registered trademark) ”, IEEJ Transactions on Industrial Applications, Vol. 124 No. 9 2004 p. 976 特開平11−62814号公報(第4−6頁、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 11-62814 (page 4-6, FIG. 2) 特開2004−64929号公報(第4−6頁、図1、図2)JP 2004-64929 A (page 4-6, FIGS. 1 and 2) 特開2003−83229号公報(第4−6頁、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-83229 (page 4-6, FIG. 1)

このように、従来の風力発電装置では、過大風速により回転数が過大に上昇した場合、ブレーキ60により風車を減速するという手順をとっているので、発電装置が複雑になり信頼性が低下するという問題があった。
また、長時間のブレーキ60による減速回転を行うと、ブレーキ60が過熱したり磨耗が激しくなり、減速回転を維持できなくなるという問題あった。
さらに、ブレーキ60の過熱や磨耗を避けるため風車11を停止した場合、風圧により風車11が破損するという問題もあった。
そして、過大風速によりブレーキ60が動作すると、通常の運転に復帰する際には手動により復帰となるため、発電装置の稼働率が低下するという問題もあった。
また、特許文献1記載の発明のように、目標のトルク指令値に対して風速エネルギーが小さい領域ではトルク指令値を下降し、風速エネルギーが大きい領域ではトルク指令値を
上昇することで一定トルクを保つようにした場合、過大風速時には発電機20とコンバータ30とインバータ40が過負荷運転となり、過熱から制御不能となるという問題があった。
また、特許文献2記載の発明のように、低風速時には最大出力を取り出し、高風速時には平準化した出力を取り出すようにした場合も同様に、過大風速時には発電機20とコンバータ30とインバータ40が過負荷運転となり、過熱から制御不能となるという問題があった。
そして、特許文献3記載の発明のように、風況予測情報によって出力可能な風車11の出力をスケジューリングして風車ブレードのピッチおよび電力変換機を制御し、所定の出力を取り出すようにした場合、ブレードのピッチを調整することにより風車を減速するという手段をとっているので、発電装置が複雑になり信頼性が低下するという問題があった。
Thus, in the conventional wind power generator, when the rotation speed increases excessively due to excessive wind speed, the procedure is that the wind turbine is decelerated by the brake 60, so that the power generator becomes complicated and reliability decreases. There was a problem.
Further, when the decelerated rotation by the brake 60 is performed for a long time, the brake 60 is overheated or wears severely, so that the decelerated rotation cannot be maintained.
Furthermore, when the windmill 11 is stopped in order to avoid overheating and wear of the brake 60, there is a problem that the windmill 11 is damaged by the wind pressure.
When the brake 60 is operated due to an excessive wind speed, the operation rate of the power generation apparatus is reduced because the brake 60 is manually returned when returning to normal operation.
Further, as in the invention described in Patent Document 1, the torque command value is decreased in a region where the wind speed energy is small relative to the target torque command value, and the torque command value is decreased in a region where the wind speed energy is large.
When the constant torque is maintained by increasing, there is a problem that the generator 20, the converter 30 and the inverter 40 are overloaded when the wind speed is excessive and cannot be controlled due to overheating.
Similarly, when the maximum output is taken out at a low wind speed and the leveled output is taken out at a high wind speed as in the invention described in Patent Document 2, the generator 20, the converter 30 and the inverter 40 are connected at an excessive wind speed. There was a problem that it became overloaded operation and became uncontrollable due to overheating.
And like invention of patent document 3, when the output of the windmill 11 which can be output by wind condition prediction information is scheduled, the pitch of a windmill blade and a power converter are controlled, and a predetermined output is taken out, Since measures are taken to decelerate the windmill by adjusting the pitch of the blades, there is a problem that the power generation device becomes complicated and reliability is lowered.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ブレーキ60などの外部装置を用いずに風車11の回転を減速するとともに、発電装置の稼働率を向上することができる風力発電装置の発電機制御方法およびその装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and can reduce the rotation of the windmill 11 without using an external device such as the brake 60, and can improve the operating rate of the power generation device. An object of the present invention is to provide a generator control method and apparatus therefor.

上記問題を解決するため、請求項1記載の発明は風力発電装置の発電機制御方法に係り、風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータとを備えた風力発電装置の発電機制御方法において、ある風速での風車の最大トルクとなる点よりも低い回転数の領域に保護トルク指令パターンを設け、前記発電機の回転数が所定の値を超えた時に前記トルク指令パターンから前記保護トルク指令パターンへ移行するようにしたことを特徴としている。
請求項2記載の発明は請求項1記載の風力発電装置の発電機制御方法において、前記保護トルク指令パターンでの制御で、前記発電機の回転数が下降した時に前記保護トルク指令パターンから前記トルク指令パターンへ復帰するようにしたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 relates to a generator control method for a wind turbine generator, and includes a wind turbine, a generator, and a torque command pattern corresponding to the rotation of the generator to control the generator. In a generator control method for a wind turbine generator comprising a converter that performs the conversion and an inverter that converts the output of the converter into a predetermined voltage and frequency and outputs the converted voltage to the system, the maximum torque of the wind turbine at a certain wind speed is obtained. In addition, a protective torque command pattern is provided in a region of a lower rotational speed, and when the rotational speed of the generator exceeds a predetermined value, the torque command pattern is shifted to the protective torque command pattern.
According to a second aspect of the present invention, in the generator control method for a wind turbine generator according to the first aspect, when the number of rotations of the generator is reduced by the control with the protective torque command pattern, the torque is reduced from the protective torque command pattern. It is characterized by returning to the command pattern.

請求項3記載の発明は風力発電装置の発電機制御方法に係り、風車と、発電機と、発電機の回転に応じた保護トルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、を備えた風力発電装置の発電機制御方法であって、前記発電機の回転に応じて決まる前記保護トルク指令パターンを決める要素としてゲインKを含み、速度ωの関数f(ω)との積として、トルク指令T_ref=K・f(ω)で与えられる構成において、所定のレベルに満たない風速で平常に運転する場合は平常時用のゲインKnormで運転し、風速がある所定のレベルを超えた場合に、前記所定のレベルを超えたことを判定し、前記所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記保護トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させ、前記ゲインを上昇させたことにより回転数が低下し、前記発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判断した場合に、その時点でゲインの大きさでゲインを固定し運転を継続することを特徴としている。
請求項4記載の発明は請求項3記載の風力発電装置の発電機制御方法において、前記保護トルク指令パターンでの制御で、風力が平常のレベルまで低下した場合に、その状態を発電機トルクが所定のレベルよりも小さくなったことにより検出し、トルクゲインKを平常時のゲインKnormに戻して平常運転状態に復帰すようにしたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 relates to a generator control method for a wind turbine generator, comprising a wind turbine, a generator, a converter having a protective torque command pattern corresponding to the rotation of the generator, and controlling the generator, An inverter for converting the output of the converter into a predetermined voltage and frequency and outputting to the system, a generator control method for a wind turbine generator, wherein the protection torque command pattern determined according to the rotation of the generator When driving normally at a wind speed less than a predetermined level in the configuration given by the torque command T_ref = K · f (ω) as a product of the function f (ω) of the speed ω, including the gain K as a determining factor Is operated at a normal gain Knorm, and when the wind speed exceeds a predetermined level, it is determined that the predetermined level has been exceeded, and when it is determined that the predetermined level has been exceeded, the maintenance is performed. When it is determined that the number of revolutions has decreased by increasing the gain that determines the protective torque command pattern by a predetermined amount and the gain has been increased, and the generator torque has become smaller than the predetermined level, at that time It is characterized in that the operation is continued with the gain fixed at the magnitude of the gain.
According to a fourth aspect of the present invention, in the generator control method for a wind turbine generator according to the third aspect, when the wind power is reduced to a normal level by the control with the protection torque command pattern, the state of the generator torque is indicated. The torque gain K is detected by being lower than a predetermined level, and the torque gain K is returned to the normal gain Knorm to return to the normal operation state.

請求項5記載の発明は風力発電装置の発電機制御装置に係り、風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータとを備えた風力発電装置の発電機制御方法において、ある風速での風車の最大トルクとなる点よりも低
い回転数の領域に保護トルク指令パターンを有し、前記発電機の回転数が上昇した時に前記トルク指令パターンから前記保護トルク指令パターンへ移行させる保護検出レベルを設けたことを特徴としている。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の風力発電装置の発電機制御装置において、前記保護トルク指令パターンでの制御において、前記発電機の回転数が下降した時に前記保護トルク指令パターンから前記トルク指令パターンへ復帰する復帰検出レベルを設けたことを特徴としている。
The invention according to claim 5 relates to a generator control device for a wind turbine generator, and includes a wind turbine, a generator, a converter having a torque command pattern corresponding to the rotation of the generator, and controlling the generator, and the converter In a generator control method for a wind turbine generator that includes an inverter that converts the output of the wind turbine into a predetermined voltage and frequency and outputs it to the grid, it is lower than the point at which the maximum torque of the wind turbine is obtained at a certain wind speed.
A protection torque command pattern is provided in a region of a large number of revolutions, and a protection detection level is provided that shifts from the torque command pattern to the protection torque command pattern when the number of revolutions of the generator increases.
According to a sixth aspect of the present invention, in the generator control device for a wind turbine generator according to the fifth aspect, in the control with the protective torque command pattern, when the rotational speed of the generator decreases, the protective torque command pattern A return detection level for returning to the torque command pattern is provided.

請求項7記載の発明は風力発電装置の発電機制御装置に係り、風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、を備えた風力発電装置の発電機制御装置であって、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインKを含み、速度ωの関数f(ω)との積として、トルク指令T_ref=K・f(ω)で与えられる構成において、平常時用のゲインKnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判定した場合に前記ゲイン固定部を動作させてその時点でのゲインの大きさで運転を継続させるようにしたことを特徴としている。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の風力発電装置の発電機制御装置において、前記保護トルク指令パターンでの制御において、風力が平常のレベルかどうか判定する風力平常レベル判定部を有し、前記風力平常レベル判定部が風力が平常のレベルまで低下したと判定し、かつ前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判定した場合に、平常時用低ゲイン運転部を動作させて、トルクゲインKを平常時のゲインKnormに戻し、平常運転状態に復帰させるようにしたことを特徴としている。
請求項9記載の発明は、請求項3記載の風力発電装置の発電機制御装置において、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判断した場合に、その時点の回転数で発電機の回転数を一定として運転を継続することを特徴とするものである。
請求項10記載の発明は、請求項9記載の風力発電装置の発電機制御装置において、風力が平常のレベルまで低下した場合に、その状態を発電機トルクが所定のレベルよりも小さくなったことにより検出し、トルクゲインKを平常時のゲインKnormに戻す処理により、平常運転状態に復帰することを特徴とするものである。
請求項11記載の発明は、請求項9記載の風力発電装置の発電機制御装置において、風速が前記所定のレベルを超えた状態が所定の時間継続した場合に前記所定のレベルを超えたと判定することを特徴とするものである。
請求項12記載の発明は、請求項10記載の風力発電装置の発電機制御装置において、発電機トルクが所定のレベルよりも小さくなった状態が所定の時間継続した場合に風力が平常のレベルに低下したと判定することを特徴とするものである。
The invention according to claim 7 relates to a generator control device of a wind power generator, and includes a wind turbine, a generator, a converter having a torque command pattern according to rotation of the generator, and controlling the generator, and the converter A generator control device for a wind turbine generator that includes an inverter that converts the output of the output into a predetermined voltage and frequency and outputs the converted voltage to the system, and determines the torque command pattern determined according to the rotation of the generator In the configuration given by the torque command T_ref = K · f (ω) as a product of the function ω (ω) of the speed ω as a product with the gain K as A gain increasing unit that increases the gain that determines the torque command pattern by a predetermined change amount, a gain fixing unit that fixes the magnitude of the gain to the gain at that time, and a wind speed of a predetermined level A wind speed determination unit that determines whether or not the generator torque is exceeded, and a generator torque determination unit that determines whether or not the generator torque is at a predetermined level, and when the wind speed determination unit determines that the wind speed is less than the predetermined level, the normal time If the wind speed determination unit determines that the wind speed has exceeded a predetermined level, the gain increase unit is operated to increase the gain, thereby reducing the rotational speed. When the generator torque determination unit determines that the generator torque has become smaller than a predetermined level, the gain fixing unit is operated so that the operation is continued with the magnitude of the gain at that time. It is said.
The invention according to claim 8 is the generator control device for the wind turbine generator according to claim 7, further comprising a wind power normal level determination unit that determines whether the wind power is at a normal level in the control with the protection torque command pattern. When the wind power normal level determination unit determines that the wind power has decreased to a normal level, and the generator torque determination unit determines that the generator torque has become smaller than a predetermined level, the low gain operation for normal operation is performed. And the torque gain K is returned to the normal gain Knorm to return to the normal operation state.
According to a ninth aspect of the present invention, in the generator control device for a wind turbine generator according to the third aspect, it has been determined that by increasing the gain, the rotational speed has decreased and the generator torque has become smaller than a predetermined level. In this case, the operation is continued with the rotation speed of the generator being constant at the rotation speed at that time.
The invention described in claim 10 is the generator control device of the wind turbine generator according to claim 9, wherein when the wind power drops to a normal level, the generator torque becomes smaller than a predetermined level. And returning to the normal operation state by the process of returning the torque gain K to the normal gain Knorm.
The invention described in claim 11 is the generator control device for a wind turbine generator according to claim 9, wherein when the state where the wind speed exceeds the predetermined level continues for a predetermined time, it is determined that the predetermined level has been exceeded. It is characterized by this.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the generator control device for a wind turbine generator according to the tenth aspect, when the state in which the generator torque is smaller than a predetermined level continues for a predetermined time, the wind power is at a normal level. It is characterized by determining that it has decreased.

請求項1および5記載の発明によると、ブレーキなどの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。
また、過大風速時に風車を停止することがないため、風車が破損することがない。
また、請求項2および6記載の発明によると、自動的に平常の運転に復帰し、風車を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。
According to the first and fifth aspects of the present invention, the rotation of the windmill can be decelerated at an excessive wind speed only by the generator control without using an external device such as a brake, and the power generator is simplified and the reliability is improved. Can do.
Further, since the windmill is not stopped at an excessive wind speed, the windmill is not damaged.
Further, according to the second and sixth aspects of the invention, it is possible to automatically return to normal operation, continue the operation without stopping the windmill, and improve the operating rate of the power generator.

請求項3および7記載の発明によると、コンバータの制御において平常のトルク指令パターンから保護トルク指令パターンへの移行の手順をとるので、ブレーキなどの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。
また、過大風速時に風車を停止することがないため、風車が破損することがない。
また、請求項4および8記載の発明によると、保護トルク指令パターンTerから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順をとるので、自動的に平常の運転に復帰し、風車を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。
請求項9記載の発明によると、ブレーキなどの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。また、過大風速時に風車が過回転となることが無く、風車を停止することもないため、風車に過大な力が掛かることがなく風車を破損することがない。また、過大風速時には風車を低回転数の領域で運転するため、発電装置が過負荷となることが無く過熱により制御不能となることが無い。
また、請求項10に記載の発明によると、自動的に平常の運転に復帰し、風車を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。
また、請求項11に記載の発明によると瞬間的な風力の変動により所定のレベルを超えたと判定することが無く、また請求項12に記載の発明によると瞬間的な風力の変動により所定のレベルより小さくなったと判定することが無く、安定して平常運転または過大風速時に風車の回転を減速した運転を継続することができる。
According to the third and seventh aspects of the invention, since the procedure for shifting from the normal torque command pattern to the protective torque command pattern is taken in the control of the converter, the excessive wind speed is controlled only by the generator control without using an external device such as a brake. Sometimes the rotation of the windmill can be decelerated, and the power generator can be simplified to improve reliability.
Further, since the windmill is not stopped at an excessive wind speed, the windmill is not damaged.
Further, according to the inventions of claims 4 and 8, since the procedure for returning from the protective torque command pattern Ter to the normal torque command pattern Tnorm is taken, it automatically returns to normal operation without stopping the windmill. The operation can be continued and the operating rate of the power generator can be improved.
According to the ninth aspect of the present invention, the rotation of the windmill can be decelerated at an excessive wind speed only by the generator control without using an external device such as a brake, and the power generator can be simplified and the reliability can be improved. . Further, since the windmill does not over-rotate at an excessive wind speed and does not stop the wind turbine, an excessive force is not applied to the wind turbine and the wind turbine is not damaged. In addition, since the wind turbine is operated in a low rotational speed region when the wind speed is excessive, the power generator is not overloaded and cannot be controlled due to overheating.
According to the invention described in claim 10, it is possible to automatically return to normal operation, continue the operation without stopping the windmill, and improve the operating rate of the power generator.
Further, according to the invention described in claim 11, it is not determined that the predetermined level has been exceeded due to instantaneous wind power fluctuation, and according to the invention described in claim 12, the predetermined level is determined by instantaneous wind power fluctuation. Therefore, it is possible to continue the operation in which the rotation of the windmill is decelerated stably during normal operation or excessive wind speed.

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。   Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1に係る方法を実施する風力発電装置の構成を示すブロック図である。図において11は風車であり、風10のエネルギーを回転エネルギーへ変換する。20は発電機であり、風車11と直結またはギアなどを介して接続されており、風車11の回転エネルギーを交流の電気エネルギーへ変換する。30はコンバータであり発電機20を制御して取り出した交流を直流へ変換してDCリンク31へ出力する。40はインバータであり、直流を所定の電圧と周波数の交流へ変換して系統へ出力する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wind turbine generator that performs a method according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 11 is a windmill, which converts the energy of the wind 10 into rotational energy. A generator 20 is directly connected to the windmill 11 or connected via a gear or the like, and converts the rotational energy of the windmill 11 into alternating electrical energy. Reference numeral 30 denotes a converter that converts the alternating current extracted by controlling the generator 20 into a direct current and outputs the direct current to the DC link 31. Reference numeral 40 denotes an inverter that converts direct current into alternating current having a predetermined voltage and frequency and outputs the alternating current to the system.

図2は、本発明のトルク指令パターンおよび風車11の回転数とトルクおよび出力の特性を示すグラフで、(a)は風車の回転数対トルク特性、(b)は風車の回転数対出力特性である。
図において(a)のWT1はある風速1における風車1のトルク特性であり、(b)のWP1はその時の出力特性である。同様に、WT2とWP2、WT3とWP3、WT4とWP4は、風速2、風速3、風速4における風車11のトルク特性と出力特性である。なお、風速は風速1<風速2<風速3<風速4の順で大きくなる。また、風速1、風速2、風速3は平常時の風速であり、風速4は平常時の風速を上回る過大な風速である。発電機は風車の回転数に比例して回転数が増減する。Tnormは平常時のトルク指令パターンであり、発電機の回転数に応じたトルク指令となっている。Pnormは、平常時のトルク指令パターンによって発電機制御を行った結果得られる風車11の出力である。Terは保護トルク指令パターンであり、Perは、保護トルク指令パターンによって発電機制御を行った結果得られる風車11の出力である。
また、図3は本発明の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護トルク指令パターンへの移行および復帰する処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a graph showing the torque command pattern of the present invention and the characteristics of the rotational speed, torque and output of the windmill 11, wherein (a) is the rotational speed of the windmill versus torque characteristics, and (b) is the rotational speed of the windmill versus output characteristics. It is.
In the figure, WT1 in (a) is a torque characteristic of the wind turbine 1 at a certain wind speed 1, and WP1 in (b) is an output characteristic at that time. Similarly, WT2 and WP2, WT3 and WP3, and WT4 and WP4 are the torque characteristics and output characteristics of the wind turbine 11 at the wind speed 2, the wind speed 3, and the wind speed 4, respectively. The wind speed increases in the order of wind speed 1 <wind speed 2 <wind speed 3 <wind speed 4. The wind speed 1, the wind speed 2, and the wind speed 3 are normal wind speeds, and the wind speed 4 is an excessive wind speed that exceeds the normal wind speed. The rotational speed of the generator increases or decreases in proportion to the rotational speed of the windmill. Tnorm is a normal torque command pattern, which is a torque command corresponding to the rotational speed of the generator. Pnorm is an output of the wind turbine 11 obtained as a result of performing the generator control by a normal torque command pattern. Ter is a protection torque command pattern, and Per is an output of the wind turbine 11 obtained as a result of performing generator control by the protection torque command pattern.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure for shifting from the normal torque command pattern to the protective torque command pattern and returning in the control method of the present invention.

図2および図3を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
平常時は、風10は風速1、風速2、風速3の間で変動している。
コンバータ30は、平常時のトルク指令パターンTnormで発電機20を制御しており、風速に応じてTn1、Tn2、Tn3のトルク指令により、風車11からPn1、Pn2、Pn3の出力を取り出している。このとき、コンバータ30では、発電機20から出力される電圧と電流から計算により発電機20の回転数と電力および風車11が出力しているトルクを求めて発電機20の状態を監視している。
次に、風速が上昇して過大な風速である風速4になると、風車11の回転数が上昇するとともにトルク指令値も上昇しTn4となる。このとき、回転数が保護検出レベルωerを超えるため、コンバータ30では過大な風速になったと判断し、平常のトルク指令パターンTnormから保護トルク指令パターンTerへ移行を開始する。
次に、平常のトルク指令パターンTnormから保護トルク指令パターンTerへの移行の手順について説明する。風速4により、回転数が保護検出レベルを超えて上昇しT1になると、コンバータ30ではトルク指令値をT1より微少量ΔTだけ大きいトルク指令を出力する。コンバータ30によりT1+ΔTのトルク指令が与えられると、風車11が出力できるトルクはT1であるため、風車11にはΔTの減速するトルクがかかり回転数が下降する。風車11の回転数が下降すると、風車11が出力できるトルクは上昇するため、コンバータ30ではトルク指令値をさらにΔTだけ大きくしT1+2ΔTのトルク指令を出力する。この手順を繰り返してトルク指令値を徐々に大きくしていくことで、風車11の回転数が下降していく。
The method of the present invention will be described step by step with reference to FIGS.
In normal times, the wind 10 fluctuates between the wind speed 1, the wind speed 2, and the wind speed 3.
The converter 30 controls the generator 20 with a normal torque command pattern Tnorm, and takes out the outputs of Pn1, Pn2, and Pn3 from the windmill 11 according to the torque commands of Tn1, Tn2, and Tn3 according to the wind speed. At this time, the converter 30 monitors the state of the generator 20 by calculating the rotational speed and power of the generator 20 and the torque output from the windmill 11 by calculation from the voltage and current output from the generator 20. .
Next, when the wind speed rises and the wind speed 4 is an excessive wind speed, the rotational speed of the windmill 11 rises and the torque command value also rises to Tn4. At this time, since the rotational speed exceeds the protection detection level ωer, the converter 30 determines that the wind speed is excessive, and starts the transition from the normal torque command pattern Tnorm to the protection torque command pattern Ter.
Next, a procedure for shifting from the normal torque command pattern Tnorm to the protection torque command pattern Ter will be described. When the rotational speed rises above the protection detection level and reaches T1 due to the wind speed 4, the converter 30 outputs a torque command having a torque command value that is a small amount ΔT larger than T1. When a torque command of T1 + ΔT is given by the converter 30, the torque that can be output from the windmill 11 is T1, and therefore the torque that decelerates ΔT is applied to the windmill 11 and the rotational speed decreases. When the rotational speed of the windmill 11 decreases, the torque that can be output by the windmill 11 increases. Therefore, the converter 30 further increases the torque command value by ΔT and outputs a torque command of T1 + 2ΔT. By repeating this procedure and gradually increasing the torque command value, the rotational speed of the wind turbine 11 decreases.

次に、風車11の回転数が下降して行くと、上昇していた風車11の出力できるトルクがTmを最大として減少し始める。コンバータ30では発電機20の回転数と風車11が出力しているトルクを求めて監視しているため、トルク指令をΔT増加する前後の風車1
1が出力しているトルクを比較することで、風車11の出力できるトルクが減少し始めたことを検出することができる。
風車11の出力できるトルクが減少し始めると、コンバータ30のトルク指令が増加していくと風車11の回転数が急激に下降してしまう。このため、コンバータ30は風車11の出力できるトルクが減少し始めたことを検出すると、トルク指令をその時点でのトルク指令値に固定する。このときのトルク指令値はTmよりも大きくなっているため、トルク指令値を固定していても風車11の回転数は下降して行き、風車11の回転数が下降するに連れて風車11が出力するトルクも下降していく。
Next, when the rotational speed of the windmill 11 decreases, the torque that can be output from the increased windmill 11 starts to decrease with Tm as the maximum. Since the converter 30 obtains and monitors the rotational speed of the generator 20 and the torque output from the wind turbine 11, the wind turbine 1 before and after the torque command is increased by ΔT.
By comparing the torque output by 1, it is possible to detect that the torque that can be output from the wind turbine 11 has started to decrease.
When the torque that can be output from the windmill 11 begins to decrease, the rotational speed of the windmill 11 rapidly decreases as the torque command of the converter 30 increases. For this reason, when converter 30 detects that the torque that can be output from wind turbine 11 starts to decrease, it fixes the torque command to the torque command value at that time. Since the torque command value at this time is larger than Tm, even if the torque command value is fixed, the rotational speed of the windmill 11 decreases, and the windmill 11 decreases as the rotational speed of the windmill 11 decreases. The output torque also decreases.

次に、回転数が下降するに連れて風車11が出力するトルクも下降していく。平常時の風速3におけるトルク指令値Tn3よりも下降すると、出力はPn3よりも小さくなり、発電機20、コンバータ30、インバータ40が過熱することなく正常に運転が可能である。このため、風車11の出力するトルクがTn3よりも下降した時点で保護トルク指令パターンTerをトルク指令パターンとして設定する。なお、トルク指令パターンは、通常、回転数の2乗に比例する特性など簡単な式で表わせる特性となっているため、保護トルク指令パターンTerは設定する時点の回転数と風車11が出力しているトルクから容易に決定することができる。
これにより、過大風速時において風車11の回転数を低い回転数に抑制しながら運転を継続することができる。
このようにコンバータ30の制御において平常のトルク指令パターンから保護トルク指令パターンへの移行の手順をとるので、ブレーキ60などの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車11の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。また、過大風速時に風車11を停止することがないため、風車が破損することがない。
Next, as the rotational speed decreases, the torque output from the windmill 11 also decreases. When it falls below the torque command value Tn3 at the normal wind speed 3, the output becomes smaller than Pn3, and the generator 20, the converter 30, and the inverter 40 can be normally operated without overheating. For this reason, the protection torque command pattern Ter is set as a torque command pattern when the torque output from the windmill 11 falls below Tn3. Since the torque command pattern is usually a characteristic that can be expressed by a simple expression such as a characteristic proportional to the square of the rotational speed, the protection torque command pattern Ter is output from the rotational speed at the time of setting and the wind turbine 11. It can be easily determined from the torque that is present.
Thereby, it is possible to continue the operation while suppressing the rotational speed of the windmill 11 to a low rotational speed at an excessive wind speed.
Thus, since the procedure of transition from the normal torque command pattern to the protective torque command pattern is taken in the control of the converter 30, the rotation of the wind turbine 11 can be performed at the excessive wind speed only by the generator control without using an external device such as the brake 60. The speed can be reduced, and the power generator can be simplified to improve the reliability. Moreover, since the windmill 11 is not stopped at an excessive wind speed, the windmill is not damaged.

次に、保護トルク指令パターンTerから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順について説明する。
風速が低下して過大な風速4から平常の風速3、風速2、風速1と低下するに連れて、風車11が出力するトルクは低下し、回転数も低下していく。これにより、風車11の回転数が低下したことから風速が低下したことが分かる。そこで、コンバータ30では、風車11の回転数が復帰検出レベルωresよりも下降したことを検出し、トルク指令パターンを保護トルク指令パターンTerから平常のトルク指令パターンTnormへ復帰する。
このように、保護トルク指令パターンTerから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順をとるので、自動的に平常の運転に復帰し、風車11を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。
Next, a procedure for returning from the protective torque command pattern Ter to the normal torque command pattern Tnorm will be described.
As the wind speed decreases and the wind speed 4 decreases from the excessive wind speed 4 to the normal wind speed 3, the wind speed 2, and the wind speed 1, the torque output by the windmill 11 decreases and the rotational speed also decreases. Thereby, it turns out that the wind speed fell because the rotation speed of the windmill 11 fell. Therefore, the converter 30 detects that the rotational speed of the windmill 11 has dropped below the return detection level ωres, and returns the torque command pattern from the protection torque command pattern Ter to the normal torque command pattern Tnorm.
Thus, since the procedure for returning from the protective torque command pattern Ter to the normal torque command pattern Tnorm is taken, it is possible to automatically return to the normal operation and continue the operation without stopping the windmill 11. The operating rate of the power generator can be improved.

図2および図4を用いて本発明の実施例2に係る方法を説明する。
平常時は、風10は風速1、風速2、風速3の間で変動している。コンバータ30は、平常時のトルク指令パターンTnormで発電機20を制御しており、風速に応じてTn1、Tn2、Tn3のトルク指令により、風車11からPn1、Pn2、Pn3の出力を取り出している。このとき、コンバータ30では、発電機20から出力される電圧と電流から計算により発電機20の回転数と電力および風車11が出力しているトルクTwindを求めて発電機20の状態を監視している。このとき、図4において、平常運転中は保護動作移行完了フラグは”0”であり、(S1)の判定で”no”の条件の処理(S2)が実行され、ここでも過大風力条件を越えていないため、(S3)の処理でトルクゲインKとして平常時のトルクゲインKnormが用いられ、(S4)の処理でトルク指令T_refを演算している。
次に、風速が上昇して過大な風速である風速4になると、風車11の回転数が上昇するとともにトルク指令値も上昇しTn4となる。このとき、発電機の回転数が保護検出レベルωerを超えることもしくはトルク指令T_refが保護検出レベルTer_lvlを越えることから、コンバータ30では過大な風速になったと判断し(S2)、平常のトルク指令パターンTnormから保護トルク指令パターンTerへ移行を開始する。
A method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In normal times, the wind 10 fluctuates between the wind speed 1, the wind speed 2, and the wind speed 3. The converter 30 controls the generator 20 with a normal torque command pattern Tnorm, and takes out the outputs of Pn1, Pn2, and Pn3 from the windmill 11 according to the torque commands of Tn1, Tn2, and Tn3 according to the wind speed. At this time, the converter 30 monitors the state of the generator 20 by calculating the rotation speed and power of the generator 20 and the torque Twind output from the windmill 11 by calculation from the voltage and current output from the generator 20. Yes. At this time, in FIG. 4, the protection operation transition completion flag is “0” during normal operation, and the processing of “no” condition (S2) is executed in the determination of (S1), which again exceeds the excessive wind force condition. Therefore, the normal torque gain Knorm is used as the torque gain K in the process of (S3), and the torque command T_ref is calculated in the process of (S4).
Next, when the wind speed rises and the wind speed 4 is an excessive wind speed, the rotational speed of the windmill 11 rises and the torque command value also rises to Tn4. At this time, since the rotational speed of the generator exceeds the protection detection level ωer or the torque command T_ref exceeds the protection detection level Ter_lvl, it is determined that the converter 30 has an excessive wind speed (S2), and the normal torque command pattern The transition from Tnorm to the protective torque command pattern Ter is started.

次に、平常のトルク指令パターンTnormから保護トルク指令パターンTerへの移行の手順について説明する。
風速4により、発電機の回転数が保護検出レベルを超えて上昇しT1になると、過大風力条件を検出し(S2)、コンバータ30ではトルクゲインKをΔK加算し(S5)、次に風車の出力トルクと保護トルクレベルを比較する(S6)。ここで、保護トルクレベルは、過大風力時に保護動作中のトルク指令パターンであるトルク指令パターンとなったと判断するためのトルクレベルであり、トルク指令の保護検出レベルTer_lvlよりも小さい値に設定したものである。最初は、風車出力トルク>保護トルクレベルであるので、次のステップでトルク指令T_refを前述の(S5)の処理でΔK加算したトルクゲインKを用いて演算した値で制御を行う。
ゲインKをΔKだけ大きくすると図2におけるトルク指令パターンTnormの曲線は傾きが急になり保護トルク指令パターンTerに近づくいていく。そのためトルク指令T_refが大きくなっていくが、風車11が出力できるトルクはT1であるため、風車11にはトルク指令の増加分の減速するトルクがかかり発電機の回転数が下降していく。このとき風車のトルクTwindも上昇していくが、発電機の回転数が下がり、ピークTmを超えると、今度は減少し始める。
引き続き、次の演算周期で図4のフローが実行されたときに、同様に、(S1),(S2),(S5),(S6)の処理が繰り返され、(S6)の条件処理で風車出力トルクTwindが保護トルクレベルを下回ったと判定した場合に、保護動作移行完了フラグを”1”にセットする。
保護動作移行完了フラグを”1”にセットされた次の周期では、(S1)の処理で保護動作移行完了フラグが”1”であるので、(S8)の復帰条件検出の処理が実行される。
(S8)における復帰条件は、風車の出力トルクTwindが復帰検出レベルTres_lvlを下回ったこともしくは風車11による発電機の回転数が復帰検出レベルωresよりも下降したことを検出することで行っている。
復帰条件を満たすまでの間は、何もせずに次の(S4)が実行されるため、保護動作移行完了時のトルクゲインKを保持して、トルク指令T_refが演算される。
保護動作中は図2の保護トルク指令パターンTerで示されるように、平常時の風速3におけるトルク指令値Tn3よりも下降すると、出力はPn3よりも小さくなり、発電機20、コンバータ30、インバータ40が過熱することなく正常に運転が可能である。なお、トルク指令パターンは、通常、回転数の2乗に比例する特性など簡単な式であらわせる特性となっているため、平常時の指令トルクパターンTnormは風車の特性に基づき事前に設定することができる。
これにより、過大風速時において風車11の回転数を低い回転数に抑制しながら運転を継続することができる。
Next, a procedure for shifting from the normal torque command pattern Tnorm to the protection torque command pattern Ter will be described.
When the rotational speed of the generator rises beyond the protection detection level and reaches T1 due to the wind speed 4, an excessive wind condition is detected (S2), the converter 30 adds ΔK to the torque gain K (S5), and then the wind turbine The output torque and the protection torque level are compared (S6). Here, the protection torque level is a torque level for determining that the torque command pattern is a torque command pattern during the protection operation at the time of excessive wind power, and is set to a value smaller than the protection detection level Ter_lvl of the torque command. It is. At first, since the wind turbine output torque> the protection torque level, the control is performed with the value calculated by using the torque gain K obtained by adding ΔK to the torque command T_ref in the above-described process (S5) in the next step.
When the gain K is increased by ΔK, the curve of the torque command pattern Tnorm in FIG. 2 becomes steep and approaches the protective torque command pattern Ter. Therefore, although the torque command T_ref is increased, the torque that can be output by the windmill 11 is T1, and therefore the windmill 11 is subjected to a torque that decelerates as the torque command increases, and the rotational speed of the generator decreases. At this time, the torque Twind of the windmill also increases, but when the rotational speed of the generator decreases and exceeds the peak Tm, it starts to decrease this time.
Subsequently, when the flow of FIG. 4 is executed in the next calculation cycle, the processes of (S1), (S2), (S5), and (S6) are repeated in the same manner, and the wind turbine is subjected to the condition process of (S6). When it is determined that the output torque Twind is lower than the protection torque level, the protection operation transition completion flag is set to “1”.
In the next cycle in which the protection operation transition completion flag is set to “1”, the protection operation transition completion flag is “1” in the processing of (S1), and therefore the return condition detection processing of (S8) is executed. .
The return condition in (S8) is performed by detecting that the output torque Twind of the windmill has fallen below the return detection level Tres_lvl or that the rotational speed of the generator by the windmill 11 has dropped below the return detection level ωres.
Until the return condition is satisfied, the next (S4) is executed without doing anything, so the torque command T_ref is calculated while holding the torque gain K when the protection operation transition is completed.
During the protection operation, as indicated by the protection torque command pattern Ter in FIG. 2, when the torque command value Tn3 at the normal wind speed 3 falls, the output becomes smaller than Pn3, and the generator 20, converter 30, inverter 40 Can operate normally without overheating. Since the torque command pattern is usually a characteristic that can be expressed by a simple expression such as a characteristic proportional to the square of the rotational speed, the normal command torque pattern Tnorm should be set in advance based on the characteristics of the wind turbine. Can do.
Thereby, it is possible to continue the operation while suppressing the rotational speed of the windmill 11 to a low rotational speed at an excessive wind speed.

このように、コンバータ30の制御において平常のトルク指令パターンから保護トルク指令パターンへの移行の手順をとるので、ブレーキ60などの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車11の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。また、過大風速時に風車11を停止することがないため、風車が破損することがない。   Thus, since the procedure for shifting from the normal torque command pattern to the protective torque command pattern is taken in the control of the converter 30, the rotation of the wind turbine 11 at the excessive wind speed is performed only by the generator control without using an external device such as the brake 60. The power generator can be simplified and the reliability can be improved. Moreover, since the windmill 11 is not stopped at an excessive wind speed, the windmill is not damaged.

次に、保護トルク指令パターンTerから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順について説明する。
風速が低下して過大な風速4から平常の風速3、風速2、風速1と低下するに連れて、風車11が出力するトルクは低下し、発電機の回転数も低下していく。これにより、風車11による発電機の回転数が低下したことから風速が低下したことが分かる。そこで、(
S8)の復帰条件を満たした場合は、トルクゲインKを平常のトルク指令パターンのゲインであるKnormとし、保護動作移行完了フラグに”0”をセットする(S9)。
次の周期では、保護動作移行完了フラグが”0”となっているので、上記の平常状態の処理に戻って、(S1)、(S2)、(S3)、(S4)の各処理が実行される。
このように、保護トルク指令パターンTerから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順をとるので、自動的に平常の運転に復帰し、風車11を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。
Next, a procedure for returning from the protective torque command pattern Ter to the normal torque command pattern Tnorm will be described.
As the wind speed decreases and the wind speed 4 decreases from the excessive wind speed 4 to the normal wind speed 3, the wind speed 2, and the wind speed 1, the torque output by the windmill 11 decreases and the rotational speed of the generator also decreases. Thereby, it turns out that the wind speed fell because the rotation speed of the generator by the windmill 11 fell. Therefore,(
If the return condition of S8) is satisfied, the torque gain K is set to Knorm, which is the normal torque command pattern gain, and "0" is set to the protection operation transition completion flag (S9).
In the next cycle, since the protection operation transition completion flag is “0”, the process returns to the normal state process, and the processes (S1), (S2), (S3), and (S4) are executed. Is done.
Thus, since the procedure for returning from the protective torque command pattern Ter to the normal torque command pattern Tnorm is taken, it is possible to automatically return to the normal operation and continue the operation without stopping the windmill 11. The operating rate of the power generator can be improved.

図6および図7を用いて本発明の実施例3に係る方法を説明する。
図6は、本発明のトルク指令パターンおよび風車11の回転数とトルクおよび出力の特性を示すグラフである。
A method according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a graph showing the torque command pattern of the present invention and the rotational speed, torque and output characteristics of the wind turbine 11.

図6においてWT1はある風速1における風車1のトルク特性であり、WP1はその時の出力特性である。同様に、WT2とWP2、WT3とWP3、WT4とWP4は、風速2、風速3、風速4における風車11のトルク特性と出力特性である。なお風速は風速1<風速2<風速3<風速4の順で大きくなる。また、風速1、風速2、風速3は平常時の風速であり、風速4は平常時の風速を上回る過大な風速である。発電機は風車の回転数に比例して回転数が増減する。したがってここでは,風車の回転数と発電機の回転数を同義で用いて説明している。Tnormは平常時のトルク指令パターンであり、発電機の回転数に応じたトルク指令となっている。したがって、Tnormは発電機の回転数ωを入力として、ωの関数f(ω)と傾きの勾配を示すトルクゲインKの積で表され、ある発電機回転数ωにおけるトルク指令T_refはT_ref=K・f(ω)で与えられる。Pnormは、平常時のトルク指令パターンによって発電機制御を行った結果得られる風車11の出力である。Ter_lvlは保護動作を開始するトルクレベルであり,ωerは保護動作を開始する発電機の回転数である。Tp_lvlは保護運転条件のトルクレベルであり,ωpは保護運転条件における発電機の回転数である。   In FIG. 6, WT1 is a torque characteristic of the windmill 1 at a certain wind speed 1, and WP1 is an output characteristic at that time. Similarly, WT2 and WP2, WT3 and WP3, and WT4 and WP4 are the torque characteristics and output characteristics of the wind turbine 11 at the wind speed 2, the wind speed 3, and the wind speed 4, respectively. The wind speed increases in the order of wind speed 1 <wind speed 2 <wind speed 3 <wind speed 4. The wind speed 1, the wind speed 2, and the wind speed 3 are normal wind speeds, and the wind speed 4 is an excessive wind speed that exceeds the normal wind speed. The rotational speed of the generator increases or decreases in proportion to the rotational speed of the windmill. Therefore, here, the rotational speed of the windmill and the rotational speed of the generator are used interchangeably. Tnorm is a normal torque command pattern, which is a torque command corresponding to the rotational speed of the generator. Therefore, Tnorm is expressed by the product of the function f (ω) of ω and the torque gain K indicating the slope of the gradient, with the rotational speed ω of the generator as an input, and the torque command T_ref at a certain generator rotational speed ω is T_ref = K・ It is given by f (ω). Pnorm is an output of the wind turbine 11 obtained as a result of performing the generator control by a normal torque command pattern. Ter_lvl is the torque level at which the protection operation starts, and ωer is the rotational speed of the generator that starts the protection operation. Tp_lvl is the torque level of the protected operation condition, and ωp is the rotational speed of the generator under the protected operation condition.

図7は、本発明の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護運転条件への移行および復帰する処理手順を示すフローチャートである。図7が図4と異なる部分はステップS10を備え部分であり、その他は図4と同一である。   FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure for shifting from a normal torque command pattern to a protected operation condition and returning in the control method of the present invention. 7 is different from FIG. 4 in that step S10 is provided, and the other parts are the same as those in FIG.

図6、図7を用いて本発明の方法を順を追って説明する。   The method of the present invention will be described step by step with reference to FIGS.

平常時は、風10は風速1、風速2、風速3の間で変動している。コンバータ30は、平常時のトルク指令パターンTnormで発電機20を制御しており、風速に応じてTn1、Tn2、Tn3のトルク指令により、風車11からPn1、Pn2、Pn3の出力を取り出している。このとき、コンバータ30では、発電機20から出力される電圧と電流から計算により発電機20の回転数と電力および風車11が出力しているトルクTwindを求めて発電機20の状態を監視している。このとき図7において、平常運転中は保護動作移行完了フラグは"0"であり、(S1)の判定で"no"の条件の処理(S2)が実行され、ここでも過大風力条件を越えていないため、(S3)の処理でトルクゲインKとして平常時のトルクゲインKnormが用いられ、(S4)の処理でトルク指令T_refを演算している。   In normal times, the wind 10 fluctuates between the wind speed 1, the wind speed 2, and the wind speed 3. The converter 30 controls the generator 20 with a normal torque command pattern Tnorm, and takes out the outputs of Pn1, Pn2, and Pn3 from the wind turbine 11 according to the torque commands of Tn1, Tn2, and Tn3 according to the wind speed. At this time, the converter 30 monitors the state of the generator 20 by calculating the rotational speed and power of the generator 20 and the torque Twind output from the windmill 11 by calculation from the voltage and current output from the generator 20. Yes. At this time, in FIG. 7, during normal operation, the protection operation transition completion flag is “0”, and the processing (S2) of the condition of “no” is executed in the determination of (S1), and again the excessive wind force condition is exceeded. Therefore, the normal torque gain Knorm is used as the torque gain K in the process of (S3), and the torque command T_ref is calculated in the process of (S4).

次に、風速が上昇して過大な風速である風速4になると、風車11の回転数が上昇するとともにトルク指令値も上昇しTn4となる。このとき、発電機の回転数が保護検出レベルωerを超えることもしくはトルク指令T_refが保護検出レベルTer_lvlを越え、あらかじめ定めておいた所定の時間経過すると、コンバータ30では過大な風速になったと判断し(S2)、平常のトルク指令パターンTnormから保護運転条件ωpへ移行を開始する。
ここで、ωpは保護動作移行完了時の発電機回転数であり、保護運転中は発電機回転数がωpとなるように運転を行う。
Next, when the wind speed rises to an excessively high wind speed 4, the rotational speed of the windmill 11 rises and the torque command value also rises to Tn4. At this time, if the rotational speed of the generator exceeds the protection detection level ωer or the torque command T_ref exceeds the protection detection level Ter_lvl and a predetermined time has elapsed, the converter 30 determines that the wind speed is excessive. (S2) The transition from the normal torque command pattern Tnorm to the protective operation condition ωp is started.
Here, ωp is the generator rotational speed when the protection operation transition is completed, and the operation is performed so that the generator rotational speed becomes ωp during the protective operation.

次に、平常のトルク指令パターンTnormから保護運転条件ωp への移行の手順について説明する。風速4により、発電機の回転数が保護検出レベルを超えて上昇しTn4になると、過大風力条件を検出し(S2)、コンバータ30ではトルクゲインKをΔK加算し(S5)、次に風車の出力トルクと保護トルクレベルTp_lvlを比較する(S6)。ここで、保護トルクレベルTp_lvlは、過大風力時に保護動作中の風車出力トルクが所定のトルクとなったと判断するためのトルクレベルであり、トルク指令の保護検出レベルTer_lvlよりも小さい値に設定したものである。最初は、風車出力トルク>保護トルクレベルであるので、次のステップでトルク指令T_refを前述の(S5)の処理でΔK加算したトルクゲインKを用いて演算した値で制御を行う。   Next, a procedure for shifting from the normal torque command pattern Tnorm to the protective operation condition ωp will be described. When the speed of the generator rises above the protection detection level and reaches Tn4 due to wind speed 4, an excessive wind condition is detected (S2), and converter 30 adds ΔK to torque gain K (S5). The output torque and the protection torque level Tp_lvl are compared (S6). Here, the protection torque level Tp_lvl is a torque level for determining that the wind turbine output torque during the protection operation at the time of excessive wind force has become a predetermined torque, and is set to a value smaller than the protection detection level Ter_lvl of the torque command It is. At first, since the wind turbine output torque> the protection torque level, the control is performed with the value calculated using the torque gain K obtained by adding ΔK to the torque command T_ref in the above-described process (S5) in the next step.

ゲインKをΔKだけ大きくすると図6におけるトルク指令パターンTnormの曲線は傾きが急になっていく。そのためトルク指令T_refが大きくなっていくが、風車11が出力できるトルクはTn4であるため、風車11にはトルク指令の増加分の減速するトルクがかかり発電機の回転数が下降していく。このとき風車のトルクTwindも上昇していくが、発電機の回転数が下がり、ピークTmを超えると、今度は減少し始める。   When the gain K is increased by ΔK, the curve of the torque command pattern Tnorm in FIG. 6 becomes steeper. Therefore, although the torque command T_ref increases, the torque that the wind turbine 11 can output is Tn4. Therefore, the wind turbine 11 is subjected to a torque that decelerates as the torque command increases, and the rotational speed of the generator decreases. At this time, the torque Twind of the windmill also increases, but when the rotational speed of the generator decreases and exceeds the peak Tm, it starts to decrease this time.

引き続き、次の演算周期で図7のフローが実行されたときに、同様に、(S1),(S2),(S5),(S6)の処理が繰り返され、(S6)の条件処理で風車出力トルクTwindが保護トルクレベルTp_lvlを下回ったと判定した場合に、保護動作移行完了フラグを"1"にセットし(S7),このときの発電機の回転数をωpとする。   Subsequently, when the flow of FIG. 7 is executed in the next calculation cycle, the processes of (S1), (S2), (S5), and (S6) are repeated in the same manner, and the wind turbine is subjected to the condition process of (S6). When it is determined that the output torque Twind is lower than the protection torque level Tp_lvl, the protection operation transition completion flag is set to “1” (S7), and the rotation speed of the generator at this time is set to ωp.

保護動作移行完了フラグを"1"にセットされた次の周期では、(S1)の処理で保護動作移行完了フラグが"1"であるので、(S8)の復帰条件検出の処理が実行される。   In the next cycle when the protection operation transition completion flag is set to "1", the protection operation transition completion flag is "1" in the processing of (S1), so the recovery condition detection processing of (S8) is executed. .

(S8)における復帰条件は、風車の出力トルクTwindが復帰検出レベルTres_lvlを下回り、あらかじめ定めておいた所定の時間経過すると、コンバータ30では平常の風速になったと判断する。   As for the return condition in (S8), when the output torque Twind of the windmill falls below the return detection level Tres_lvl and a predetermined time has passed, the converter 30 determines that the wind speed is normal.

復帰条件を満たすまでの間は、何もせずに次の(S10)が実行されるため、保護動作移行完了時の回転数ωpを保持して、発電機の回転数がωpとなるよう制御を行う。   Until the return condition is satisfied, the next (S10) is executed without doing anything, so control is performed so that the rotational speed of the generator becomes ωp while maintaining the rotational speed ωp at the completion of the protection operation transition. Do.

保護動作中は、風車11を低回転数の領域で運転するため、発電機トルクが平常時の風速3におけるトルク指令値Tn3と同程度であっても出力はPn3よりも小さくなり、発電機20、コンバータ30、インバータ40が過熱することなく正常に運転が可能である。   During the protection operation, the wind turbine 11 is operated in the low rotational speed region, so that the output is smaller than Pn3 even if the generator torque is the same as the torque command value Tn3 at the normal wind speed 3, and the generator 20 The converter 30 and the inverter 40 can be normally operated without overheating.

これにより、過大風速時において風車11の回転数を低い回転数に抑制しながら運転を継続することができる。   Thereby, it is possible to continue the operation while suppressing the rotational speed of the windmill 11 to a low rotational speed at an excessive wind speed.

このように、コンバータ30の制御において平常のトルク指令パターンから保護運転条件への移行の手順をとるので、ブレーキ60などの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車11の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。また、過大風速時に風車11を停止することがないため、風車が破損することがない。また、瞬間的な風力の変動により所定のレベルを超えたと判定することが無く安定して平常運転を継続することができる。   Thus, since the procedure for shifting from the normal torque command pattern to the protective operation condition is taken in the control of the converter 30, the rotation of the wind turbine 11 can be performed at the excessive wind speed only by the generator control without using an external device such as the brake 60. The speed can be reduced, and the power generator can be simplified to improve the reliability. Moreover, since the windmill 11 is not stopped at an excessive wind speed, the windmill is not damaged. Moreover, normal operation can be continued stably without determining that the predetermined level has been exceeded due to instantaneous wind power fluctuations.

次に、保護運転条件ωpから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順について説明する。   Next, a procedure for returning from the protective operation condition ωp to the normal torque command pattern Tnorm will be described.

風速が低下して過大な風速4から平常の風速3、風速2、風速1と低下するに連れて、風車11が出力するトルクは低下していく。これにより、風速が低下したことが分かる。そこで、(S8)の復帰条件を満たした場合は、トルクゲインKを平常のトルク指令パターンのゲインであるKnormとし、保護動作移行完了フラグに"0"をセットする(S9)。   As the wind speed decreases and the wind speed 4 decreases from the excessive wind speed 4 to the normal wind speed 3, the wind speed 2, and the wind speed 1, the torque output by the windmill 11 decreases. Thereby, it turns out that the wind speed fell. Therefore, when the return condition of (S8) is satisfied, the torque gain K is set to Knorm which is the gain of the normal torque command pattern, and “0” is set to the protection operation transition completion flag (S9).

次の周期では、保護動作移行完了フラグが"0"となっているので、上記の平常状態の処理に戻って、(S1)、(S2)、(S3)、(S4)の各処理が実行される。   In the next cycle, the protection operation transition completion flag is “0”, so the process returns to the normal state and the processes (S1), (S2), (S3), and (S4) are executed. Is done.

このように、保護運転条件ωpから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順をとるので、自動的に平常の運転に復帰し、風車11を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。また、瞬間的な風力の変動により所定のレベルを下回ったと判定することが無く安定して保護運転条件での運転を継続することができる。   In this way, since the procedure for returning from the protective operation condition ωp to the normal torque command pattern Tnorm is taken, it is possible to automatically return to the normal operation and continue the operation without stopping the windmill 11, The operating rate of the apparatus can be improved. In addition, it is possible to continue the operation under the protected operation condition stably without determining that the level has fallen below the predetermined level due to instantaneous fluctuations in wind power.

本発明の方法を実施する風力発電装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the wind power generator which enforces the method of this invention 本発明のトルク指令パターンおよび風車の回転数とトルクおよび出力の特性を示すグラフThe graph which shows the torque command pattern of this invention, the rotation speed of a windmill, the characteristic of torque, and an output 本発明の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護トルク指令パターンへの移行および復帰する処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence which transfers and resets from a normal torque command pattern to a protection torque command pattern in the control method of this invention. 実施例2の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護トルク指令パターンへの移行および復帰する処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence which transfers and resets from a normal torque command pattern to a protection torque command pattern in the control method of Example 2. 従来の風力発電装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional wind turbine generator 実施例3のトルク指令パターンおよび風車(発電機)の回転数とトルクおよび出力の特性を示すグラフThe graph which shows the torque command pattern of Example 3, and the rotation speed, torque, and output characteristic of a windmill (generator) 実施例3の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護運転条件への移行および復帰する処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence which transfers to a normal driving | running | working protection condition from a normal torque command pattern and returns in the control method of Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

10 風
11 風車
20 発電機
30 コンバータ
31 DCリンク
40 インバータ
50 コントローラ
60 ブレーキ
10 wind 11 windmill 20 generator 30 converter 31 DC link 40 inverter 50 controller 60 brake

Claims (12)

風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータとを備えた風力発電装置の発電機制御方法において、
ある風速での風車の最大トルクとなる点よりも低い回転数の領域に保護トルク指令パターンを設け、前記発電機の回転数が所定の値を超えた時に前記トルク指令パターンから前記保護トルク指令パターンへ移行するようにしたことを特徴とする風力発電装置の発電機制御方法。
A wind turbine, a generator, a converter having a torque command pattern corresponding to the rotation of the generator and controlling the generator, an inverter that converts the output of the converter into a predetermined voltage and frequency, and outputs the voltage to the system In a generator control method of a wind turbine generator comprising:
A protective torque command pattern is provided in a region of a rotational speed lower than the point at which the maximum torque of the wind turbine at a certain wind speed is provided, and the protective torque command pattern is changed from the torque command pattern when the rotational speed of the generator exceeds a predetermined value. The generator control method of the wind power generator characterized by making it transfer to.
前記保護トルク指令パターンでの制御において、前記発電機の回転数が下降した時に前記保護トルク指令パターンから前記トルク指令パターンへ復帰するようにしたことを特徴とする請求項1記載の風力発電装置の発電機制御方法。   2. The wind turbine generator according to claim 1, wherein, in the control with the protection torque command pattern, the torque command pattern returns to the torque command pattern when the rotational speed of the generator decreases. Generator control method. 風車と、発電機と、発電機の回転に応じた保護トルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、を備えた風力発電装置の発電機制御方法であって、
前記発電機の回転に応じて決まる前記保護トルク指令パターンを決める要素としてゲインKを含み、速度ωの関数f(ω)との積として、トルク指令T_ref=K・f(ω)で与えられる構成において、所定のレベルに満たない風速で平常に運転する場合は平常時用のゲインKnormで運転し、風速がある所定のレベルを超えた場合に、前記所定のレベルを超えたことを判定し、前記所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記保護トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させ、前記ゲインを上昇させたことにより回転数が低下し、前記発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判断した場合に、その時点でゲインの大きさでゲインを固定し運転を継続することを特徴とする風力発電装置の発電機制御方法。
A wind turbine, a generator, a converter having a protective torque command pattern according to the rotation of the generator and controlling the generator, and an inverter that converts the output of the converter into a predetermined voltage and frequency and outputs the voltage to the system A generator control method for a wind turbine generator comprising:
A configuration including a gain K as an element for determining the protection torque command pattern determined according to the rotation of the generator and given by a torque command T_ref = K · f (ω) as a product with the function f (ω) of the speed ω. In the case of normal operation at a wind speed less than a predetermined level, it is operated with a normal gain Knorm, and when the wind speed exceeds a predetermined level, it is determined that the predetermined level has been exceeded, When it is determined that the predetermined level has been exceeded, the gain that determines the protection torque command pattern is increased by a predetermined amount of change, and by increasing the gain, the rotational speed decreases, and the generator torque becomes predetermined. A generator control method for a wind turbine generator, characterized in that, when it is determined that the level is lower than the level, the gain is fixed at that time and the operation is continued.
前記保護トルク指令パターンでの制御において、風力が平常のレベルまで低下した場合に、その状態を発電機トルクが所定のレベルよりも小さくなったことにより検出し、トルクゲインKを平常時のゲインKnormに戻して平常運転状態に復帰すようにしたことを特徴とする請求項3記載の風力発電装置の発電機制御方法。   In the control with the protection torque command pattern, when the wind power decreases to a normal level, the state is detected when the generator torque becomes smaller than a predetermined level, and the torque gain K is determined as the normal gain Knorm. The generator control method for a wind turbine generator according to claim 3, wherein the generator is returned to the normal operation state. 風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータとを備えた風力発電装置の発電機制御方法において、
ある風速での風車の最大トルクとなる点よりも低い回転数の領域に保護トルク指令パターンを有し、前記発電機の回転数が上昇した時に前記トルク指令パターンから前記保護トルク指令パターンへ移行させる保護検出レベルを設けたことを特徴とする風力発電装置の発電機制御装置。
A wind turbine, a generator, a converter having a torque command pattern corresponding to the rotation of the generator and controlling the generator, an inverter that converts the output of the converter into a predetermined voltage and frequency, and outputs the voltage to the system In a generator control method of a wind turbine generator comprising:
A protective torque command pattern is provided in the region of the rotational speed lower than the point where the maximum torque of the windmill at a certain wind speed is obtained, and the torque command pattern is shifted to the protective torque command pattern when the rotational speed of the generator is increased. A generator control device for a wind turbine generator, wherein a protection detection level is provided.
前記保護トルク指令パターンでの制御において、前記発電機の回転数が下降した時に前記保護トルク指令パターンから前記トルク指令パターンへ復帰する復帰検出レベルを設けたことを特徴とする請求項5記載の風力発電装置の発電機制御装置。   6. The wind power according to claim 5, wherein a return detection level for returning from the protective torque command pattern to the torque command pattern when the rotational speed of the generator is lowered is provided in the control with the protective torque command pattern. Generator control device of power generator. 風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、を備えた風力発電装置の発電機制御装置であって、
前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインKを含み、速度ωの関数f(ω)との積として、トルク指令T_ref=K・f(ω)で与えられる構成において、平常時用のゲインKnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判定した場合に前記ゲイン固定部を動作させてその時点でのゲインの大きさで運転を継続させるようにしたことを特徴とする風力発電装置の発電機制御装置。
A wind turbine, a generator, a converter having a torque command pattern corresponding to the rotation of the generator and controlling the generator, an inverter that converts the output of the converter into a predetermined voltage and frequency, and outputs the voltage to the system A generator control device for a wind turbine generator comprising:
In a configuration including a gain K as an element for determining the torque command pattern determined according to the rotation of the generator, and given by a torque command T_ref = K · f (ω) as a product with a function f (ω) of the speed ω. The normal low-gain operating unit that operates with the normal gain Knorm, the gain increasing unit that increases the gain that determines the torque command pattern by a predetermined change amount, and the magnitude of the gain is fixed to the gain at that time A gain fixing unit, a wind speed determination unit that determines whether or not the wind speed exceeds a predetermined level, and a generator torque determination unit that determines whether or not the generator torque is a predetermined level, wherein the wind speed determination unit is at a predetermined level When it is determined that the wind speed is less than the normal speed, the normal low-gain operation unit is operated, and when the wind speed determination unit determines that the wind speed exceeds a predetermined level, the gay When the gain increase unit is operated and the gain is increased, the rotational speed is decreased, and the gain fixing unit is operated when the generator torque determination unit determines that the generator torque is lower than a predetermined level. The generator control device for a wind turbine generator is characterized in that the operation is continued with the gain at that time.
前記保護トルク指令パターンでの制御において、風力が平常のレベルかどうか判定する風力平常レベル判定部を有し、前記風力平常レベル判定部が風力が平常のレベルまで低下したと判定し、かつ前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判定した場合に、平常時用低ゲイン運転部を動作させて、トルクゲインKを平常時のゲインKnormに戻し、平常運転状態に復帰させるようにしたことを特徴とする請求項7記載の風力発電装置の発電機制御装置。   In the control with the protection torque command pattern, a wind power normal level determination unit that determines whether or not the wind power is at a normal level, the wind power normal level determination unit determines that the wind power has decreased to a normal level, and the power generation When the machine torque determination unit determines that the generator torque has become smaller than a predetermined level, the normal low gain operation unit is operated to return the torque gain K to the normal gain Knorm and return to the normal operation state. The generator control device for a wind turbine generator according to claim 7, wherein 前記ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判断した場合に、その時点の回転数で発電機の回転数を一定として運転を継続することを特徴とする請求項3記載の風力発電装置の発電機制御方法。   When it is determined that the rotational speed has decreased and the generator torque has become smaller than a predetermined level due to the increase in the gain, the operation is continued with the rotational speed of the generator kept constant at the rotational speed at that time. The generator control method of the wind power generator of Claim 3 characterized by these. 風力が平常のレベルまで低下した場合に、その状態を発電機トルクが所定のレベルよりも小さくなったことにより検出し、トルクゲインKを平常時のゲインKnormに戻す処理により、平常運転状態に復帰することを特徴とする請求項9記載の風力発電装置の発電機制御方法。   When the wind power drops to a normal level, the state is detected when the generator torque is lower than a predetermined level, and the torque gain K is returned to the normal gain Knorm, and the normal operation state is restored. The generator control method of the wind power generator according to claim 9. 風速が前記所定のレベルを超えた状態が所定の時間継続した場合に前記所定のレベルを超えたと判定することを特徴とする請求項9記載の風力発電装置の発電機制御方法。   The generator control method for a wind turbine generator according to claim 9, wherein when the state in which the wind speed exceeds the predetermined level continues for a predetermined time, it is determined that the predetermined level has been exceeded. 発電機トルクが所定のレベルよりも小さくなった状態が所定の時間継続した場合に風力が平常のレベルに低下したと判定することを特徴とする請求項10記載の風力発電装置の発電機制御方法。   11. The generator control method for a wind turbine generator according to claim 10, wherein when the state in which the generator torque is smaller than a predetermined level continues for a predetermined time, it is determined that the wind power has decreased to a normal level. .
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