JP2011176956A - 風力発電システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明では、系統異常により、電力変換器の直流部の電圧が上昇した場合でも、直流過電圧を回避し、風力発電システムの運転継続を可能とする。このために風力発電システムにおいて、電力変換器の直流部に半導体スイッチと抵抗器から成るエネルギー消費回路を設けることで、系統異常時に直流電圧が上昇する場合でも、エネルギーを消費し、風力発電システムを運転継続する。
【選択図】 図9
Description
2 ナセル
3 タワー
4 トランス
5,295b,295c,295e 遮断器
6 電力系統
11 ブレード
12 ハブ
21 シャフト
22 増速ギヤ
23 永久磁石型発電機
24 風速計
25 上位風車コントローラ
26 変換器コントローラ
28 電力変換器
30a,30b,30c 補助電源
41 降圧トランス
111 ピッチ角制御器
281 発電機側電力変換器
282 平滑化コンデンサ
283 系統側電力変換器
284 直流エネルギー消費回路
291,294 電圧検出器
292,293 電流検出器
2501 平均化演算器
2502 回転速度指令演算器
2503 ピッチ角指令・電力指令演算器
2504 切替器
2505 事故検出器
2506 異常時ピッチ角指令演算器
2601 OR演算器
2602 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 系統周波数検出器
2831 ゲート駆動回路
2832 還流ダイオード
2833 IGBT
2841 半導体スイッチ
2842 抵抗器
25031,25062 減算器
25032 ピッチ角指令演算器
25034 発電電力指令演算器
25037 最大電力指令演算器
25061 リミッタ
2506b3,25063 PI制御器
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 過電流検出演算器
26006a,26006b 過電流検出回路
Claims (20)
- ピッチ角を変更可能なブレードと、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、
前記風力発電システムは、前記電力変換器の直流部分に電気エネルギー消費回路を備えたことを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1に記載の風力発電システムにおいて、
前記電気エネルギー消費回路は、電気エネルギーを消費するための抵抗器と、前記抵抗器をオンオフするためのスイッチング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2に記載の風力発電システムにおいて、
前記電気エネルギー消費回路は、前記電力変換器の直流電圧を前記スイッチング手段のオン条件、またはオフ条件として動作し、前記スイッチング手段のオン条件となる直流電圧は、オフ条件となる直流電圧より高いことを特徴とする風力発電システム。 - 請求項3に記載の風力発電システムにおいて、
前記電気エネルギー消費回路は、オンとなった瞬間からの時間と、前記エネルギー消費回路がオン状態である時間を計測し、オンとなってからの所定の時間内にオン状態が一定の割合を超えた場合に、前記電気エネルギー消費回路をオフにし、それ以上オンとならないようにすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項3に記載の風力発電システムにおいて、
前記電気エネルギー消費回路は、オンとなった瞬間からの時間と、前記エネルギー消費回路がオン状態とオフ状態に移行する回数を計測し、オンとなってからの所定の時間内にオン状態からオフ状態へ移行する回数がある一定回数を超えた場合に、前記電気エネルギー消費回路をオフにし、それ以上オンとならないようにすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項3に記載の風力発電システムにおいて、
前記電気エネルギー消費回路は、抵抗器の温度を測定する手段を備え、抵抗器の温度が所定の温度以上になった場合に、前記電気エネルギー消費回路をオフにし、それ以上オンとならないようにすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項3に記載の風力発電システムにおいて、
前記電気エネルギー消費回路は、抵抗器周辺の空気の温度を測定する手段を備え、抵抗器周辺の空気の温度が所定の温度以上になった場合に、前記電気エネルギー消費回路をオフにし、それ以上オンとならないようにすることを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1〜7に記載のうちの1つの風力発電システムにおいて、
電力系統の電圧が所定の値より低下した場合に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電力制御を開始することにより電力系統へ無効電力を供給し、前記発電機側変換器は電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項8に記載の風力発電システムにおいて、
前記系統側変換器の交流電流が異常値であるときに、前記系統側変換器および前記発電機側変換器は一旦ゲートブロックを開始し、ゲートブロック解除後に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電流制御を開始することにより電力系統へ無効電流を供給し、前記発電機側変換器は発電電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1〜7に記載のうちの1つの風力発電システムにおいて、
発電機電圧が系統電圧より高い時間が、ある所定の時間経過した場合に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電力制御を開始することにより電力系統へ無効電力を供給し、前記発電機側変換器は電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項10に記載の風力発電システムにおいて、
前記系統側変換器の交流電流が異常値であるときに、前記系統側変換器および前記発電機側変換器は一旦ゲートブロックを開始し、ゲートブロック解除後に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電流制御を開始することにより電力系統へ無効電流を供給し、前記発電機側変換器は発電電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1〜7に記載のうちの1つの風力発電システムにおいて、
系統側電力変換器の直流電圧制御で直流電圧が所定の値に維持できず、かつ、発電機に直流電圧を維持できるだけの発電機電圧がある場合に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電力制御を開始することにより電力系統へ無効電力を供給し、前記発電機側変換器は電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項12に記載の風力発電システムにおいて、
前記系統側変換器の交流電流が異常値であるときに、前記系統側変換器および前記発電機側変換器は一旦ゲートブロックを開始し、ゲートブロック解除後に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電流制御を開始することにより電力系統へ無効電流を供給し、前記発電機側変換器は発電電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項1〜7に記載のうちの1つの風力発電システムにおいて、
系統側電力変換器と発電機側電力変換器はそれぞれ別個に制御コントローラをもち、また、それぞれが独立に直流電圧を監視する手段をもち、また、直流電圧がある判定値を下回った状態が一定時間継続した場合に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電力制御を開始することにより電力系統へ無効電力を供給し、前記発電機側変換器は電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項14に記載の風力発電システムにおいて、
系統側電力変換器の直流電圧指令値は発電機側電力変換器の直流電圧指令値より大きく、また、前記系統側電力変換器と前記発電機側電力変換器の制御が切り替わる判定値は、前記系統側電力変換器の直流電圧指令値と前記発電機側電力変換器の直流電圧指令値の間に設定することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項15に記載の風力発電システムにおいて、
前記系統側変換器の交流電流が異常値であるときに、前記系統側変換器および前記発電機側変換器は一旦ゲートブロックを開始し、ゲートブロック解除後に、前記系統側変換器は直流電圧制御を終了して無効電流制御を開始することにより電力系統へ無効電流を供給し、前記発電機側変換器は発電電力制御を終了して直流電圧制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項8〜16に記載の1つの風力発電システムにおいて、
前記系統側変換器および前記発電機側変換器のゲートブロックの解除は、前記同期発電機の発電電力を絞ってから行うことを特徴とする風力発電システム。 - 請求項17に記載の1つの風力発電システムにおいて、
電力系統の電圧低下を検出してから所定の時間が経過した後、前記系統側変換器は無効電力制御を終了して直流電圧制御を開始し、前記発電機側電力変換器は直流電圧制御を終了して電力制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項17に記載の1つの風力発電システムにおいて、
前記風力発電システムは電力系統の電圧低下が回復したことを検出する手段をもち、電力系統の電圧低下の回復を検出してから所定の時間が経過した後、前記系統側変換器は無効電力制御を終了して直流電圧制御を開始し、前記発電機側電力変換器は直流電圧制御を終了して電力制御を開始することを特徴とする風力発電システム。 - 請求項8〜19に記載の1つの風力発電システムにおいて、
ゲートブロックの解除後、前記発電機側変換器の運転状態の移行は、前記系統側変換器の運転状態の移行より早く行うことを特徴とする風力発電システム。
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