JP2012143076A - Control method and control apparatus of wind power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法及び制御装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a control method for a wind power generation system that supplies power generated by a wind power generation apparatus to an electric power system via a transformer, and a technical field of the control apparatus.
従来より、風力発電装置において発電された電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムが知られている。この種の風力発電システムでは、風力発電装置が設置される地域によっては、送電距離が長距離に及ぶ場合がある。送電距離が長いと、送電線のインピーダンスが増大するため、送電容量が低下してしまうという問題がある。このような送電効率の低下を防止するために、送電線に対して直列に補償用のコンデンサを設置することにより、送電線に含まれるインダクタンス成分を打ち消し、送電容量の向上が図られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a wind power generation system that supplies electric power generated by a wind power generator to an electric power system via a transformer is known. In this type of wind power generation system, the transmission distance may reach a long distance depending on the area where the wind power generator is installed. When the power transmission distance is long, the impedance of the power transmission line increases, and thus there is a problem that the power transmission capacity decreases. In order to prevent such a reduction in transmission efficiency, an inductance component included in the transmission line is canceled out by installing a compensation capacitor in series with the transmission line, thereby improving the transmission capacity.
このように補償用のコンデンサを設置した場合、変圧器などの磁気飽和特性のある鉄心を有する可飽和インダクタンス成分との相関で、非線形共振の一種である鉄共振が発生することがある。鉄共振による電圧、電流は電力系統の周波数(商用基本周波数)に比べて低い周波数を有している。このように鉄共振が発生すると風力発電システムの内部に過電圧、又は過電流が生じ、内部機器が破損する問題がある。そのため、風力発電システムにおいて鉄共振が発生した場合には、鉄共振の発生を早期且つ確実に検知することが要請されている。 When a compensation capacitor is installed in this way, iron resonance, which is a kind of nonlinear resonance, may occur due to a correlation with a saturable inductance component having an iron core with magnetic saturation characteristics such as a transformer. The voltage and current due to iron resonance have a lower frequency than the frequency of the power system (commercial fundamental frequency). When iron resonance occurs in this manner, there is a problem that overvoltage or overcurrent is generated inside the wind power generation system, and the internal equipment is damaged. For this reason, when iron resonance occurs in a wind power generation system, it is required to detect the occurrence of iron resonance early and reliably.
このような鉄共振の検知方法に関して、例えば特許文献1には、検出電圧値をコンパレータでON/OFF切替することによって信号化し、ロジック処理によって鉄共振の検知を行う技術が開示されている。また非特許文献1には鉄共振が発生した際に電力系統に接続することによって、鉄共振を減衰させるための保護回路が開示されている。
With regard to such a method for detecting iron resonance, for example,
しかしながら、特許文献1では検出電圧を信号化するためにコンパレータなどのロジック回路を設置する必要があるため、鉄共振の検知回路が複雑化し、容易に実施することができないという問題がある。
However, in
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、比較的シンプルな構成で、鉄共振の発生時の悪影響を効果的に防止可能な風力発電システムの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to provide a control method and a control device for a wind power generation system that can effectively prevent an adverse effect at the time of occurrence of iron resonance with a relatively simple configuration. And
本発明に係る風力発電システムの制御方法は上記課題を解決するために、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法であって、前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知工程と、鉄共振が検知された場合に、鉄共振により発生する過電圧又は電流を低減するための保護回路を前記風力発電装置に接続する保護回路接続工程と、前記保護回路を前記風力発電装置に接続した後更に、鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列する解列工程とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for controlling a wind power generation system according to the present invention is a method for controlling a wind power generation system that supplies power generated by a wind power generation apparatus to an electric power system via a transformer. A detection step of detecting the occurrence of iron resonance in the case, and a protection circuit connection step of connecting a protection circuit for reducing overvoltage or current generated by the iron resonance to the wind power generator when the iron resonance is detected; And a disconnecting step of disconnecting the wind power generator from the power system when an iron resonance is detected over a first predetermined period after the protection circuit is connected to the wind power generator. It is characterized by that.
本発明に係る風力発電システムの制御方法によれば、鉄共振が検知された場合に、第1の接続手段を制御することによって、保護回路を風力発電装置に接続する。これにより、鉄共振によって電力系統に生じる過電圧又は過電流を保護回路にて低減することによって、風力発電システム内の機器への悪影響を防止することができる。また、保護回路の接続後、鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に、第2の接続手段を制御することによって、風力発電装置を電力系統から解列する。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合であっても、風力発電装置自体を電力系統から解列することにより、保護回路が過負荷状態に陥ることを回避し、風力発電システムへの悪影響を防止できる。 According to the method for controlling a wind power generation system according to the present invention, when iron resonance is detected, the protection circuit is connected to the wind power generation device by controlling the first connection means. Thereby, the bad voltage to the apparatus in a wind power generation system can be prevented by reducing the overvoltage or overcurrent which arise in an electric power system by iron resonance with a protection circuit. In addition, after the protection circuit is connected, when the iron resonance is detected for the first predetermined period or longer, the wind power generator is disconnected from the power system by controlling the second connection means. As a result, even if iron resonance has occurred over a long period of time, the wind turbine generator itself can be disconnected from the power system to avoid overloading the protection circuit and adversely affect the wind turbine system. Can be prevented.
好ましくは、前記風力発電装置を前記電力系統から解列した後、鉄共振が第2の所定期間以上に亘って検知されなかった場合に、前記解列した風力発電装置を前記電力系統に復列する復列工程を更に備えるとよい。この場合、鉄共振が第2の所定期間以上に亘って検知されなかった場合に、完全に鉄共振の解消が確認されたとして、風力発電装置を電力系統に復列させる。鉄共振の発生条件は様々な要因に起因しており、条件によっては発生と停止を繰り返すなど不安定な振る舞い(つまり、間欠的な振る舞い)を示す場合がある。本態様では、第2の所定期間の間、鉄共振の発生が無い場合に、完全に鉄共振が解消したと判定することによって、間欠的に発生する鉄共振に応じて、第2の接続手段が煩雑に切り替えられることを防止することができる。第2の接続手段は風力発電装置で発電された電力が流れるため、不必要に切替動作が行われて接触抵抗が増大すると、当該箇所における発熱量が増加し、故障につながってしまう。これに鑑みて、本態様では、第2の接続手段の切り替え動作を不必要に多くすることなく、且つ、鉄共振の解消後、風力発電装置を早期に復旧可能なように制御を行うことができる。 Preferably, after the wind turbine generator is disconnected from the power system, the iron generator is disconnected from the power grid when no iron resonance is detected for a second predetermined period or longer. It is preferable to further include a returning process. In this case, when the iron resonance is not detected for the second predetermined period or longer, the wind power generator is returned to the power system on the assumption that the iron resonance has been completely eliminated. The generation condition of the iron resonance is caused by various factors, and depending on the condition, there may be an unstable behavior such as repeated generation and stop (that is, intermittent behavior). In this aspect, when there is no occurrence of iron resonance during the second predetermined period, it is determined that the iron resonance has been completely eliminated, so that the second connection means is provided in accordance with the iron resonance that occurs intermittently. Can be prevented from being complicatedly switched. Since the electric power generated by the wind power generator flows through the second connecting means, if the switching operation is performed unnecessarily and the contact resistance increases, the amount of heat generated at the location increases, leading to failure. In view of this, in this aspect, it is possible to perform control so that the wind turbine generator can be recovered early without the need to unnecessarily increase the switching operation of the second connection means and after the iron resonance is resolved. it can.
本発明の一態様では、前記検知工程は、前記変圧器の印加電圧の時間積分値から磁束を算出し、当該磁束が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。この場合、前記変圧器の印加電圧を検知してもよいし、その代わりに前記変圧器の鉄心に磁束検出用のコイルを巻きつけ、当該コイルに発生する電圧であってもよい。また他の態様では、前記検知工程は、前記変圧器における漏れ磁束を検出し、当該検出された漏れ磁束が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。更に他の態様では、前記検知工程は、前記変圧トランスにおける電圧波形又は電流波形の低周波数成分をローパスフィルタを介して抽出し、前記ローパスフィルタの出力波形が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。本発明はこのような検知工程を備えることによって、商用基本波周波数より低周波数を有する鉄共振を、高信頼性で検知することができる。 In one aspect of the present invention, the detecting step calculates a magnetic flux from a time integral value of the voltage applied to the transformer, and detects the occurrence of iron resonance when the magnetic flux exceeds a predetermined level value. In this case, the voltage applied to the transformer may be detected, or alternatively, a voltage generated in the coil by winding a magnetic flux detection coil around the iron core of the transformer. In another aspect, the detection step detects leakage magnetic flux in the transformer, and detects occurrence of iron resonance when the detected leakage magnetic flux exceeds a predetermined level value. In still another aspect, the detecting step extracts a low-frequency component of a voltage waveform or a current waveform in the transformer transformer through a low-pass filter, and the iron resonance occurs when the output waveform of the low-pass filter exceeds a predetermined level value. Detects the occurrence of By providing such a detection process, the present invention can detect iron resonance having a frequency lower than the commercial fundamental frequency with high reliability.
前記風力発電システムは、互いに並列に接続された複数の前記風力発電装置が前記変圧器を介して前記電力系統に接続されて構成されていてもよい。このように、互いに並列に接続された複数の風力発電装置が1台以上の変圧器を介して電力系統に接続されている場合、検出手段は複数の風力発電装置における鉄共振の発生を当該一の変圧器をモニタすることによっても検知できる。 The wind power generation system may be configured by connecting a plurality of wind power generation devices connected in parallel to the power system via the transformer. As described above, when a plurality of wind turbine generators connected in parallel to each other are connected to the power system via one or more transformers, the detection means detects the occurrence of iron resonance in the plurality of wind turbine generators. This can also be detected by monitoring the transformer.
この場合、前記解列工程において、前記検知手段によって鉄共振が前記第1の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、複数の前記風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列するとよい。これによれば、複数の風力発電装置を一度にすべて解列しなくて済むため、鉄共振を抑制するために一部の風力発電装置を解列しつつ、残りの風力発電装置で発電することで電力系統に電力の供給を継続することができる。 In this case, when the iron resonance is detected over the first predetermined period or more in the disconnecting step, the plurality of wind turbine generators are combined until the iron resonance is eliminated. It is good to disconnect from the electric power system every predetermined time. According to this, since it is not necessary to disconnect a plurality of wind power generators all at once, power is generated by the remaining wind power generators while disconnecting some of the wind power generators to suppress iron resonance. Thus, the power supply to the power system can be continued.
本発明に係る風力発電システムの制御装置は上記課題を解決するために、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御装置であって、前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知手段と、前記風力発電装置に接続することによって鉄共振により発生する過電圧又は電流を抑制可能な保護回路の前記風力発電装置に対する接続状態を切り替えるための第1の接続手段と、前記風力発電装置の前記電力系統に対する接続状態を切り替えるための第2の接続手段と、前記検知手段によって鉄共振が検知された場合に前記保護回路を前記風力発電装置に接続するように前記第1の接続手段を制御し、その後更に、前記検知手段によって鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列するように前記第2の接続手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a control device for a wind power generation system according to the present invention is a control device for a wind power generation system that supplies electric power generated by a wind power generation device to an electric power system via a transformer. Detecting means for detecting the occurrence of iron resonance in the wind turbine generator, and a first protection circuit for switching the connection state of the protection circuit capable of suppressing overvoltage or current generated by iron resonance by connecting to the wind turbine generator. A connection means, a second connection means for switching the connection state of the wind turbine generator to the power system, and the protection circuit is connected to the wind turbine generator when an iron resonance is detected by the detector. The first connecting means is controlled at the same time, and thereafter, when the iron resonance is detected by the detecting means over a first predetermined period or longer, the wind power generation is performed. The device is characterized in that a control means for controlling said second connection means so as to disconnection from the power grid.
特に、前記風力発電システムは、互いに並列に接続された複数の前記風力発電装置が前記変圧器を介して前記電力系統に接続されて構成されている場合には、前記制御手段は、前記検知手段によって鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、前記複数の風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列するとよい。 In particular, when the wind power generation system is configured by connecting a plurality of the wind power generation devices connected in parallel to the power system via the transformer, the control means includes the detection means. When the iron resonance is detected over the first predetermined period, the plurality of wind turbine generators are disconnected from the power system one by one every predetermined time until the iron resonance is canceled. Good.
本発明に係る風力発電システムの制御装置は、上述の風力発電システムの制御方法(上記各種態様を含む)により好適に実現可能である。 The control apparatus for a wind power generation system according to the present invention can be suitably realized by the above-described wind power generation system control method (including the above-described various aspects).
本発明によれば、鉄共振が検知された場合に、第1の接続手段を制御することによって、保護回路を風力発電装置に接続する。これにより、鉄共振によって電力系統に生じる過電圧又は過電流を保護回路にて低減することによって、風力発電システムへの悪影響を防止することができる。また、保護回路の接続後、鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に、第2の接続手段を制御することによって、風力発電装置を電力系統から解列する。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合であっても、風力発電装置自体を電力系統から解列することにより、保護回路が過負荷状態に陥ることを回避できる。 According to the present invention, when iron resonance is detected, the protection circuit is connected to the wind turbine generator by controlling the first connecting means. Thereby, the bad influence to a wind power generation system can be prevented by reducing the overvoltage or overcurrent which arise in an electric power system by iron resonance in a protection circuit. In addition, after the protection circuit is connected, when the iron resonance is detected for the first predetermined period or longer, the wind power generator is disconnected from the power system by controlling the second connection means. Thereby, even if it is a case where iron resonance occurs over a long period of time, it can avoid that a protection circuit falls into an overload state by separating the wind power generator itself from the electric power system.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
[第1実施例]
まず図1を参照して第1実施例に係る風力発電システム100の全体構成について説明する。図1は第1実施例に係る風力発電システム100の全体構成を概念的に示すブロック図である。
[First embodiment]
First, the overall configuration of the wind
風力発電装置1は複数の風車ブレードが取り付けられたロータを有し、ロータは増速機を介して発電機11に接続されている。発電機11の出力端子に接続された母線13は、切替スイッチSW1、変圧器12、切替スイッチSW2を経由して系統連系部4の系統接続端6に接続されている。尚、切替スイッチSW1及びSW2は、本発明の「第2の接続手段」の一例である。このように風力発電装置1では、風車ブレードの回転が増速機を介して発電機11に入力され、この発電機11で発電した電力を変圧器12で変圧した後、系統連系部4を介して電力系統7に供給するようになっている。尚、図1の例では発電機11は誘導発電機であり、発電機11のロータ巻線への接続14と母線13の間に周波数を変換するコンバータ20を接続して可変速運転を可能としている。このように本実施例では、いわゆるダブルフェッド方式を採用している。
The
尚、本発明による制御方法は、ダブルフェッド方式以外の方式として、誘導機、同期機等の発電機出力をコンバータ20を介して電力系統7に接続する、いわゆるフルコンバータ方式に対しても、適用可能であり、以下実施例2〜4も同様である。図2に、第1実施例に係る風力発電システム100をフルコンバータ方式で実現した例を示す。尚、図2では図1と共通する箇所に同一の符号を付すこととし、以下、図1とまとめて説明することとする。
The control method according to the present invention is also applicable to a so-called full converter system in which generator outputs such as induction machines and synchronous machines are connected to the power system 7 via the
再び図1に戻って、風力発電装置1には鉄共振が生じた際に発生する過電圧又は過電流を低減するための保護回路であるクローバ回路30が設けられている。クローバ回路30は、整流器31と、本発明の「第1の接続手段」の一例であるスイッチ32と、負荷抵抗33とを備えてなる。整流器31はロータ巻線への接続14から入力された交流電力を、整流することにより直流電力に変換する。スイッチ32は、コントローラ40から供給されるクローバ回路制御信号に基づいて、整流器31と負荷抵抗33との間の電気的接続をON/OFF制御する。尚、本実施例ではスイッチ32をクローバ回路30内において整流器31の後段に設けているが、整流器31の前段に配置してもよいし、クローバ回路30外に配置してもよい。
Returning to FIG. 1 again, the
スイッチ32は、平常時にはOFF状態になっており、負荷抵抗33はロータ巻線への接続14から切り離されている。一方、鉄共振が生じた際にはコントローラ40からのクローバ回路制御信号に基づいてスイッチ32をON状態にすることにより、負荷抵抗33をロータ巻線への接続14に接続して、鉄共振が生じた際に発生する過電圧又は過電流を低減ことができるように構成されている。尚、スイッチ32の詳細な動作制御については後述する。
The
風力発電装置1の母線13上には、発電機11の出力端子の系統接続端6に対する接続状態を切り替えるための切替スイッチSW1及びSW2が設けられている。切替スイッチSW1及びSW2は、平常時にはON状態になっており、発電機11において発電された電力が変圧器12を介して系統連係部4を介して電力系統7に供給されるようになっている。一方、鉄共振が発生した際には、切替スイッチSW1及びSW2はコントローラ40からの解列制御信号に基づいて所定条件下においてOFF状態に切り替えられることによって、風力発電装置1を電力系統7から解列し、風力発電装置1が鉄共振の影響を受けることを防止することができるように構成されている。尚、切替スイッチSW1及びSW2の詳細な動作制御については後述する。
On the
系統連系部4は、風力発電装置1を電力系統7に連系するための設備であり、電力系統7との間で定められた系統連系の条件に基づいて供給電力の監視、及び各種調整を行う。例えば、系統連系の条件として、連系点における力率や出力値を許容範囲内とする条件が設定されている。尚、系統連系部4には変圧器5を含んでいてもよい。
The grid interconnection unit 4 is a facility for linking the
電力系統7は、風力発電装置1で発電した出力を、送電線、変電所を介して需要家へ送る設備機器群であり、火力発電所等の他の発電設備や一般需要家を含む。
The electric power system 7 is a group of equipment that sends the output generated by the
補機70は母線13から駆動電力を取得して動作する、例えば風力発電装置1のブレードピッチを可変制御するためのピッチ駆動機構などである。
The
続いて、図3を参照して、以上のように構成された風力発電システム100の具体的な動作について説明する。図3は第1実施例に係る風力発電システム100の制御内容を示すフローチャート図である。
Next, a specific operation of the wind
まずコントローラ40は鉄共振の検知を行い(ステップS101)、鉄共振が発生しているか否かを判定する(ステップS102)。尚、具体的な鉄共振の検知方法については後述する。
First, the
鉄共振が発生している場合(ステップS102:YES)、コントローラ40はクローバ回路制御信号によってスイッチ32の接続状態をONに切り替えることによって、クローバ回路30の負荷抵抗33をロータ巻線への接続14に接続する(ステップS103)。これにより、鉄共振によって生じる過電圧又は過電流を負荷抵抗33にて低減できる。尚、鉄共振が発生していない場合(ステップS102:NO)、コントローラ40は処理を戻して、ステップS101及びS102)を再度実行する。
When the iron resonance has occurred (step S102: YES), the
その後、コントローラ40は再び鉄共振の検知を行い(ステップS104)、鉄共振が発生しているか否かを判定する(ステップS105)。鉄共振が発生している場合(ステップS105:YES)、コントローラ40は一定又は不定の周期で鉄共振の検知を繰り返すことによって、鉄共振の継続時間Taが第1の所定期間T1より大きいか否かを判定する(ステップS106)。ここで第1の所定期間T1は、鉄共振によって発生した過電力によって保護回路であるクローバ回路30が過負荷状態になるのに要する期間として規定された閾値である。
Thereafter, the
鉄共振の継続時間Taが第1の所定期間T1より大きい場合(ステップS106:YES)、コントローラ40は解列制御信号に基づいて切替スイッチSW1又はSW2を非接続状態(OFF)に切り替えることによって、風力発電装置1を電力系統7から解列する(ステップS107)。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合に、風力発電装置1を電力系統7から解列することで、保護回路であるクローバ回路30が過負荷状態に陥ることを回避し、電力系統7への悪影響を抑えなくなるという事態に陥ることを防止することができる。一方、鉄共振の継続時間Taが第1の所定期間T1以下である場合(ステップS106:NO)、コントローラ40は処理をステップS104に戻し、上記処理を再実行する。
If the duration time Ta of the iron resonance is longer than the first predetermined period T1 (step S106: YES), the
続いて、鉄共振が発生していない場合(ステップS105:NO)、コントローラ40は鉄共振の消滅期間Tbが第2の所定期間T2より小さいか否かを判定する(ステップS108)。ここで第2の所定期間T2は、鉄共振が完全に解消したか否かを判定するために要する期間として規定された閾値である。鉄共振の発生条件は様々な要因に起因しており、条件によっては発生と停止を繰り返すなど不安定な振る舞い(つまり、間欠的な振る舞い)を示す場合がある。そのため、風力発電装置1を解列することによって完全に鉄共振が解消したと判断するためには、ある程度の期間、鉄共振の発生がないことを確認する必要がある。本実施例では、第2の所定期間T2の間、鉄共振の発生が無い場合に、完全に鉄共振が解消したと判定されるように構成している。
Subsequently, when the iron resonance has not occurred (step S105: NO), the
鉄共振の消滅期間Tbが第2の所定期間T2より小さい場合(ステップS108:YES)、コントローラ40は鉄共振が完全に解消していないとして、処理をステップS106に戻して上記処理を実行する。一方、鉄共振の消滅期間Tbが第2の所定期間T2以上である場合(ステップS108:NO)、コントローラ40はクローバ回路制御信号によってスイッチ32の接続状態をOFFに切り替えることによって、クローバ回路30の動作を終了させる(ステップS109)。このように、完全に鉄共振の解消が確認された後にクローバ回路30の動作を終了させることによって、間欠的に発生する鉄共振に応じて、スイッチ32が煩雑に切り替えられることを防止することができる。
When the iron resonance disappearance period Tb is shorter than the second predetermined period T2 (step S108: YES), the
ステップS107において風力発電装置1が電力系統7から解列された場合、コントローラ40は、ステップS108と同様に、鉄共振の消滅期間Tbが第2の所定期間T2より小さいか否かを判定する(ステップS110)。そして、鉄共振の消滅期間Tbが第2の所定期間T2より小さい場合(ステップS110:YES)には完全に鉄共振が解消していないとして、風力発電装置1の解列を継続する。一方、鉄共振の消滅期間Tbが第2の所定期間T2以上である場合(ステップS110:NO)、コントローラ40は完全に鉄共振が解消したと判断し、切替スイッチSW1及びSW2をON状態に切り替え、風力発電装置1を電力系統7に復列させる。
When the
特に、切替スイッチSW1及びSW2はメインの送電線である母線13上に設けられるため、一般的に大電力が流れる。そのため、不必要に切替動作が行われて接触抵抗が増大すると、当該箇所における発熱量が増加し、故障につながってしまう。これに鑑みて、本実施例では、切替スイッチSW1及びSW2の切り替え動作を不必要に多くすることなく、且つ、鉄共振の解消後、風力発電装置1を早期に復旧させることができる。
In particular, since the changeover switches SW1 and SW2 are provided on the
尚、図3のステップS107において風力発電装置1を解列する際には、切替スイッチSW2をON状態に維持しつつ、切替スイッチSW1をOFF状態に切り替えることによって行ってもよい。この場合、風力発電装置1を解列した際にも、補機70及びコントローラ40には駆動電力が電力系統側7から供給され続けることによって動作を継続することができる。そのため、鉄共振解消後の復帰動作を迅速に行うことができるというメリットがある。
Note that when the
また、図3のステップS107において風力発電装置1を解列する際には、切替スイッチSW1をON状態に維持しつつ、切替スイッチSW2をOFF状態に切り替えることによって行ってもよい。この場合、風力発電装置1が電力系統側7から完全に解列されるため、鉄共振から風力発電装置1をより確実に保護することができる。
この場合、切替スイッチSW1及びSW2としてリモート操作可能な接続手段を採用することにより、例えば風力発電装置1に内蔵された無停電電源装置(UPS)から切替スイッチSW1及びSW2に駆動電力を供給することによって、自動制御を行ってもよい。これにより、鉄共振解消後の復帰動作に人手による駆動電源の再投入作業を要することがなくなり、自動的に復旧動作を行うことができる。
尚、切替スイッチSW1及びSW2の自動制御方法としては、風力発電装置1の解列後、無停電電源装置(UPS)からの供給電力により、風力発電装置1とコントローラ40との間を通信可能な状態に維持しておく。これにより、上述のタイミングで風力発電装置1を復列する際に、切替スイッチSW1及びSW2に制御信号を自動的に出力して制御するとよい。
Further, when the
In this case, by adopting connection means that can be operated remotely as the changeover switches SW1 and SW2, for example, driving power is supplied to the changeover switches SW1 and SW2 from an uninterruptible power supply (UPS) built in the
As an automatic control method for the changeover switches SW1 and SW2, the
続いて図4を参照して、図3のステップS101及びS104における鉄共振の検知方法について詳細に説明する。図4は図3のステップS101及びS104における鉄共振の検知方法を示すフローチャート図である。 Next, the iron resonance detection method in steps S101 and S104 in FIG. 3 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the iron resonance detection method in steps S101 and S104 of FIG.
コントローラ40は、変圧器12から電圧値を経時的に取得し(ステップS201)、当該取得した電圧値の時間積分値から、変圧器12を構成する鉄心中の磁束Φを算出する(ステップS202)。そして、ステップS202において算出した磁束Φが予め規定された所定レベル値Φ1を超えたか否かを判定する(ステップS203)。磁束Φが所定レベル値Φ1を超えた場合(ステップS203:YES)鉄共振が発生していると判定される(ステップS204)。一方、磁束Φが所定レベル値Φ1以下である場合(ステップS203:NO)、鉄共振は発生していないと判定される(ステップS205)。
The
鉄共振は変圧器12の鉄心中の磁束Φが飽和することによって発生する。本実施例では、変圧器12の電圧値からコアに含まれる磁束Φを算出し、当該磁束Φが飽和磁束Φ1に達しているか否かを判定することによって、鉄共振の発生の有無を検知している。
The iron resonance is generated when the magnetic flux Φ in the iron core of the
尚、コントローラ40が検出する変圧器12の電圧値は、一次巻線側であってもよいし、二次巻線側であってもよい。また、変圧器12の巻線とは別に、変圧器12の鉄心に磁束検出用コイルを巻きつけて、このコイルに発生する電圧を積分することによって磁束検出してもよい。
The voltage value of the
[第2実施例]
次に図5及び図6を参照して、第2実施形態に係る風力発電システム100について説明する。図5は第2実施例に係る風力発電システム100の全体構成を概念的に示すブロック図であり、図6は第2実施例に係る風力発電システム100における鉄共振の検知方法を示すフローチャート図である。尚、上記第1実施例と共通する箇所には同一の符号を示すこととし、詳細な説明は省略することする。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG.5 and FIG.6, the wind
図5に示すように、第2実施例に係る風力発電システムでは、変圧器12のコア付近に配置された磁気センサ50が備えられており、コントローラ40は磁気センサ50からの信号を取得することによって、変圧器12における漏れ磁束ΦLを検出可能なように構成されている。尚、磁気センサ50としては、例えばホール素子やファラデー素子などの各種磁気センサを利用可能である。
As shown in FIG. 5, in the wind power generation system according to the second embodiment, the
図6に示すように、コントローラ40は磁気センサ50から変圧器12の漏れ磁束ΦLを経時的に取得する(ステップS301)。そして、取得した漏れ磁束ΦLが予め規定された所定レベル値ΦL1を超えたか否かを判定する(ステップS302)。漏れ磁束ΦLが所定レベル値ΦL1を超えた場合(ステップS302:YES)、コントローラ40は鉄共振が発生していると判定する(ステップS303)。一方、漏れ磁束ΦLが所定レベル値ΦlL以下である場合(ステップS302:NO)、コントローラ40は鉄共振が発生していないと判定する(ステップS304)。
As shown in FIG. 6, the
鉄共振は上述したように、変圧器12のコアに含まれる磁束Φが飽和するタイミングで発生する。言い換えると、鉄共振が発生すると、変圧器12の鉄心の磁束Φが飽和すると共に、漏れ磁束ΦLが増加する。そこで本実施例では、磁気センサによって漏れ磁束ΦLを検出し、当該漏れ磁束ΦLが所定レベル値ΦL1に達しているか否かに応じて、鉄共振の有無を判定することができる。
As described above, the iron resonance occurs at the timing when the magnetic flux Φ included in the core of the
[第3実施例]
次に図7を参照して、第3実施形態に係る風力発電システム100について説明する。図7は第3実施例に係る風力発電システム100の全体構成を概念的に示すブロック図である。尚、上記第1実施例と共通する箇所には同一の符号を示すこととし、詳細な説明は省略することする。
[Third embodiment]
Next, a wind
コントローラ40は、低周波数成分を抽出するためのローパスフィルタ60を介して変圧器12から電圧波形又は電流波形を取得し、該取得した低周波数成分が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。これにより、商用基本波周波数より低周波数を有する鉄共振を、高信頼性で検知することができる。本実施例では特に、ローパスフィルタ60というシンプルな構成要素を追加するのみによって、鉄共振を検知可能である。そのため、システムの複雑化をより効果的に回避しつつ、信頼性の高い鉄共振の検知を実現することができる。
The
[第4実施例]
次に図8を参照して、第4実施形態に係る風力発電システム100について説明する。図8は第4実施例に係る風力発電システム100の全体構成を概念的に示すブロック図である。尚、上記第1実施例及び第2実施例と共通する箇所には同一の符号を示すこととし、詳細な説明は省略することする。
[Fourth embodiment]
Next, with reference to FIG. 8, the wind
図8に示すように、第4実施例に係る風力発電システム100では、複数個の風力発電装置1(図8において、各風力発電装置を1a、1b・・・・で示す)が互いに並列に接続されてなる複数個(合計m個)のグループG1〜Gmを備えており、各グループG1〜Gmはサブステーション80と、直列に挿入された補償用コンデンサ90とを介して電力系統7に接続されている。本実施例では、上述のコントローラ40はサブステーション8に含まれており(図8ではコントローラ40はサブステーション80に内蔵されているものとして、図示を省略している)、変圧器5からの電流値又は電圧値をモニタすることにより、鉄共振の発生を検知することができる。つまり、本実施例では各グループG1〜Gmを構成する各風力発電機1における鉄共振の発生を、サブステーション80でまとめて監視することができる。このように、複数の風力発電装置1における鉄共振の監視を、各風力発電装置1を個別にモニタすることなく、シンプルな構成で実現することができる。尚、サブステーション80から個別の風力発電装置1へは通信手段(図不示)を設け、これにより鉄共振の発生を個別の風力発電装置1に通知する。鉄共振の発生が通知された場合、個別の風力発電装置1では、前記実施例1〜3の例に従って保護動作を行う。
As shown in FIG. 8, in the wind
[第5実施例]
次に図9を参照して、第5実施形態に係る風力発電システム100について説明する。図9は第5実施例に係る風力発電システム100の制御内容を示すフローチャート図である。尚、第5実施例に係る風力発電システム100の構成については、上記第4実施例(図8を参照)と同様である。
[Fifth embodiment]
Next, a wind
第5実施例に係る風力発電システム100では、図3のステップS106及びS107での制御に倣って、鉄共振が第1の所定期間T1以上に亘って検知された場合に、サブステーション80に設けられた遮断機SW11〜SW1mによってグループG1〜Gmを電力系統7から解列することによって、鉄共振によって風力発電装置1が悪影響を受けることを防止することができる。グループG1〜Gmの解列制御は、図3における風力発電装置1の解列制御と基本的に同様であるが、本実施例では特に、鉄共振が解消されるまで、各グループG1〜Gmを一つずつ所定時間毎に電力系統7から解列することに特徴がある。
In the wind
このような各グループG1〜Gmの解列制御は、図9に示すように、ステップS107に従って解列するにあたって、まず変数mを「1」に設定し(ステップS401)、遮断機SW11をOFFに切り替えることによってグループG1のみを電力系統7から解列する(ステップS402)。その後、鉄共振が解消したか否かを判定し(ステップS403)、鉄共振が解消していないと判定された場合(ステップS403:NO)、変数mに「m+1」を代入し(ステップS404)、上記処理を繰り返す。これにより、鉄共振が解消するまで、m個の各グループG1〜Gmが一つずつ順番に電力系統から解列される。そして、鉄共振が解消した場合に(ステップS403:YES)、各グループG1〜Gmの解列を終了し(ステップS405)、処理を終了する(END)。これにより、グループG1〜Gmを一度にすべて解列しなくて済むため、鉄共振を防止するために一部のグループのみを解列しつつ、残りのグループで発電することで電力系統7への電力供給を継続することができる。 As shown in FIG. 9, in the disconnection control of each of the groups G1 to Gm, when disconnecting according to step S107, first, the variable m is set to “1” (step S401), and the circuit breaker SW11 is turned off. Only the group G1 is disconnected from the power system 7 by switching (step S402). Thereafter, it is determined whether or not the iron resonance has been resolved (step S403). If it is determined that the iron resonance has not been resolved (step S403: NO), “m + 1” is substituted for the variable m (step S404). The above process is repeated. As a result, the m groups G1 to Gm are sequentially disconnected from the power system one by one until the iron resonance is resolved. Then, when the iron resonance is resolved (step S403: YES), the separation of the groups G1 to Gm is terminated (step S405), and the process is terminated (END). As a result, it is not necessary to disconnect all of the groups G1 to Gm at a time, so that only a part of the groups are disconnected in order to prevent iron resonance, and power is generated in the remaining groups to generate the power system 7. The power supply can be continued.
本実施例では特に、遮断機1mをサブステーション80側に設けることによって、各グループG1〜Gmを個別に電力系統7側から完全に解列させることができるので、鉄共振から風力発電装置1をより確実に保護することができる。
この場合、実施例1における切替スイッチSW1及びSW2と同様に、遮断機1mとしてリモート操作可能な接続手段を採用することにより、例えば風力発電装置1に内蔵された無停電電源装置(UPS)から遮断機1mに駆動電力を供給することによって、自動制御を行ってもよい。これにより、鉄共振解消後の復帰動作に人手による駆動電源の再投入作業を要することがなくなり、自動的に復旧動作を行うことができる。
In the present embodiment, in particular, by providing the breaker 1m on the
In this case, similarly to the change-over switches SW1 and SW2 in the first embodiment, by adopting connection means that can be operated remotely as the circuit breaker 1m, for example, it is disconnected from the uninterruptible power supply (UPS) built in the
尚、本実施例においても、風力発電装置1側に設けられた切替スイッチ(図1に示すSW1及びSW2)を切り替え制御することによって解列してもよい。この場合、実施例1において述べたように、風力発電装置1を解列した際にも、補機70及びコントローラ40には駆動電力が電力系統側7から供給され続けることによって動作を継続することができる。そのため、鉄共振解消後の復帰動作を迅速に行うことができるというメリットがある。
Also in the present embodiment, the switches may be disconnected by controlling the changeover switches (SW1 and SW2 shown in FIG. 1) provided on the
また、本実施例ではサブステーション80において鉄共振を検知するとしているが、これに合わせて、第1実施例において説明したように、各グループG1〜Gmに含まれる個々の風力発電装置1においても鉄共振の検出を行ってもよい。この場合、サブステーション80における鉄共振の検出タイミングと、個々の風力発電装置1における鉄共振の検出タイミングを比較し、タイミングが早い方に従って上述の保護動作を制御するとよい。これにより、保護動作をより迅速に実行することができるので、システムの安全性をより効果的に向上させることができる。
Further, in this embodiment, the iron resonance is detected in the
尚、上述の保護動作によっても鉄共振の抑制が不十分である場合には、サブステーション80の電力系統7側に設けられた遮断機SW3をOFF状態に切り替えるとよい。これにより、サブステーション80側を電力系統7から完全に隔離することができるので、サブステーション80の保護を確実なものとすると共に、システム全体の回路条件が変わることによる鉄共振の抑制効果もより効果的に得ることができる。
In addition, when the suppression of iron resonance is insufficient even by the above-described protection operation, the circuit breaker SW3 provided on the power system 7 side of the
以上説明したように、本発明の風力発電システム100によれば、鉄共振が検知された場合に、スイッチ32を制御することによって、クローバ回路30を風力発電装置1に接続する。これにより、鉄共振によって生じる過電圧または過電流をクローバ回路30にて低減することによって、風力発電装置1への悪影響を防止することができる。また、クローバ回路30の接続後、鉄共振が第1の所定期間T1以上に亘って検知された場合に、切替スイッチSW1及びSW2を制御することによって、風力発電装置1を電力系統7から解列する。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合であっても、風力発電装置1自体を電力系統7から解列することにより、クローバ回路30が過負荷状態に陥ることを回避し、風力発電装置1を保護することができる。
As described above, according to the wind
本発明は、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法及び制御装置に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a control method and a control device for a wind power generation system that supplies power generated by a wind power generation device to a power system via a transformer.
1 風力発電装置
4 系統連系部
5 変圧器
6 系統接続端
7 電力系統
11 発電機
12 変圧器
13 母線
30 クローバ回路
31 整流器
32 スイッチ(第1の切替手段)
33 負荷抵抗
40 コントローラ
50 磁気センサ
60 ローパスフィルタ
70 補機
80 サブステーション
100 風力発電システム
SW1,SW2 切替スイッチ(第2の切替手段)
SW3 遮断機
G1〜Gm グループ
SW11〜SW1m 遮断機
DESCRIPTION OF
33
SW3 Breaker G1-Gm Group SW11-SW1m Breaker
Claims (10)
前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知工程と、
鉄共振が検知された場合に、鉄共振により発生する過電圧又は電流を低減するための保護回路を前記風力発電装置に接続する保護回路接続工程と、
前記保護回路を前記風力発電装置に接続した後更に、鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列する解列工程と
を備えた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 that supplies power generated by a wind power generator to an electric power system via a transformer,
A detection step of detecting the occurrence of iron resonance in the transformer;
A protection circuit connecting step of connecting a protection circuit for reducing overvoltage or current generated by iron resonance to the wind power generator when iron resonance is detected;
And a disconnecting step of disconnecting the wind power generator from the power system when an iron resonance is detected over a first predetermined period after the protection circuit is connected to the wind power generator. A method for controlling a wind power generation system.
前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知手段と、
前記風力発電装置に接続することによって鉄共振により発生する過電圧又は電流を抑制可能な保護回路の前記風力発電装置に対する接続状態を切り替えるための第1の接続手段と、
前記風力発電装置の前記電力系統に対する接続状態を切り替えるための第2の接続手段と、
前記検知手段によって鉄共振が検知された場合に前記保護回路を前記風力発電装置に接続するように前記第1の接続手段を制御し、その後更に、前記検知手段によって鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列するように前記第2の接続手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。 A control device for a wind power generation system that supplies power generated by a wind power generation device to a power system via a transformer,
Detecting means for detecting the occurrence of iron resonance in the transformer;
A first connection means for switching a connection state of the protection circuit capable of suppressing overvoltage or current generated by iron resonance by being connected to the wind power generator;
Second connection means for switching a connection state of the wind power generator to the power system;
When the iron resonance is detected by the detection means, the first connection means is controlled to connect the protection circuit to the wind power generator, and thereafter, the iron resonance is detected by the detection means for a first predetermined period. A control device for a wind power generation system, comprising: control means for controlling the second connection means so that the wind power generation device is disconnected from the power system when detected over the above.
前記制御手段は、前記検知手段によって鉄共振が第1の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、前記複数の風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列するように前記第2の接続手段を制御することを特徴とする請求項9に記載の風力発電システムの制御装置。 The wind power generation system is configured such that a plurality of wind power generation devices connected in parallel to each other are connected to the power system via the transformer,
When the iron resonance is detected for the first predetermined period or more by the detection means, the control means sets the plurality of wind power generators one by one every predetermined time until the iron resonance is canceled. The control device for a wind power generation system according to claim 9, wherein the second connection unit is controlled so as to be disconnected from the power system.
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