JP2013106437A - Wind power generation apparatus, method and program - Google Patents

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芳克 井川
Shinji Arinaga
真司 有永
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Masato Goto
正人 後藤
Masahiro Yoshioka
正博 吉岡
Yohei Nakamoto
洋平 中本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress active power dropping and reactive power consumption upon recovery of a power system after generation of a low voltage event of the power system.SOLUTION: A wind power generation apparatus 1, including: a windmill rotor hub 11 that is rotated by wind power; a fixed speed type induction generator 13 driven by the rotation of the windmill rotor hub 11; and a brake 20 that brakes the rotation of the windmill rotor hub 11 and that is interconnected with the power system 15, includes a control section 18 that determines that a low voltage event has occurred when a voltage of the power system 15 is smaller than a first threshold value and controls the brake 20 to obtain a rotational speed between a synchronous speed and a rotational speed of an induction generator 13 that obtains a rated output.

Description

本発明は、風力発電装置及び方法並びにプログラムに関するものである。   The present invention relates to a wind power generation apparatus and method, and a program.

近年、風力発電設備の電力系統連系要件のガイドラインが整備されており、設置される風力発電装置は、連系要件に適合させる必要がある。また、電力系統の事故発生に伴い、短時間の電力系統の低電圧事象が発生した場合に、風力発電装置を電力系統側から解列させずに、電力系統に及ぼす影響を最小限に抑える運用、即ち、LVRT(Low Voltage Ride Through)に対応する機能が要求されている。   In recent years, guidelines for power grid interconnection requirements for wind power generation facilities have been established, and the installed wind power generation apparatus must be adapted to the interconnection requirements. In addition, in the event of a short-term power system low voltage event due to the occurrence of a power system accident, operation that minimizes the impact on the power system without disconnecting the wind power generator from the power system side That is, a function corresponding to LVRT (Low Voltage Ride Through) is required.

例えば、電力系統側の事故発生に伴って電力系統の電圧が低下する低電圧事象が発生すると、風力発電装置の発電機は、負荷がなくなることにより回転数が上昇するが、所定量以上回転数が上昇すると風力発電装置が故障するので、所定の回転速度に制御し故障を防ぐ技術が検討されている。
下記特許文献1には、電力系統の事故発生時には、風車ブレードのピッチ角を制御して事故に伴う発電機の過回転を防止し、また、電力系統の電圧値が事故前の状態に復帰した場合には、ピッチ角を制御して回転速度を運転可能領域内に制御し、運転再開までの時間を短縮する技術が提案されている。
For example, when a low voltage event occurs in which the voltage of the power system decreases due to the occurrence of an accident on the power system side, the generator of the wind power generator increases in speed due to the absence of the load, but the speed exceeds a predetermined amount. As the wind power rises, the wind power generation device breaks down, and a technique for preventing the failure by controlling to a predetermined rotation speed is being studied.
In the following Patent Document 1, when a power system accident occurs, the wind turbine blade pitch angle is controlled to prevent over-rotation of the generator accompanying the accident, and the power system voltage value has returned to the state before the accident. In such a case, a technique has been proposed in which the pitch angle is controlled to control the rotation speed within the operable range, thereby shortening the time until the operation is resumed.

また、例えば、電力系統の電圧が低下した状態から回復すると、そのときのすべりに応じて大きな電流が流れるとともに大きなトルクが発生し、機器への荷重が大きくかかるので、発電機の回転数が同期回転数またはそれ以上となるように風車ブレードのピッチ角を制御して、コンバータ及びインバータの制御が再開されたときに生じる大きなトルク発生、或いは、反負荷トルクの発生を防止する技術が提案されている(下記特許文献2)。   In addition, for example, when recovering from a state where the voltage of the power system has dropped, a large current flows and a large torque is generated according to the slip at that time, and a large load is applied to the equipment, so the generator rotation speed is synchronized. A technology has been proposed that prevents the generation of large torque or anti-load torque that occurs when the control of the converter and the inverter is resumed by controlling the pitch angle of the wind turbine blades so that the rotational speed becomes higher or higher. (Patent Document 2 below).

特開2010−35418号公報JP 2010-35418 A 国際公開第2010/095248号International Publication No. 2010/095248

しかしながら、上記特許文献1及び上記特許文献2の方法のようにピッチ角制御による回転数制御を行う場合には、電力系統の電圧値が事故前の状態に復帰した時点で、風車ブレードがフェザー側(風を逃がす側)にあるので、図7(b)実線で示されるように、有効電力値の落ち込みが生じるという問題があった。
また、電力系統の電圧値の復帰時において、過回転に起因して、固定速方式で誘導発電機を搭載している風力発電装置では誘導発電機が消費する無効電力が、図7(b)の点線で示されるように、多くなる。このような場合には、風力発電装置と電力系統との連系点の電圧は、電力系統側から見て結果的に低下することとなり、図7(a)の実線で示されるように、電力系統の電圧値(図7(a)の点線)まで上がりきらない。従来は、こうした無効電力消費を抑制する方法がなく、無効電力の消費を抑制することができないという問題点があった。さらに、風車ブレードのピッチ角制御による回転数の制御は、応答速度が遅いのでLVRTのような瞬時に発生する低電圧事象に対しては、不向きであった。
However, when the rotational speed control by the pitch angle control is performed as in the methods of Patent Document 1 and Patent Document 2, the windmill blade is moved to the feather side when the voltage value of the power system returns to the state before the accident. Since it is on the side where the wind escapes, there is a problem that the drop in the active power value occurs as shown by the solid line in FIG.
In addition, when the voltage value of the power system is restored, the reactive power consumed by the induction generator in the wind power generator in which the induction generator is mounted in a fixed speed method due to over-rotation is shown in FIG. As shown by the dotted line in FIG. In such a case, the voltage at the interconnection point between the wind turbine generator and the power system will eventually decrease as seen from the power system side, and as shown by the solid line in FIG. It does not rise to the voltage value of the system (dotted line in FIG. 7A). Conventionally, there is no method for suppressing such reactive power consumption, and there has been a problem in that reactive power consumption cannot be suppressed. Further, the control of the rotational speed by controlling the pitch angle of the windmill blade is not suitable for a low voltage event that occurs instantaneously such as LVRT because the response speed is slow.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電力系統の低電圧事象の発生後、電力系統の電圧値の復帰時における有効電力の落ち込み、及び無効電力消費を抑制できる風力発電装置及び方法並びにプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to suppress a drop in active power and a reactive power consumption when a voltage value of the power system is restored after the occurrence of a low voltage event in the power system. An object of the present invention is to provide a power generation apparatus and method, and a program.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される固定速方式の誘導発電機と、前記ロータの回転を制動させるブレーキとを備え、電力系統に連系される風力発電装置であって、前記電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、前記誘導発電機の回転数を、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数となるよう前記ブレーキを制御する制御手段を具備する風力発電装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention includes a wind turbine generator that is linked to an electric power system, and includes a rotor that is rotated by wind power, a fixed-speed induction generator that is driven by the rotation of the rotor, and a brake that brakes the rotation of the rotor. And determining that a low voltage event has occurred when the voltage of the power system is lower than a first threshold, and determining the rotational speed of the induction generator to obtain a synchronous speed and a rated output. There is provided a wind turbine generator comprising control means for controlling the brake so as to have a rotational speed between the rotational speeds of the brakes.

このような構成によれば、風力によって回転するロータの回転を制動させるブレーキを制御する制御手段は、電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断して、ロータの回転数を、同期速度と定格出力が得られる誘導発電機の回転数との間の回転数となるようにブレーキを制御する。
このように、誘導発電機の回転数は、風力発電装置の軸に設けられるロータの回転を制動させるブレーキを用いて制御するので、発電機回転数が上昇することにより発生する無効電力の消費を抑制でき、電力系統と風力発電装置との連系点における電圧の速やかな復帰に寄与できる。また、風車ブレードのピッチ角によって回転数制御する場合にはピッチ角をフェザー側にしているが、本発明ではピッチ角による回転数制御をしていないので、電力系統の電圧が復帰した場合における有効電力の落ち込みを低減できる。さらに、発電機回転数を風車ブレードのピッチ角制御によって制御する場合と比較して、電力系統が復帰した場合において、連系点における電圧復帰にかかる時間を短縮することができる。制御手段によって制御される発電機回転数は、好ましくは略同期速度である。
According to such a configuration, the control means for controlling the brake that brakes the rotation of the rotor that is rotated by wind power determines that a low-voltage event has occurred when the voltage of the power system becomes lower than the first threshold value. The brake is controlled so that the rotational speed of the rotor becomes a rotational speed between the synchronous speed and the rotational speed of the induction generator capable of obtaining the rated output.
Thus, since the rotation speed of the induction generator is controlled using a brake that brakes the rotation of the rotor provided on the shaft of the wind turbine generator, the consumption of reactive power generated when the generator rotation speed increases is reduced. It can suppress, and it can contribute to the quick return of the voltage in the connection point of an electric power grid | system and a wind power generator. Also, when the rotational speed is controlled by the pitch angle of the windmill blade, the pitch angle is set to the feather side. However, since the rotational speed is not controlled by the pitch angle in the present invention, it is effective when the voltage of the power system is restored. Reduced power drop. Furthermore, compared with the case where the generator rotational speed is controlled by the pitch angle control of the windmill blade, when the power system is restored, the time required for voltage restoration at the interconnection point can be shortened. The generator rotation speed controlled by the control means is preferably substantially synchronous speed.

上記風力発電装置の前記制御手段は、前記ブレーキをオンオフ制御することにより前記誘導発電機の回転数を制御することとしてもよい。
オンオフ制御により簡便に発電機回転数を制御できる。
The said control means of the said wind power generator is good also as controlling the rotation speed of the said induction generator by carrying out on-off control of the said brake.
The generator speed can be easily controlled by on / off control.

上記風力発電装置の前記制御手段は、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数の範囲で設定された目標回転数に、前記誘導発電機の回転数が一致するようにフィードバック制御することとしてもよい。
発電機回転数を目標回転数に一致するようにフィードバック制御することにより発電機回転数を精度よく制御できるので、オンオフ制御する場合と比較して、無効電力消費の抑制及び有効電力の復帰を効果的に行える。
The control means of the wind turbine generator is configured such that the rotational speed of the induction generator is set to a target rotational speed set in a rotational speed range between the synchronous speed and the rotational speed of the induction generator that provides a rated output. It is good also as performing feedback control so that it may correspond.
By controlling the generator speed so that it matches the target speed, the generator speed can be controlled with high accuracy, so it is more effective in reducing reactive power consumption and restoring active power than when on-off control is performed. Can be done.

上記風力発電装置は、前記誘導発電機と前記電力系統との間に電力調整手段を具備し、前記電力調整手段は、前記電力系統の前記低電圧事象が発生した後に、前記電力系統の電圧値が第2閾値より大きくなった場合に系統復帰したと判断し、当該風力発電装置の出力電力値が、前記低電圧事象が発生する直前の電力値となるように電力調整することとしてもよい。   The wind power generator includes a power adjustment unit between the induction generator and the power system, and the power adjustment unit is configured to detect a voltage value of the power system after the low voltage event of the power system has occurred. May be determined to have returned to the grid when the value becomes larger than the second threshold, and the power adjustment may be performed so that the output power value of the wind turbine generator is the power value immediately before the occurrence of the low voltage event.

例えば、系統復帰後において風速の低下が生じた場合であっても、低電圧事象直前の電力値となるように電力調整される。或いは、低電圧事象の後、電圧復帰し、その後に風速が弱くなる事態が発生すると、電力系統側に供給される電力は減少増大減少と、不安定な状態となるが、電力調整手段により電力調整されることにより電力系統側に安定した出力が供給される。
また、低電圧事象後の電圧復帰を加速するために、電力調整手段により無効電力を供給することとしてもよい。
For example, even when a decrease in wind speed occurs after the system is restored, the power is adjusted so that the power value immediately before the low voltage event is obtained. Alternatively, after a low voltage event, when the voltage recovers and then the wind speed becomes weaker, the power supplied to the power system decreases and decreases and becomes unstable. By adjusting, a stable output is supplied to the power system side.
In order to accelerate the voltage recovery after the low voltage event, reactive power may be supplied by the power adjusting means.

上記風力発電装置の前記電力調整手段は、蓄電できる電力貯蔵装置であることとしてもよい。
電力貯蔵装置によって、電力調整を簡便に行うことができる。また、電力貯蔵装置は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池等の二次電池である。
The power adjustment means of the wind power generator may be a power storage device capable of storing electricity.
Power adjustment can be easily performed by the power storage device. The power storage device is a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead storage battery, a sodium sulfur battery, or a redox flow battery.

上記風力発電装置の前記電力貯蔵装置は、前記制御手段に電力を供給することとしてもよい。
電力貯蔵装置に蓄電された電力を制御手段の電源として使用でき、電力を有効活用することができる。
The power storage device of the wind power generator may supply power to the control means.
The power stored in the power storage device can be used as a power source for the control means, and the power can be used effectively.

本発明は、風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される固定速方式の誘導発電機と、前記ロータの回転を制動させるブレーキとを備え、電力系統に連系される風力発電装置の制御方法であって、前記電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、前記誘導発電機の回転数を、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数となるよう前記ブレーキを制御する風力発電装置の制御方法を提供する。   The present invention includes a wind turbine generator that is linked to an electric power system, and includes a rotor that is rotated by wind power, a fixed-speed induction generator that is driven by the rotation of the rotor, and a brake that brakes the rotation of the rotor. And determining that a low-voltage event has occurred when the voltage of the power system is lower than a first threshold, and determining the rotation speed of the induction generator to obtain a synchronous speed and a rated output. Provided is a method for controlling a wind turbine generator that controls the brake so as to have a rotational speed between that of an induction generator.

本発明は、風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される固定速方式の誘導発電機と、前記ロータの回転を制動させるブレーキとを備え、電力系統に連系される風力発電装置の制御プログラムであって、前記電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、前記誘導発電機の回転数を、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数となるよう前記ブレーキを制御することをコンピュータに実行させるための風力発電装置の制御プログラムを提供する。   The present invention includes a wind turbine generator that is linked to an electric power system, and includes a rotor that is rotated by wind power, a fixed-speed induction generator that is driven by the rotation of the rotor, and a brake that brakes the rotation of the rotor. And determining that a low voltage event has occurred when the voltage of the power system is lower than a first threshold, and determining the rotation speed of the induction generator to obtain a synchronous speed and a rated output. There is provided a control program for a wind turbine generator for causing a computer to control the brake so as to have a rotational speed between the rotational speed of the induction generator.

本発明は、電力系統の低電圧事象の発生後、電力系統の電圧値の復帰時における有効電力の落ち込み、及び無効電力消費を抑制できるという効果を奏する。   The present invention has an effect that, after the occurrence of a low voltage event in the power system, it is possible to suppress a drop in active power and a reactive power consumption when the voltage value of the power system is restored.

本発明の第1の実施形態に係る風力発電装置の概略構成を示した図である。It is the figure which showed schematic structure of the wind power generator which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態に係る回転数制御をした場合の(a)系統電圧と連系点電圧の傾向、(b)発電機から供給される有効電力と無効電力の傾向、(c)発電機回転数の傾向の一例を示した図である。(A) Trend of system voltage and interconnection point voltage when performing rotational speed control according to the first embodiment, (b) Trend of active power and reactive power supplied from the generator, (c) Generator rotation It is the figure which showed an example of the tendency of a number. 第1の実施形態に係る制御部の動作フローである。It is an operation | movement flow of the control part which concerns on 1st Embodiment. 本発明の第3の実施形態に係る風力発電装置の概略構成を示した図である。It is the figure which showed schematic structure of the wind power generator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 電圧復帰後に風速が低下した場合において、発電機から供給される有効電力と無効電力の傾向の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the tendency of the active electric power and reactive power which are supplied from a generator, when a wind speed falls after a voltage return. 本発明の第3の実施形態に係る回転数制御をした場合の(a)系統電圧と連系点電圧の傾向、(b)発電機から供給される有効電力と無効電力の傾向、(c)発電機回転数の傾向の一例を示した図である。(A) Trend of system voltage and interconnection point voltage when performing rotational speed control according to the third embodiment of the present invention, (b) Trend of active power and reactive power supplied from the generator, (c) It is the figure which showed an example of the tendency of generator rotation speed. 従来の制御の場合の(a)系統電圧と連系点電圧の傾向、(b)発電機から供給される有効電力と無効電力の傾向、(c)発電機回転数の傾向を示した図である。In the case of the conventional control, (a) the trend of system voltage and interconnection point voltage, (b) the trend of active power and reactive power supplied from the generator, (c) the graph showing the trend of generator rotation speed is there.

〔第1の実施形態〕
以下に、本発明に係る風力発電装置及び方法並びにプログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator and method and a program according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係る風力発電装置1の概略構成を示したブロック図である。図1に示されるように、本実施形態に係る風力発電装置1は、風車ブレード10、風車ロータハブ(ロータ)11、ギア12、発電機(誘導発電機)13、電磁弁14、油圧ポンプ19、電圧計9、制御部(制御手段)18、及びブレーキ20を備えており、連系点Yにおいて電力系統15と接続(連系)されている。
風車ブレード10は、風車ロータハブ11に複数枚が放射状に取り付けられている。風車ロータハブ11の主軸には、所定の変速比を持ったギア12を介して発電機13が接続されており、機械的に連結され、一体に回転可能となっている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a wind turbine generator 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a wind turbine generator 1 according to this embodiment includes a wind turbine blade 10, a wind turbine rotor hub (rotor) 11, a gear 12, a generator (induction generator) 13, a solenoid valve 14, a hydraulic pump 19, A voltmeter 9, a control unit (control means) 18, and a brake 20 are provided, and are connected (connected) to the power system 15 at the connection point Y.
A plurality of windmill blades 10 are radially attached to the windmill rotor hub 11. A generator 13 is connected to the main shaft of the wind turbine rotor hub 11 via a gear 12 having a predetermined gear ratio, and is mechanically coupled to be rotatable integrally.

したがって、風車ブレード10が風力エネルギーを受けて風車ロータハブ11と共に回転し、発電機13を駆動して発電することにより風力エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。発電機13は、固定速方式の誘導発電機であり、例えば、かご型誘導発電機である。
風力発電装置1と電力系統15との連系点Yの近傍には、電圧計9が設けられている。電圧計9は、連系点Yの電圧を計測し、計測結果を制御部18に出力する。
Therefore, the windmill blade 10 receives wind energy and rotates together with the windmill rotor hub 11 to drive the generator 13 to generate electric power, thereby converting the wind energy into electric energy. The generator 13 is a fixed-speed induction generator, for example, a squirrel-cage induction generator.
A voltmeter 9 is provided near the interconnection point Y between the wind power generator 1 and the power system 15. The voltmeter 9 measures the voltage at the interconnection point Y and outputs the measurement result to the control unit 18.

油圧ポンプ19は、図示しないタンク内の作動流体(例えば、作動油)が送り出されるようになっており、送り出された作動流体は、電磁弁14に送り込まれる。
電磁弁14は、制御部18によってオンオフが制御される。電磁弁14は、オン状態である場合に、油圧ポンプ19から送り込まれた作動流体によりブレーキ20を作動させ、オフ状態である場合に、ブレーキ20の作動を解除する。
The hydraulic pump 19 is adapted to send a working fluid (for example, working oil) in a tank (not shown), and the sent working fluid is sent to the electromagnetic valve 14.
On / off of the electromagnetic valve 14 is controlled by the control unit 18. The electromagnetic valve 14 operates the brake 20 with the working fluid sent from the hydraulic pump 19 when in the on state, and releases the operation of the brake 20 when in the off state.

ギア12と発電機13との間には、風車ロータハブ11の回転を制動させるブレーキ20が設けられている。ブレーキ20は、電磁弁14を介して油圧ポンプ19と接続されている。
ブレーキ20は、ブレーキディスク16とブレーキキャリパ17とを備えている。ブレーキディスク16は、風車ロータハブ11と一体に回転するように機械的に連結されている。ブレーキキャリパ17は、ブレーキディスク16と対峙する面に図示しないブレーキパッドを備え、電磁弁14がオン状態となることで供給される作動流体によって、ブレーキキャリパ17がブレーキパッドを介してブレーキディスク16を挟み込み、ブレーキディスク16の回転を制動する。このようにブレーキディスク16の回転を制動することで、風車ロータハブ11の回転を調整させたり、回転を停止させたりする。
A brake 20 that brakes the rotation of the wind turbine rotor hub 11 is provided between the gear 12 and the generator 13. The brake 20 is connected to the hydraulic pump 19 via the electromagnetic valve 14.
The brake 20 includes a brake disc 16 and a brake caliper 17. The brake disc 16 is mechanically coupled so as to rotate integrally with the wind turbine rotor hub 11. The brake caliper 17 includes a brake pad (not shown) on the surface facing the brake disc 16, and the brake caliper 17 moves the brake disc 16 through the brake pad by the working fluid supplied when the electromagnetic valve 14 is turned on. Clamping and braking of the rotation of the brake disc 16 are performed. By braking the rotation of the brake disc 16 in this way, the rotation of the wind turbine rotor hub 11 is adjusted or the rotation is stopped.

制御部18は、電力系統15の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、発電機13の回転数を、同期速度と定格出力が得られる発電機13の回転数との間の回転数となるようブレーキ20を制御する。低電圧事象は、例えば、LVRTで要求される短時間の電圧低下パターンを含む。発電機回転数は、好ましくは略同期速度である。具体的には、制御部18は、電圧計9から取得した電圧計測結果が第1閾値より小さいか否かを判定し、第1閾値より小さい場合には、低電圧事象が発生したことと判定する。
また、制御部18は、ブレーキ20をオンオフ制御することにより発電機13の回転数を制御する。具体的には、制御部18は、電磁弁14に対して、電磁弁14のオンオフ制御信号を出力し、電磁弁14のオンオフ状態の切り替えによって、ブレーキ20をオンオフ制御する。
The control unit 18 determines that a low-voltage event has occurred when the voltage of the power system 15 is lower than the first threshold, and determines the rotation speed of the generator 13 for the generator 13 that can obtain the synchronous speed and the rated output. The brake 20 is controlled so that the rotational speed is between the rotational speeds. Low voltage events include, for example, short duration voltage drop patterns required by LVRT. The generator rotational speed is preferably a substantially synchronous speed. Specifically, the control unit 18 determines whether or not the voltage measurement result acquired from the voltmeter 9 is smaller than the first threshold. If the voltage measurement result is smaller than the first threshold, it is determined that a low voltage event has occurred. To do.
The control unit 18 controls the number of revolutions of the generator 13 by controlling the brake 20 on and off. Specifically, the control unit 18 outputs an on / off control signal for the electromagnetic valve 14 to the electromagnetic valve 14, and controls the brake 20 on / off by switching the on / off state of the electromagnetic valve 14.

制御部18は、例えば、各種演算処理を実行するCPU(中央演算装置)、基本プログラム等を記憶する読み出し専用のメモリであるROM(Read Only Memory)等の補助記憶装置、CPUの作業領域として機能する読み書き自在のメモリであるRAM(Random Access Memory)等の主記憶装置、及びプログラムや各種データを記憶する記憶装置を有するコンピュータシステムを備えている。制御部18のROMには、例えば、風力発電装置の制御プログラムが格納されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理過程は、CPUが演算プログラムをRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより実現される。   The control unit 18 functions as, for example, an auxiliary storage device such as a CPU (Central Processing Unit) that executes various arithmetic processes, a ROM (Read Only Memory) that is a read-only memory that stores basic programs, and the like, and a work area for the CPU. A computer system having a main storage device such as a random access memory (RAM), which is a readable / writable memory, and a storage device for storing programs and various data. For example, a control program for the wind turbine generator is stored in the ROM of the controller 18. A series of processing steps for realizing various functions, which will be described later, is realized by the CPU reading the arithmetic program into a RAM or the like and executing information processing / arithmetic processing.

図2は、ブレーキ制御をした場合の発電機の電圧、電力、回転数の傾向の一例を示す図である。図3は、本実施形態にかかる風力発電装置1の回転数制御にかかるブレーキ制御の過程を示す動作フローである。以下に、図2及び図3を用いて、本実施形態に係る風力発電装置1の作用について説明する。ここでは、発電機13の同期速度は1500〔rpm〕とし、定格出力が得られるすべりが2%である場合を例に挙げて説明する。
制御装置18において、風力発電装置1と電力系統15との連系点Yの電圧値が取得される(ステップSA1)。連系点Yの電圧値が第1閾値(例えば、0.6〔pu〕)より小さいか否かが判定され(ステップSA2)、第1閾値より小さくない場合にはステップSA1に戻り、処理を繰り返す。
FIG. 2 is a diagram showing an example of trends in the voltage, power, and rotation speed of the generator when brake control is performed. FIG. 3 is an operation flow showing a process of brake control related to the rotational speed control of the wind turbine generator 1 according to the present embodiment. Below, the effect | action of the wind power generator 1 which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG.2 and FIG.3. Here, the case where the synchronization speed of the generator 13 is 1500 [rpm] and the slip at which the rated output is obtained is 2% will be described as an example.
In the control device 18, the voltage value of the interconnection point Y between the wind power generator 1 and the power system 15 is acquired (step SA1). It is determined whether or not the voltage value of the interconnection point Y is smaller than a first threshold value (for example, 0.6 [pu]) (step SA2). If not smaller than the first threshold value, the process returns to step SA1 to perform the processing. repeat.

図2の時刻1〔秒〕の時点で、電力系統15側に低電圧事象が発生し、連系点Yの電圧値が第1閾値より小さくなった場合には、発電機13の回転数の情報を取得し(ステップSA3)、発電機回転数が第3閾値(例えば、1530〔rpm〕(=1500〔rpm〕+1500×2〔%〕))より大きいか否かが判定される(ステップSA6)。発電機回転数が第3閾値より大きくない場合にはステップSA1に戻り、処理を繰り返す。   When a low voltage event occurs on the power system 15 side at time 1 [second] in FIG. 2 and the voltage value at the interconnection point Y becomes smaller than the first threshold value, the rotational speed of the generator 13 is reduced. Information is acquired (step SA3), and it is determined whether or not the generator rotational speed is larger than a third threshold (for example, 1530 [rpm] (= 1500 [rpm] + 1500 × 2 [%])) (step SA6). ). If the generator speed is not greater than the third threshold value, the process returns to step SA1 and the process is repeated.

発電機回転数が第3閾値より大きくなった場合(例えば、図2の時刻1.4〔秒〕付近)には、ブレーキ制御がオン状態となり、制御装置18から電磁弁14に対してオンオフ制御信号のオン信号が出力され(ステップSA7)、ステップSA1に戻り、処理を繰り返す。電磁弁14は、取得したオン信号に基づいて弁開度をオン状態に制御し、油圧ポンプ19からの作動流体によりブレーキ20を作動させる。電磁弁14がオン状態となりブレーキ20が駆動される場合には、風車ロータハブ11と共に回転しているブレーキディスク16をブレーキキャリパ17が挟み込み、ブレーキキャリパ17とブレーキディスク16との間の摩擦力により、ブレーキディスク16の回転が減速される。   When the generator rotational speed is larger than the third threshold (for example, around time 1.4 [second] in FIG. 2), the brake control is turned on, and the control device 18 controls the electromagnetic valve 14 to be turned on / off. A signal ON signal is output (step SA7), and the process returns to step SA1 to repeat the process. The electromagnetic valve 14 controls the valve opening degree to an on state based on the acquired on signal, and operates the brake 20 with the working fluid from the hydraulic pump 19. When the solenoid valve 14 is turned on and the brake 20 is driven, the brake caliper 17 sandwiches the brake disc 16 rotating together with the wind turbine rotor hub 11, and the frictional force between the brake caliper 17 and the brake disc 16 causes The rotation of the brake disc 16 is decelerated.

そうすると、図2(c)に示されるように、発電機回転数が1530〔rpm〕まで上がった時点でブレーキ制御されるので、その後回転数が下がる。そしてステップSA1に戻り処理を繰り返す。本実施形態では、図2(c)に示されるように、時刻1.4〔秒〕付近と2.0〔秒〕付近とにおいてブレーキ制御が2回行われており、発電機回転数が略同期速度になるように制御されているので、図2(b)の点線で示されるように発電機13が消費する無効電力が、図7(b)で示される無効電力消費量より低減されている。   Then, as shown in FIG. 2 (c), since the brake control is performed when the generator rotational speed increases to 1530 [rpm], the rotational speed decreases thereafter. Then, the process returns to step SA1 to repeat the process. In the present embodiment, as shown in FIG. 2 (c), the brake control is performed twice near time 1.4 [seconds] and 2.0 [seconds], and the generator rotational speed is substantially reduced. Since the control is performed so as to achieve the synchronous speed, the reactive power consumed by the generator 13 is reduced as compared with the reactive power consumption shown in FIG. 7B as shown by the dotted line in FIG. Yes.

その後、電力系統の電圧が復帰してくると、図2(a)に示されるように、徐々に系統電圧が上昇し、連系点電圧も上昇する。
また、制御部18は、連系点Yの電圧が第1閾値より小さいか否かを判定するだけでなく、第1閾値より大きい第2閾値(例えば、0.8〔pu〕)より大きいか否かが判定される(ステップSA4)。第2閾値より大きくない場合にはステップSA1に戻り、本処理を繰り返す。連系点Yの電圧値が、第2閾値より大きい場合には、ブレーキ制御がオフ状態とされ(ステップSA5)、本処理を終了する。
Thereafter, when the voltage of the power system returns, as shown in FIG. 2A, the system voltage gradually rises and the interconnection point voltage also rises.
Further, the control unit 18 not only determines whether the voltage at the interconnection point Y is smaller than the first threshold value, but also determines whether the voltage is larger than a second threshold value (for example, 0.8 [pu]) larger than the first threshold value. It is determined whether or not (step SA4). If it is not larger than the second threshold value, the process returns to step SA1 to repeat this process. If the voltage value at the interconnection point Y is greater than the second threshold value, the brake control is turned off (step SA5), and this process ends.

ブレーキ制御がオフ状態とされる場合には、制御部18から電磁弁14に対し、オンオフ制御信号のオフ信号が出力され、電磁弁14の弁開度はオフ状態とされる。これにより、風車ブレード10は、ブレーキ制御されることなく運転し、また、低電圧事象が発生した時に回転数制御のためのピッチ角制御が行われていないので、図2(b)の実線で示されるように、電圧復帰後に有効電力が落ち込まない。   When the brake control is turned off, an off signal of an on / off control signal is output from the control unit 18 to the electromagnetic valve 14, and the valve opening degree of the electromagnetic valve 14 is turned off. As a result, the windmill blade 10 is operated without being brake-controlled, and since the pitch angle control for the rotational speed control is not performed when a low voltage event occurs, the solid line in FIG. As shown, the active power does not drop after voltage recovery.

また、連系点Yの電圧が第1閾値より小さい場合であっても、発電機回転数が第4閾値より小さい場合には(ステップSA8)、ブレーキ制御がオフ状態とされ(ステップSA9)、ステップSA1に戻る。
また、図2(a)に示されるように、本実施形態のように、ブレーキ制御によって発電機回転数を制御し、無効電力の消費を抑制することにより、連系点電圧の電圧値が系統電圧の電圧値に精度よく追従する。
Even if the voltage at the interconnection point Y is smaller than the first threshold value, if the generator speed is smaller than the fourth threshold value (step SA8), the brake control is turned off (step SA9). Return to step SA1.
Further, as shown in FIG. 2 (a), as in this embodiment, the generator rotation speed is controlled by brake control and the consumption of reactive power is suppressed, so that the voltage value of the interconnection point voltage is The voltage value of the voltage is accurately followed.

以上説明してきたように、本実施形態に係る風力発電装置1及びその方法並びにプログラムによれば、風力によって回転する風車ロータハブ11の回転を制動させるブレーキ20を制御する制御部18は、電力系統15の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、ロータの回転数を、同期速度と定格出力が得られる発電機13の回転数との間の回転数となるようにブレーキ20を制御する。
このように、発電機13の回転数は、風力発電装置1の軸に設けられる風車ロータハブ11の回転を制動させるブレーキ20を用いて制御するので、発電機回転数が上昇することにより発生する無効電力の消費を抑制でき、連系点Yにおける電圧の速やかな復帰に寄与できる。また、風車ブレード10のピッチ角によって回転数制御する場合にはピッチ角をフェザー側にしているが、本発明ではピッチ角による回転数制御をしていないので、電力系統15の電圧が復帰した場合に、有効電力が落ち込まない。
As described above, according to the wind turbine generator 1 and the method and program according to the present embodiment, the control unit 18 that controls the brake 20 that brakes the rotation of the windmill rotor hub 11 that is rotated by the wind power includes the power system 15. It is determined that a low-voltage event has occurred when the voltage of the current becomes lower than the first threshold, and the rotational speed of the rotor becomes the rotational speed between the synchronous speed and the rotational speed of the generator 13 that can obtain the rated output. The brake 20 is controlled as follows.
Thus, since the rotation speed of the generator 13 is controlled using the brake 20 that brakes the rotation of the wind turbine rotor hub 11 provided on the shaft of the wind turbine generator 1, the invalidity generated when the generator rotation speed increases. Power consumption can be suppressed, and the voltage at the interconnection point Y can be quickly restored. Further, when the rotational speed is controlled by the pitch angle of the windmill blade 10, the pitch angle is set to the feather side. However, in the present invention, the rotational speed is not controlled by the pitch angle. In addition, active power does not drop.

さらに、発電機回転数を風車ブレード10のピッチ角制御によって制御する場合には、図7(b)の実線で示されるように有効電力は時刻5〔秒〕付近で定格運転に復帰しているが、本発明では図2(b)の実線で示されるように有効電力は、時刻2.8〔秒〕付近で電力系統の復帰がされた後、約0.5〔秒〕経過後に定格運転に復帰している。このように、ブレーキ制御を行わない場合と比較して、本発明では、電圧復帰にかかる時間を短縮(上記例では、約2〔秒〕)できる。   Further, when the generator rotational speed is controlled by controlling the pitch angle of the windmill blade 10, the active power returns to the rated operation around time 5 [seconds] as shown by the solid line in FIG. However, in the present invention, as indicated by the solid line in FIG. 2 (b), the active power is the rated operation after about 0.5 [seconds] after the power system is restored around time 2.8 [seconds]. Has returned to. Thus, compared with the case where brake control is not performed, in the present invention, the time required for voltage recovery can be shortened (in the above example, about 2 [seconds]).

また、本発明は、ピッチ制御機構を持たないストール制御機構を有する風力発電装置に適用してもよい。   Further, the present invention may be applied to a wind power generator having a stall control mechanism that does not have a pitch control mechanism.

〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態に係る風力発電装置の制御部が、ブレーキをオンオフ制御していたことに代えて、ブレーキをフィードバック制御する点で第1の実施形態と異なる。本実施形態の風力発電装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the control unit of the wind turbine generator according to the first embodiment performs feedback control of the brake instead of performing on / off control of the brake. About the wind power generator of this embodiment, description is abbreviate | omitted about the point which is common in 1st Embodiment, and a different point is mainly demonstrated.

制御部は、同期速度と定格出力が得られる発電機の回転数との間の回転数の範囲で設定された目標回転数に、発電機の回転数が一致するようにフィードバック制御(例えば、PID制御、PI制御)する。例えば、風力発電装置の構成として図1の電磁弁14に代えてサーボ弁を用いる。PID制御する場合には、発電機回転数の情報を制御部にフィードバックし、制御部に設けられるPID制御器により、サーボ弁に対する比例制御(P制御)、積分制御(I制御)および微分制御(D制御)に基づく制御量(サーボ弁の開度指令信号)を生成する。制御部は、生成されたサーボ弁の開度指令信号をサーボ弁に出力し、サーボ弁の弁開度を調整することにより、油圧ポンプ側からブレーキ側に流通させる作動流体の流量を段階的に調整する。
このように、発電機回転数を目標回転数に一致するようにフィードバック制御することにより発電機回転数を精度よく制御できるので、無効電力消費の抑制及び有効電力の復帰をオンオフ制御によって制御する場合と比較して、効果的に行える。
The control unit performs feedback control (for example, PID) so that the rotational speed of the generator matches the target rotational speed set in the rotational speed range between the synchronous speed and the rotational speed of the generator at which the rated output is obtained. Control, PI control). For example, a servo valve is used instead of the electromagnetic valve 14 in FIG. In the case of PID control, the information on the generator rotational speed is fed back to the control unit, and proportional control (P control), integral control (I control) and differential control (differential control) for the servo valve are performed by a PID controller provided in the control unit. A control amount (servo valve opening command signal) based on (D control) is generated. The controller outputs the generated servo valve opening command signal to the servo valve, and adjusts the valve opening of the servo valve to adjust the flow rate of the working fluid circulated from the hydraulic pump side to the brake side in a stepwise manner. adjust.
In this way, since the generator speed can be controlled accurately by feedback control so that the generator speed matches the target speed, the control of reactive power consumption and the return of active power are controlled by on / off control. Compared with, it can be done effectively.

〔第3の実施形態〕
以下、本発明の第3の実施形態について説明する。本第3の実施形態に係る風力発電装置の概略構成は、図4から図6を用いて説明する。本実施形態は、第1の実施形態に係る風力発電装置の構成に加えて、図4に示されるように、電力調整部(電力調整手段)21を備える点で、第1の実施形態、第2の実施形態と異なる。本実施形態の風力発電御装置1´について、第1の実施形態、第2の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. A schematic configuration of the wind turbine generator according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6. In addition to the configuration of the wind turbine generator according to the first embodiment, the present embodiment includes a power adjustment unit (power adjustment means) 21 as shown in FIG. Different from the second embodiment. About the wind power generator 1 'of this embodiment, description is abbreviate | omitted about the point which is common in 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and a different point is mainly demonstrated.

図4に示されるように、風力発電装置1´は、発電機13と電力系統15との間に電力調整部21を備えている。
電力調整部21は、電力系統15の低電圧事象が発生した後に、電力系統15の電圧値が第2閾値より大きくなった場合に系統復帰したと判断し、風力発電装置1´の出力電力値が、低電圧事象が発生する直前の電力値となるように電力調整する。
As shown in FIG. 4, the wind turbine generator 1 ′ includes a power adjustment unit 21 between the generator 13 and the power system 15.
The power adjustment unit 21 determines that the system has been restored when the voltage value of the power system 15 becomes larger than the second threshold after the occurrence of the low voltage event of the power system 15, and the output power value of the wind power generator 1 ' However, the power is adjusted so as to be the power value immediately before the occurrence of the low voltage event.

具体的には、電力調整部21は、交流直流変換器212と、蓄電する電力貯蔵装置211とを備えている。
交流直流変換器212は、交流と直流を変換する交流直流変換器であって、例えば、制御部18によって決定された有効電力を電力系統15に供給するには、電力貯蔵装置211に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統15に出力する。
電力貯蔵装置211は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池等の二次電池である。また、電力貯蔵装置21は、電力系統15側に電力を供給することに限られず、制御部18に電力を供給する電力供給源として使用されることとしてもよい。
Specifically, the power adjustment unit 21 includes an AC / DC converter 212 and a power storage device 211 that stores electricity.
The AC / DC converter 212 is an AC / DC converter that converts AC and DC. For example, in order to supply the active power determined by the control unit 18 to the power system 15, the AC / DC converter 212 is stored in the power storage device 211. The converted DC power is converted into AC power, and the converted AC power is output to the power system 15.
The power storage device 211 is, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead storage battery, a sodium sulfur battery, or a redox flow battery. The power storage device 21 is not limited to supplying power to the power system 15 side, and may be used as a power supply source that supplies power to the control unit 18.

制御部18は、ブレーキ20の制御をした後、連系点Yにおける有効電力値が低電圧事象が発生する直前の値になっているか否かを判定する。例えば、系統復帰の後、風速低下などの事象により出力が低下し、図5のXで示されるように、有効電力値が、低電圧事象が発生する直前の電力値よりも小さくなることがある。このような場合に、制御部18は、電力調整部21から電力系統15側に電力を供給させ、有効電力値を低電圧事象が発生する直前の値まで嵩上げする。これにより、図6(b)に示されるように、電力復帰の後、有効電力の落ち込みが発生しない。
このように、電力貯蔵装置211に蓄電された電力によって有効電力を補うことにより、風速変化などの事象が生じた場合であっても、安定した有効電力が電力系統15側に供給できる。
また、低電圧事象後の電圧復帰を加速するために、電力貯蔵装置211より無効電力を電力系統15側に供給することもできる。これにより、より電力系統電圧を安定化できる。
After controlling the brake 20, the control unit 18 determines whether or not the active power value at the interconnection point Y is a value immediately before the occurrence of the low voltage event. For example, after system recovery, the output decreases due to an event such as a decrease in wind speed, and the active power value may become smaller than the power value immediately before the low voltage event occurs, as indicated by X in FIG. . In such a case, the control unit 18 supplies power from the power adjustment unit 21 to the power system 15 side, and raises the active power value to a value immediately before the occurrence of the low voltage event. As a result, as shown in FIG. 6B, a drop in the active power does not occur after the power return.
In this way, by supplementing the active power with the power stored in the power storage device 211, stable active power can be supplied to the power system 15 side even when an event such as a change in wind speed occurs.
In addition, reactive power can be supplied from the power storage device 211 to the power system 15 side in order to accelerate voltage recovery after a low voltage event. Thereby, a power system voltage can be stabilized more.

1、1´ 風力発電装置
13 発電機(誘導発電機)
15 電力系統
16 ブレーキディスク
17 ブレーキキャリパ
18 制御部(制御手段)
20 ブレーキ
1, 1 'Wind power generator 13 Generator (induction generator)
15 Power system 16 Brake disc 17 Brake caliper 18 Control unit (control means)
20 Brake

Claims (8)

風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される固定速方式の誘導発電機と、前記ロータの回転を制動させるブレーキとを備え、電力系統に連系される風力発電装置であって、
前記電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、前記誘導発電機の回転数を、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数となるよう前記ブレーキを制御する制御手段を具備する風力発電装置。
A wind power generator that includes a rotor that is rotated by wind power, a fixed-speed induction generator that is driven by the rotation of the rotor, and a brake that brakes the rotation of the rotor, and is linked to an electric power system,
It is determined that a low-voltage event has occurred when the voltage of the power system is lower than a first threshold, and the number of revolutions of the induction generator is determined from the number of revolutions of the induction generator capable of obtaining a synchronous speed and a rated output. A wind power generator comprising control means for controlling the brake so as to achieve a rotational speed between
前記制御手段は、前記ブレーキをオンオフ制御することにより前記誘導発電機の回転数を制御する請求項1に記載の風力発電装置。   The wind power generator according to claim 1, wherein the control means controls the number of revolutions of the induction generator by controlling the brake on and off. 前記制御手段は、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数の範囲で設定された目標回転数に、前記誘導発電機の回転数が一致するようにフィードバック制御する請求項1に記載の風力発電装置。   The control means feeds back the rotation speed of the induction generator to a target rotation speed set in a range of rotation speeds between the synchronous speed and the rotation speed of the induction generator at which a rated output is obtained. The wind power generator according to claim 1 to be controlled. 前記誘導発電機と前記電力系統との間に電力調整手段を具備し、
前記電力調整手段は、前記電力系統の前記低電圧事象が発生した後に、前記電力系統の電圧値が第2閾値より大きくなった場合に系統復帰したと判断し、当該風力発電装置の出力電力値が、前記低電圧事象が発生する直前の電力値となるように電力調整する請求項1から請求項3のいずれかに記載の風力発電装置。
Comprising power adjusting means between the induction generator and the power system;
The power adjustment means determines that the system has been restored when the voltage value of the power system becomes greater than a second threshold after the occurrence of the low voltage event of the power system, and the output power value of the wind turbine generator The wind power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the power is adjusted so that the power value immediately before the occurrence of the low-voltage event becomes a power value.
前記電力調整手段は、蓄電できる電力貯蔵装置である請求項4に記載の風力発電装置。   The wind power generator according to claim 4, wherein the power adjustment unit is a power storage device capable of storing electricity. 前記電力貯蔵装置は、前記制御手段に電力を供給する請求項5に記載の風力発電装置。   The wind power generator according to claim 5, wherein the power storage device supplies power to the control unit. 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される固定速方式の誘導発電機と、前記ロータの回転を制動させるブレーキとを備え、電力系統に連系される風力発電装置の制御方法であって、
前記電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、前記誘導発電機の回転数を、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数となるよう前記ブレーキを制御する風力発電装置の制御方法。
A control method for a wind power generator that is connected to an electric power system, comprising: a rotor that is rotated by wind power; a fixed-speed induction generator that is driven by rotation of the rotor; and a brake that brakes rotation of the rotor. There,
It is determined that a low-voltage event has occurred when the voltage of the power system is lower than a first threshold, and the number of revolutions of the induction generator is determined from the number of revolutions of the induction generator capable of obtaining a synchronous speed and a rated output. A method for controlling a wind turbine generator, wherein the brake is controlled to achieve a rotational speed between
風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される固定速方式の誘導発電機と、前記ロータの回転を制動させるブレーキとを備え、電力系統に連系される風力発電装置の制御プログラムであって、
前記電力系統の電圧が第1閾値より小さくなった場合に低電圧事象が発生したと判断し、前記誘導発電機の回転数を、同期速度と定格出力が得られる前記誘導発電機の回転数との間の回転数となるよう前記ブレーキを制御することをコンピュータに実行させるための風力発電装置の制御プログラム。
A control program for a wind turbine generator connected to an electric power system, comprising: a rotor that is rotated by wind power; a fixed-speed induction generator that is driven by the rotation of the rotor; and a brake that brakes the rotation of the rotor. There,
It is determined that a low-voltage event has occurred when the voltage of the power system is lower than a first threshold, and the number of revolutions of the induction generator is determined from the number of revolutions of the induction generator capable of obtaining a synchronous speed and a rated output. A control program for a wind turbine generator for causing a computer to control the brake so as to achieve a rotational speed of between.
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