JP2008283747A - 風力発電システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
系統電圧低下、あるいは系統側電力変換器において過電流が発生した場合でも、風力発電システムの運転継続、あるいは瞬時再起動運転を可能とする。
【解決手段】
風力発電システムにおいて、系統電圧振幅の低下率に応じて、ピッチ角の制御方法を変え、かつ系統側電力変換器における過電流発生時は、系統側電力変換器をゲートブロックし、発電機側電力変換器は運転を継続する。
【選択図】図4
Description
1)過電流検出時
電力変換器コントローラ26eが過電流を検出した際、系統側電力変換器283eはゲートブロックをする。系統電圧低下による過電流であれば、ゲートブロックにより電流振幅Iabs は急速に減少する。電流振幅が減少しなかった場合は、過電流発生の原因が、風力発電システム構成機器の故障である可能性が高いため、上位風車コントローラ25eは、遮断器5eに開信号を送り、風力発電システムを停止状態に移行させる。
2)過電流減少から過電流除去まで
電力変換器コントローラ26eは、系統側電力変換器283eのゲートブロック中も数13,数14の演算を行うことで、系統電圧Vabsと系統電流Iabsを観測し続ける。Iabsがあらかじめ定めた所定値ICLRを下回った場合(つまりIabs<ICLR)、電力変換器コントローラ26eは過電流が除去されたと判別する。この際、Vabs の大きさにより、電力系統が電圧低下状態であるか、あるいは正常状態であるかを判別し、その後の制御方式を変更する。
2−1)系統電圧正常時の再始動
過電流除去時の系統電圧振幅Vabs が、あらかじめ定められた所定値VGFより大きかった場合、電力変換器コントローラ26eは系統電圧が正常だと判断し、風力発電システムは発電運転を再開する。
2−2)系統電圧低下時の再始動
系統電圧低下時の再始動方法は、風力発電システムが接続する電力系統の運用規格によって、変更する必要がある。
3)系統電圧復帰時の運転方法
電力変換器コントローラ26eは系統電圧低下中も、系統電圧振幅Vabsを監視しており、Vabsがあらかじめ定められた所定値より大きくなった場合、電力変換器コントローラ26eは系統電圧が正常になったと判断し、風力発電システムは発電運転を再開する。つまり、系統側電力変換器283eは直流電圧制御と、無効電力制御を行い、発電機側電力変換器281eは有効電力制御と無効電力制御を行う。
2,2a ナセル
3,3a タワー
4,4a,4b,4c,4e 連系トランス
5,5a,5b,5c,5e,284,295b,295c,295e 遮断器
6,6a,6b,6c,6e 電力系統
11,11a1,11b,11c,11e ブレード
12,12a,12b,12c,12e ハブ
21,21a シャフト
22,22a ギヤ
23 二次励磁型発電機
23a,23b,23e 永久磁石型発電機
23c 直流励磁型同期発電機
24,24a,24b,24c,24d,24e 風速計
25,25b,25c,25d,25e,26e 上位風車コントローラ
26,26b,26c,26d 電力変換器コントローラ
27,27b,27c,27d,27e エンコーダ
28,28a,28b,28c,28e 電力変換器
30a,30b,30c 補助電源
41 降圧トランス
111,111b,111c,111d,111e ピッチ角制御器
280c 励磁装置
281,281b,281c,281e 発電機側電力変換器
282,282b,282c,282e平滑化コンデンサ
283,283b,283c,283e 系統側電力変換器
291,291b,291c,291e 電圧測定器
292,292b,292e,293,293b,293c,293e,294 電流測定器
2501,2501d 平均化演算器
2502,2502d 回転速度指令演算器
2503,2503d ピッチ角指令・電力指令演算器
2504 ピッチ角指令,電力指令切替器
2506,2506a,2506b 異常時ピッチ角指令演算器
2506a1,2506b1,25038d,25064 ピッチ角指令選択器
2506b1,25031,25031d,25062 減算器
2506b3,25063 PI制御器
2601,2601a OR演算器
2602,2602a 電圧振幅演算器
2603,2603a,2604,2604a,2606,2608,2608a,
2609,2609a 比較演算器
2605 電流振幅演算器
2607,2607a 系統周波数検出器
2610a,2611a,2612a 絶対値演算回路
2613a,2614a,2615a ダイオード
2616a コンパレータ
2617a 可変抵抗器
2618a 抵抗器
2619a OR回路
2831 ゲート駆動回路
2832 還流ダイオード
2833 IGBT
25032,25032d ピッチ角指令演算器
25034,25034d 電力指令演算器
25036d,25061 リミッタ
25037d 最大電力指令演算器
26001 異常検出演算器
26002 電力演算器
26003 電力制御演算器
26004 回転速度演算器
26005a,26005b,26005c 過電流検出演算器
26006a,26006b,26006c 過電流検出回路
Claims (20)
- ピッチ角を変化可能なブレードと、前記ブレードと機械的に接続されたローターと、
前記ローターによって駆動される発電機と、
前記発電機に電気的に接続され、前記発電機から電力系統へ出力される電力を制御する電力変換器と、
前記ピッチ角を制御するピッチ角制御手段とを有する風力発電システムにおいて、
系統もしくは前記風力発電システムの異常状態を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段が異常を検出しないときの第一のピッチ角制御手段と、
前記異常検出手段が異常を検出したときの第二のピッチ角制御手段と、を有し、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度を前記風力発電システムの発電運転可能な回転速度に保つことを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
予め定めた第一の所定値と前記第一の所定値よりも小さな第二の所定値を持ち、
前記第二のピッチ角制御手段は、
前記ローターの回転速度が、前記風力発電システムの発電運転可能な前記ローターの回転速度の上限値よりも小さく、第一の所定値よりも大きい場合に、ピッチ角を所定の値に固定し、
前記ローターの回転速度が、前記風力発電システムの発電運転可能な前記ローターの回転速度の下限値よりも大きく、第二の所定値よりも小さい場合に、ピッチ角を最大角とすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項2において、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度が前記第一の所定値以下かつ前記第二の所定値以上であるときに、前記ローターの回転速度または風速に応じてピッチ角を変更することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項2において、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度が前記第一の所定値以下かつ前記第二の所定値以上であるときに、ピッチ角を一定の角度とすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記ローターの回転速度の目標値を、前記風力発電システムの発電運転可能な回転速度範囲内の一定値とする制御手段であることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記異常検出手段は、系統の電圧振幅値が予め定めた範囲よりも大きいもしくは小さいことを検出することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記異常検出手段は、前記風力発電システムもしくは前記電力変換器から出力される電流の振幅値が予め定めた値よりも大きいことを検出することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記異常検出手段は、系統の交流電圧の周波数が予め定めた範囲よりも大きいもしくは小さいことを検出することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記異常検出手段が異常を検出した場合に、前記電力変換器はゲートブロックすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記第二のピッチ角制御手段は、
系統の電圧振幅に応じて前記ブレードのピッチ角を変更することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
系統の電圧振幅に応じて電力系統へ出力する電力を調整することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項10において、
系統の電圧振幅に応じて電力系統へ出力する電力を調整することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項10において、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記系統の電圧振幅値が所定値よりも小さいときに前記ピッチ角をフェザー状態まで変化させることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記第二のピッチ角制御手段は、前記系統の電圧振幅値が第三の所定値よりも大きいときに前記ローターの回転速度に応じて回転速度を制御し、
前記系統の電圧振幅値が前記第三の所定値より小さな第四の所定値よりも小さいときに前記ピッチ角をフェザー状態まで変化させ、
前記系統の電圧振幅値が前記第三の所定値以下かつ前記第四の所定値以上のときに前記ピッチ角を所定の角度まで変化させることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1において、
前記異常検出手段が異常を検出したときに、前記電力変換器が発電機への無効電力を調整する無効電力制御手段を有することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項9において、
前記電力変換器がゲートブロックをしているときに、前記異常検出手段が異常を検出しないときに、前記ゲートブロックを解除することを特徴とする風力発電システム。 - ピッチ角可変のブレードと、前記ブレードと機械的に接続されたローターと、前記ローターによって駆動される同期発電機と、
前記同期発電機に電気的に接続され、前記同期発電機から出力される可変周波数の発電電力を直流電力に変換する発電機側変換器と、
前記発電機側変換器と電力系統とに電気的に接続され、前記直流電力を固定周波数の交流電力に変換する系統側変換器と、を有する風力発電システムにおいて、
電力系統の電圧と電流と周波数の何れか、もしくは前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記ブレードのピッチ角を変更することで前記ローターの回転速度を一定範囲内に制御し、かつ前記発電機側変換器が前記同期発電機への無効電力を制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。 - 請求項17において、
前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記系統側変換器はゲートブロックを開始し、かつ前記発電機側変換器が前記同期発電機の端子の有効電力を零に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。 - 請求項17において、
前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記発電機側変換器が前記同期発電機への無効電力を制御することにより、前記同期発電機固定子の端子電圧を前記発電機側変換器の運転可能電圧範囲内に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。 - 請求項17において、
前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記発電機側変換器が前記同期発電機への無効電力を制御することにより、前記同期発電機からの電流量を前記発電機側変換器の電流容量以下に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
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