JP2014143803A - Method of preventing overspeed of wind power generation device by employing pwm converter - Google Patents

Method of preventing overspeed of wind power generation device by employing pwm converter Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in the case where a wind velocity increases when extracting energy by means of a PWM converter connected to a wind power generator, it is necessary to release winds by means of an expensive pitch control device or the power generator and the PWM converter fall into overload if the winds are not released.SOLUTION: In a wind power generation device, a PWM converter is connected to a generator which is driven by a wind mill, and wind mill maximal output is extracted from varying winds. According to a method of preventing an overspeed of the wind power generation device by employing the PWM converter, the overspeed of the wind mill is prevented by torque control of the PWM converter based on a rotating speed of the wind mill.

Description

本発明は、風車より駆動される発電機にPWMコンバータを接続して、風のエネルギーを変換し、電気出力を取り出すためのトルク制御に係り、特に、風車における羽のピッチ制御を用いることなく、風速が高い時も連続して出力を取り出すとともに、風車の過回転および過大出力を防止することを特徴とするPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法に関するものである。   The present invention relates to a torque control for connecting a PWM converter to a generator driven by a windmill, converting wind energy, and taking out an electrical output, and in particular, without using a wing pitch control in a windmill, The present invention relates to a method for preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter, wherein output is continuously taken out even when the wind speed is high, and over-rotation and over-output of a wind turbine are prevented.

本出願人は先に、風車に接続したPWMコンバータを、風車回転数に基づいたトルクパターンにより制御することにより、風速計を必要とせず、風から最大出力を取り出すことができる風力発電におけるPWMコンバータによる最大出力制御方法について提案している(例えば、後述する特許文献1の図1参照。)。   The present applicant previously controlled a PWM converter connected to a windmill by a torque pattern based on the windmill rotation speed, and thus can take out the maximum output from the wind without requiring an anemometer. Has been proposed (see, for example, FIG. 1 of Patent Document 1 described later).

ここで風車の特性について説明する。一般に風車の出力は(1)式のように表すことができる。また、周速比λは風速に対する風車翼先端の周速度の比であり、風車の半径Rを用いて(2)式のように表すことができる。   Here, the characteristics of the wind turbine will be described. In general, the output of a windmill can be expressed as in equation (1). Further, the peripheral speed ratio λ is a ratio of the peripheral speed of the tip of the wind turbine blade to the wind speed, and can be expressed by the equation (2) using the radius R of the wind turbine.

P=KCpV ・・・(1)
λ=Rω/V ・・・(2)
P = K 1 CpV 3 (1)
λ = Rω / V (2)

ここで、Pは風車出力、Rは風車半径、ωは風車の角速度、Vは風速、Cpは風車の出力係数、Kは空気密度と風車の受風面積で決まる定数である。 Here, P is the wind turbine output, R represents windmill radius, omega windmill angular velocity, V is the wind speed, Cp is the power coefficient of the wind turbine, K 1 is a constant determined by the swept area of the air density and wind turbine.

一般に風車の出力係数Cpとは、風の入力から取り出せる風車の出力の割合を表し、風車の形状およびブレードの角度が定まると一義的に定まる。例として、ブレード角度をある値に設定した場合、風車の出力係数Cpは図2のような周速比λによって変化し、ある最大値(Cpmax)を有する特性となる。そして、出力係数Cpが最大となる周速比λが定まる。   In general, the output coefficient Cp of the windmill represents a ratio of the output of the windmill that can be extracted from the wind input, and is uniquely determined when the shape of the windmill and the angle of the blade are determined. As an example, when the blade angle is set to a certain value, the output coefficient Cp of the windmill changes according to the peripheral speed ratio λ as shown in FIG. 2, and has a characteristic having a certain maximum value (Cpmax). Then, the peripheral speed ratio λ that maximizes the output coefficient Cp is determined.

いま、出力係数が最大となる周速比をλmとし、(1)式に(3)、(4)式を代入すると、風車の出力Pは(5)式で表すことができる。   Now, if the peripheral speed ratio with the maximum output coefficient is λm, and the expressions (3) and (4) are substituted into the expression (1), the output P of the windmill can be expressed by the expression (5).

λm=Rω/V ・・・(3)
ω=2πN/60 ・・・(4)
Pt=KCpmax(2πN/(60×λm))=K ・・・(5)
λm = Rω / V (3)
ω = 2πN / 60 (4)
Pt = K 1 Cpmax (2πN / (60 × λm)) 3 = K 2 N 3 (5)

ここで、Ptは風車最大出力、ωは風車角速度、Nは風車回転数、Kは比例定数である。この(5)式より、風車の最大出力Ptは風車回転数Nの3乗に比例することが分かる。 Here, Pt is the windmill maximum output, omega windmill angular velocity, N is the wind turbine's rotational speed, K 2 is a proportionality constant. From this equation (5), it can be seen that the maximum output Pt of the wind turbine is proportional to the cube of the wind turbine rotation speed N.

T=P/ω ・・・(6)
T=60K/(2×π×N)=K ・・・(7)
T = P / ω (6)
T = 60K 2 N 3 / (2 × π × N) = K 3 N 2 (7)

また、トルクは(6)式のように表される。(6)式に(4)、(5)式を代入すると(7)式のようになり、風車のトルクTは風車回転数Nの2乗に比例することが分かる。   Further, the torque is expressed as in equation (6). Substituting Equations (4) and (5) into Equation (6) yields Equation (7), and it can be seen that the torque T of the windmill is proportional to the square of the windmill speed N.

以上の関係を基に図3の風車回転数対風車トルク特性および図4の風車回転数対風車出力特性を求め、前記風車トルク特性および前記風車出力特性の原理に基づいた従来例を、図9の風力発電におけるPWMコンバータによるトルク指令回路を説明するための風力発電装置接続図を参照して詳述する。   Based on the above relationship, the wind turbine rotation speed versus wind turbine torque characteristic of FIG. 3 and the wind turbine rotation speed versus wind turbine output characteristic of FIG. 4 are obtained, and a conventional example based on the principles of the wind turbine torque characteristic and the wind turbine output characteristic is shown in FIG. This will be described in detail with reference to a wind turbine generator connection diagram for explaining a torque command circuit using a PWM converter in wind power generation.

図4は、風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。
前述したように風車は、風車の形状及び風速Vが決まると、風車回転数Nに対する風車出力Pが一義的に定まり、各風速Vに対する風車出力Pは、図4の細い実線のように示される。そして、各風速Vにおける風車出力Pのピークは、図4の太い実線で示す最大出力曲線Ptのような風車回転数に対する3乗特性となる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the outline of the wind turbine rotation speed versus the wind turbine output characteristic when the wind speed is used as a parameter.
As described above, when the shape of the windmill and the wind speed V are determined, the windmill output P with respect to the windmill rotation speed N is uniquely determined, and the windmill output P with respect to each wind speed V is shown as a thin solid line in FIG. . And the peak of the windmill output P in each wind speed V becomes the cube characteristic with respect to the windmill rotation speed like the maximum output curve Pt shown by the thick continuous line of FIG.

さらに図3は、この上記風車回転数対風車出力特性より求まる、従来例で用いた風車回転数対風車トルク特性の概要を説明した図であり、各風速Vに対する風車トルクは、図3の細い実線にように示される。
この時、各風速Vにおいて、風車出力のピークを出力する時の風車トルクは、図3の太い実線で示す最大出力時トルク曲線Ttのような風車回転数に対する2乗特性となる。
Further, FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the wind turbine rotational speed versus wind turbine torque characteristic used in the conventional example, which is obtained from the wind turbine rotational speed versus wind turbine output characteristic, and the wind turbine torque for each wind speed V is thin as shown in FIG. As shown by the solid line.
At this time, at each wind speed V, the wind turbine torque at the time of outputting the peak of the wind turbine output has a square characteristic with respect to the wind turbine rotation speed such as the maximum output torque curve Tt indicated by a thick solid line in FIG.

ここで、例えば、図4の風速Vxにおける最大出力Pxとなる風車回転数Nxと、図3の風速Vxと最大出力時トルク曲線との交点Rxにおける風車回転数Nxとは同じ風車回転数Nであることを表す。   Here, for example, the windmill rotational speed Nx at which the maximum output Px at the wind speed Vx in FIG. 4 and the windmill rotational speed Nx at the intersection Rx between the wind speed Vx and the maximum output torque curve in FIG. Represents something.

定常的な風から常に、風車最大出力を取り出すためには、最大出力時トルク曲線Ttに沿った風車回転数Nにより一義的に定まるトルクで運転すれば良い。   In order to always obtain the maximum output of the wind turbine from the steady wind, it is only necessary to operate at a torque that is uniquely determined by the wind turbine rotation speed N along the maximum output torque curve Tt.

図9に、従来例の風力発電装置接続図を示す。図9において、1は風車、2は回転計、3は発電機、4はPWMコンバータ、5は負荷、10はトルク指令回路、6はピッチ角アクチュエータ、20はピッチ角指令発生回路である。   FIG. 9 shows a connection diagram of a conventional wind power generator. In FIG. 9, 1 is a windmill, 2 is a tachometer, 3 is a generator, 4 is a PWM converter, 5 is a load, 10 is a torque command circuit, 6 is a pitch angle actuator, and 20 is a pitch angle command generation circuit.

風車1により駆動される発電機3の交流側は、PWMコンバータ4に接続され、風車1
により可変速に駆動される発電機3の交流電力は、PWMコンバータ4により直流電力に変換されて、負荷5に出力される。
トルク指令回路10は、回転計2より風車回転数Nを入力し、図3の最大出力時トルク曲線に基づいて、パターン制御時トルク指令値T*を生成し、このパターン制御時トルク指令値T*によりPWMコンバータ4が制御される。
The AC side of the generator 3 driven by the windmill 1 is connected to the PWM converter 4 and the windmill 1
The AC power of the generator 3 driven at a variable speed is converted into DC power by the PWM converter 4 and output to the load 5.
The torque command circuit 10 receives the wind turbine rotation speed N from the tachometer 2, generates a pattern control torque command value T * based on the maximum output torque curve of FIG. The PWM converter 4 is controlled by *.

このようなパターン制御時トルク指令値T*により、PWMコンバータ4を制御した時の、風速変動時の風車回転数Nと風車トルクTの動作を、図3の風車回転数対風車トルク特性を説明した図により説明する。   The operation of the wind turbine speed N and the wind turbine torque T when the wind speed fluctuates when the PWM converter 4 is controlled by such a pattern control torque command value T *, and the wind turbine speed vs. wind turbine torque characteristics of FIG. This will be described with reference to the figure.

風速がVxの時は、最大出力時トルク曲線上の交点Rxすなわち風車トルクTxで運転され、風速が低くなりVyの時は、最大出力時トルク曲線上の交点RyすなわちトルクTyで運転される。   When the wind speed is Vx, the vehicle is operated at the intersection Rx on the maximum output torque curve, that is, the wind turbine torque Tx, and when the wind speed is low, the vehicle is operated at the intersection Ry, that is, the torque Ty on the maximum output torque curve.

このように風速Vが変動しても、常に風車回転数Nにより定まる最大出力時トルク曲線上で運転されるために、結局、図4の太い実線で示す最大出力曲線上で運転され、風車1は最大出力運転される。   In this way, even if the wind speed V fluctuates, since the engine is always operated on the maximum output torque curve determined by the wind turbine rotational speed N, the wind turbine 1 is eventually operated on the maximum output curve shown by the thick solid line in FIG. Is operated at maximum output.

特開2003−239843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-239843

しかしながら、発電機およびPWMコンバータには定格負荷が存在するために、このような回転数に基づくトルクパターン制御を用いて風車を制御すると、ある一定の風速以上になると風車回転数が高くなり、発電機およびPWMコンバータが過負荷となり、これらが破損に至る問題があった。この風車の過回転による過負荷を防止するために、電気的負荷を定格状態に抑えようとすると、風のエネルギーが大きいため風車回転数を上昇させなければならなくなり、風車の機械的な破損に至るという問題があった。   However, since there is a rated load in the generator and the PWM converter, when the wind turbine is controlled using torque pattern control based on such a rotational speed, the wind turbine rotational speed increases when the wind speed exceeds a certain level. The machine and the PWM converter were overloaded, and there was a problem that they were damaged. In order to prevent overloading due to overwinding of the windmill, if it is attempted to keep the electrical load at the rated state, the wind energy must be increased because the wind energy is large, resulting in mechanical damage to the windmill. There was a problem of reaching.

また、風車翼の角度を変えて、風のエネルギーを逃がすピッチ制御という方法があるが、アクチュエータおよび制御装置が高価であり、コストおよび保守の面で問題があった。   Further, there is a method of pitch control in which the wind turbine blade angle is changed to release wind energy. However, the actuator and the control device are expensive, and there are problems in terms of cost and maintenance.

本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、風車により駆動される発電機にPWMコンバータを接続し、変動する風より風車最大出力を取り出す風力発電装置において、風車回転数に基づいたPWMコンバータのトルク制御を行い、発電機およびPWMコンバータの過負荷および風車の過回転を防ぐための風力発電装置の過回転防止方法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. In a wind turbine generator that connects a PWM converter to a generator driven by a wind turbine and extracts the maximum output of the wind turbine from the fluctuating wind, the PWM based on the wind turbine rotation speed is provided. An object of the present invention is to provide a method for preventing over-rotation of a wind power generator for controlling torque of a converter and preventing overload of a generator and a PWM converter and over-rotation of a windmill.

請求項1の発明によれば、風車により駆動される発電機に接続したPWMコンバータにおいて、該風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大トルク特性を定め、前記風車の定格回転数において該発電機の負荷トルクが前記風車最大トルク以上となるように、前記発電機のトルク制御を行うことを特徴とするPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法である。   According to the first aspect of the present invention, in the PWM converter connected to the generator driven by the wind turbine, the wind turbine maximum torque characteristic with respect to the wind turbine rotational speed uniquely determined from the shape of the wind turbine is determined, and the rated rotational speed of the wind turbine is determined. A method for preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter, wherein torque control of the generator is performed so that a load torque of the generator is equal to or greater than a maximum torque of the wind turbine.

請求項2の発明によれば、前記風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大出力時トルク特性を定め、前記風車の風車定格回転数未満のある定めた過トルク開始回転数までは前記風車最大出力時トルク特性で運転し、該過トルク開始回転数以上では前記過トルク開始回転数と前記風車最大出力時トルクとの交点から、前記風車定格回転数と前記風車最大トルク特性との交点を経て風車回転数の増加に比例して増加するトルク特性により運転することを特徴とする請求項1記載のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法である。   According to the invention of claim 2, the torque characteristic at the time of the wind turbine maximum output with respect to the wind turbine rotational speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine is determined, and up to a predetermined overtorque start rotational speed that is less than the wind turbine rated rotational speed of the wind turbine. Driving at the wind turbine maximum output torque characteristic, and from the intersection of the over torque start rotation speed and the wind turbine maximum output torque above the over torque start rotation speed, the wind turbine rated rotation speed and the wind turbine maximum torque characteristic are 2. The method of preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter according to claim 1, wherein the operation is performed with a torque characteristic that increases in proportion to an increase in the number of revolutions of the windmill through the intersection.

請求項3の発明によれば、前記風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大出力時トルク特性を定め、前記風車の風車定格回転数未満のある定めた過トルク開始回転数までは前記風車最大出力時トルク特性で運転し、該過トルク開始回転数以上では前記過トルク開始回転数と前記風車最大出力時トルクとの交点から、前記風車定格回転数と前記風車最大トルク特性との交点を経て、風車回転数の増加に対して2乗特性以上のあるトルク特性により運転することを特徴とする請求項1記載のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法である。   According to the invention of claim 3, the wind turbine maximum output torque characteristic with respect to the wind turbine rotational speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine is determined, and up to a predetermined overtorque start rotational speed that is less than the wind turbine rated rotational speed of the wind turbine. Driving at the wind turbine maximum output torque characteristic, and from the intersection of the over torque start rotation speed and the wind turbine maximum output torque above the over torque start rotation speed, the wind turbine rated rotation speed and the wind turbine maximum torque characteristic are 2. The method of preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter according to claim 1, wherein the wind turbine generator is operated with a torque characteristic that is greater than or equal to a square characteristic with respect to an increase in the number of revolutions of the windmill through the intersection.

請求項4の発明によれば、前記風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大出力時トルク特性を定め、前記風車の風車定格回転数未満のある定めた過トルク開始回転数までは前記風車最大出力時トルク特性で運転し、該過トルク開始回転数以上では前記過トルク開始回転数と前記風車最大出力時トルクとの交点から、前記風車定格回転数と前記風車最大トルク特性との交点を経て、風車回転数の増加に対して2乗特性以上の漸増トルク特性により運転することを特徴とする請求項1記載のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法である。   According to the invention of claim 4, the wind turbine maximum output torque characteristic with respect to the wind turbine rotational speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine is determined, and up to a certain overtorque start rotational speed that is less than the wind turbine rated rotational speed of the wind turbine. Driving at the wind turbine maximum output torque characteristic, and from the intersection of the over torque start rotation speed and the wind turbine maximum output torque above the over torque start rotation speed, the wind turbine rated rotation speed and the wind turbine maximum torque characteristic are 2. The method of preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter according to claim 1, wherein the wind turbine generator is operated with a gradually increasing torque characteristic greater than or equal to a square characteristic with respect to an increase in the number of revolutions of the windmill through the intersection.

本発明の風車により駆動される発電機に接続したPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法においては、風車定格回転数付近までは、風車最大出力となる風車回転数対トルク特性に基づくPWMコンバータによるトルク制御により運転され、風車より最大出力を得ることができる。   In the method for preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter connected to a generator driven by a wind turbine according to the present invention, the PWM converter based on the wind turbine rotation speed vs. torque characteristic that is the maximum output of the wind turbine until the wind turbine rated rotation speed is reached. It can be operated by torque control by and the maximum output can be obtained from the wind turbine.

さらに風車が定格回転数以上に回転しようとすると、負荷としての発電機の負荷トルクが風車の最大トルク以上となるため、風車回転数は風車定格回転数付近に留めることができ、風車の過回転を防止できる。   Furthermore, if the wind turbine tries to rotate more than the rated speed, the load torque of the generator as a load exceeds the maximum torque of the wind turbine, so the wind turbine speed can be kept near the rated speed of the wind turbine, and the wind turbine is over-rotated. Can be prevented.

本発明のPWMコンバータによる過回転防止トルク指令回路を説明するための風力発電装置接続図である。It is a wind turbine generator connection diagram for demonstrating the over-rotation prevention torque command circuit by the PWM converter of this invention. 風車の出力係数と周速比との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the output coefficient of a windmill, and a circumferential speed ratio. 風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車トルク特性の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of a windmill rotational speed versus windmill torque characteristic when a wind speed is made into a parameter. 風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of a windmill rotation speed versus windmill output characteristic when a wind speed is made into a parameter. 本発明に係る風車の周速比に対する出力特性およびトルク特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the output characteristic and torque characteristic with respect to the peripheral speed ratio of the windmill which concerns on this invention. 本発明に係る風車回転数対風車トルク特性およびPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を付加したトルク特性の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the torque characteristic which added the method of preventing the excessive rotation of the wind power generator by the wind turbine rotational speed and PWM converter which concerns on this invention, and a PWM converter. 本発明に係る風車回転数対風車最大出力特性およびPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を付加した出力特性の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the output characteristic which added the excessive rotation prevention method of the wind power generator by the windmill rotational speed vs. windmill maximum output characteristic and PWM converter which concerns on this invention. 本発明に係るPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を付加したトルク特性において、実施例2〜4の風車回転数の増加に対するトルク特性の概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of the torque characteristic with respect to the increase in the windmill rotational speed of Examples 2-4 in the torque characteristic which added the excessive rotation prevention method of the wind power generator by the PWM converter which concerns on this invention. 先願出願のPWMコンバータによるトルク指令回路を説明するための風力発電装置接続図である。It is a wind turbine generator connection diagram for demonstrating the torque command circuit by the PWM converter of a prior application.

風車により駆動される発電機に接続したPWMコンバータにおいて、前記風車の形状より一義的に定める風車最大出力となる風車回転数対トルク特性および風車最大トルクとなる風車回転数対風車トルク特性を定め、前記風車の定格回転数において前記発電機の負荷トルクが前記風車の最大トルク以上となるように、前記発電機のトルク制御を行うことを特徴とするPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法である。   In a PWM converter connected to a generator driven by a windmill, a windmill rotation speed vs. torque characteristic which is a windmill maximum output uniquely determined from the shape of the windmill and a windmill rotation speed vs. windmill torque characteristic which is a windmill maximum torque are determined, A method for preventing over-rotation of a wind turbine generator using a PWM converter, wherein torque control of the generator is performed so that a load torque of the generator is not less than a maximum torque of the wind turbine at a rated rotational speed of the wind turbine. is there.

図1は、本発明の風車により駆動される発電機にPWMコンバータを接続した風力発電装置接続図である。11は過回転防止トルク指令発生回路、図9と同一番号は同一構成部品を示す。以下、図1について、本発明において応用する図5および図6の原理を用いて説明する。   FIG. 1 is a connection diagram of a wind power generator in which a PWM converter is connected to a generator driven by the windmill of the present invention. Reference numeral 11 denotes an over-rotation prevention torque command generation circuit, and the same reference numerals as those in FIG. 9 denote the same components. Hereinafter, FIG. 1 will be described using the principles of FIGS. 5 and 6 applied in the present invention.

図5は本発明に係る風車の周速比λに対する出力係数Cpおよびトルク係数Ctを説明するための説明図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the output coefficient Cp and the torque coefficient Ct with respect to the peripheral speed ratio λ of the wind turbine according to the present invention.

Ct=Cp/λ ・・・(8)   Ct = Cp / λ (8)

一般に、トルク係数Ctは(8)式で表されるが、説明の便宜上、周速比λに対する出力係数Cpおよびトルク係数Ctの最大値を同一の縦軸の大きさで表す。図5において、出力係数Cpが最大となる周速比はλxであり、最大出力点Sxで最大出力係数Cpmaxとなり、トルク係数Ctが最大となる周速比はλyであり、最大トルク点Tyで最大トルク係数Ctmaxとなる。   In general, the torque coefficient Ct is expressed by equation (8), but for convenience of explanation, the maximum value of the output coefficient Cp and the torque coefficient Ct with respect to the peripheral speed ratio λ is expressed by the same vertical axis. In FIG. 5, the peripheral speed ratio at which the output coefficient Cp is maximum is λx, the maximum output coefficient Cpmax is at the maximum output point Sx, the peripheral speed ratio at which the torque coefficient Ct is maximum is λy, and at the maximum torque point Ty. The maximum torque coefficient Ctmax is obtained.

図6に示す風車トルクおよび発電機の負荷トルクの特性の概要を、図5を参照しつつ説明する。最大出力時トルク曲線Ttは、前記(6)式を利用して、ある風車の各風速における図5の最大出力点Sxを風車回転数Nに対する風車トルクで表したものである。風車最大トルク曲線Tvは、ある風車の各風速における図5の最大トルク点Tyを風車回転数Nに対する風車トルクで表したものである。すなわち、すべての風速において風車が持つ風車最大出力時トルクTtは、最大トルク曲線Tvよりも右下の部分にある。
ブレーキ付加トルク曲線Tsは、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を用いた発電機3の負荷トルクを表したものである。
これらのトルク曲線は、風車回転数に対して一義的に定まるものである。
An outline of the characteristics of the wind turbine torque and the load torque of the generator shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. The maximum output torque curve Tt is obtained by expressing the maximum output point Sx of FIG. 5 at each wind speed of a certain wind turbine as the wind turbine torque with respect to the wind turbine rotation speed N using the above equation (6). The wind turbine maximum torque curve Tv represents the maximum torque point Ty in FIG. 5 at each wind speed of a certain wind turbine as the wind turbine torque with respect to the wind turbine rotation speed N. That is, the wind turbine maximum output torque Tt of the wind turbine at all wind speeds is in the lower right portion of the maximum torque curve Tv.
The brake additional torque curve Ts represents the load torque of the generator 3 using the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention.
These torque curves are uniquely determined with respect to the wind turbine rotation speed.

図6のブレーキ付加トルク曲線Tsについて説明する。風車は風車回転数Nuまでは、風車の最大出力時トルク曲線Ttに沿って運転されるので、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法によるトルク制御により風車最大出力を得ることができる。そして、定格回転数以下の風車回転数Nuでは、ブレーキ付加トルク曲線Tsは最大出力時トルク曲線Tt上の図6の点Uとなる。風車回転数NがNuよりも上昇すると、ブレーキ付加トルク曲線Tsは急激に上昇して、風車の最大トルク曲線Tvと交点Rで交わる。   The brake additional torque curve Ts in FIG. 6 will be described. Since the wind turbine is operated along the maximum output torque curve Tt of the wind turbine up to the wind turbine rotation speed Nu, the maximum output of the wind turbine is obtained by the torque control by the method of preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention. be able to. Then, at the wind turbine speed Nu below the rated speed, the brake additional torque curve Ts becomes a point U in FIG. 6 on the maximum output torque curve Tt. When the wind turbine rotational speed N rises above Nu, the brake additional torque curve Ts rapidly increases and intersects the wind turbine maximum torque curve Tv at the intersection R.

風車は、風車の最大トルク曲線Tvよりも大きな負荷トルクを印加すると、風速Vが増加しても風車回転数Nが上昇していかない。この理由について以下に説明する。   When a wind turbine applies a load torque larger than the maximum torque curve Tv of the wind turbine, the wind turbine rotation speed N does not increase even if the wind speed V increases. The reason for this will be described below.

図6において風車回転数Nrの時に、風車1の最大トルク曲線Tvと本発明の発電機のブレーキ付加トルク曲線Tsが交点Rで交差している。
ここで、交点Rで運転状態にあるときの風速を、例えば12m/sとする。そして、例えば風速が13m/sになると、動作点は図6の最大トルク曲線Tv上の交点Qに移行しようとする。
In FIG. 6, at the wind turbine speed Nr, the maximum torque curve Tv of the wind turbine 1 and the brake additional torque curve Ts of the generator of the present invention intersect at the intersection R.
Here, the wind speed when in the operating state at the intersection R is, for example, 12 m / s. For example, when the wind speed reaches 13 m / s, the operating point tends to shift to the intersection Q on the maximum torque curve Tv in FIG.

しかしながら、風速が12m/sから13m/sになって風車回転数を上昇させようとしても、風車回転数Nr以上においてはブレーキ付加トルク曲線Tsで表される発電機3の負荷トルクの方が、風車1が有する最大トルク曲線Tvよりも大きいために風車は加速することができない。
この交点Rで運転し続ける現象は、風速が13m/sになると、風車は図5のトルク係数Ctにおける最大トルク点Tyよりも左側で動作していることに因る。
However, even if the wind speed is increased from 12 m / s to 13 m / s and the wind turbine rotational speed is increased, the load torque of the generator 3 represented by the brake additional torque curve Ts is greater than the wind turbine rotational speed Nr. The windmill cannot be accelerated because it is larger than the maximum torque curve Tv of the windmill 1.
The phenomenon of continuing the operation at the intersection R is due to the fact that when the wind speed reaches 13 m / s, the windmill operates on the left side of the maximum torque point Ty in the torque coefficient Ct of FIG.

上記原理を応用し、本発明は風力発電装置の過回転防止方法を実現する。図1の過回転防止トルク指令発生回路11は、回転計2より風車回転数Nの入力により、図6の風車回転数Nuまでは、図3および図6に示す風車回転数に対する風車最大出力時のトルク曲線が如きトルク指令T*をPWMコンバータ4に出力する。
図6の風車回転数Nu以上では、回転計2から風車回転数Nを入力して、風車回転数Nrで風車最大トルクとなるブレーキ付加トルク曲線Tsが如きトルク指令τ*をPWMコンバータ4に出力する。
Applying the above principle, the present invention realizes a method for preventing over-rotation of a wind turbine generator. The over-rotation prevention torque command generation circuit 11 in FIG. 1 receives the wind turbine rotation speed N from the tachometer 2 and reaches the wind turbine rotation speed Nu in FIG. 6 at the time of maximum wind turbine output with respect to the wind turbine rotation speed shown in FIGS. The torque command T * having the torque curve as described above is output to the PWM converter 4.
When the wind turbine speed Nu is equal to or higher than the wind turbine speed Nu in FIG. 6, the wind turbine speed N is input from the tachometer 2 and a torque command τ * such as the brake additional torque curve Ts that becomes the wind turbine maximum torque at the wind turbine speed Nr is output to the PWM converter 4. To do.

ここで、この風車回転数Nuは、例えば定格回転数の3/4〜4/5程度の風車回転数に設定される。   Here, this windmill rotational speed Nu is set to a windmill rotational speed of about 3/4 to 4/5 of the rated rotational speed, for example.

このようにして、風車回転数Nを検出し、風車回転数に対するトルク特性を適切に設計することにより、図6に示すブレーキ付加トルク曲線Tsを実現できる。   In this way, by detecting the wind turbine rotational speed N and appropriately designing the torque characteristics with respect to the wind turbine rotational speed, the brake additional torque curve Ts shown in FIG. 6 can be realized.

このブレーキ付加トルク曲線Tsを風車最大出力の観点から、図7の風車回転数対風車最大出力特性およびPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止状態時の出力特性を説明する。
図7のブレーキ付加出力曲線Psは、図6のブレーキ付加トルク曲線Tsを発電機の負荷トルクとして印加した時の出力特性である。風車回転数NがNuまでは、ブレーキ付加トルク曲線Tsと最大出力時トルク曲線Ttは重なるように運転される。風車回転数Nuにおける運転点Uでは、風車出力Puが得られる。さらに、風車回転数Nが上昇して風車定格回転数Nrになると、運転点はRとなり風車出力Prが得られる。ここで、本発明のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を適用した場合の風車出力は、過回転を防止しているために、図7に示すブレーキ付加出力曲線Psに示す運転点R止まりの出力特性となる。
From the viewpoint of the wind turbine maximum output, the brake added torque curve Ts will be described with respect to the wind turbine rotation speed vs. wind turbine maximum output characteristics of FIG.
The brake additional output curve Ps in FIG. 7 is an output characteristic when the brake additional torque curve Ts in FIG. 6 is applied as the load torque of the generator. Until the wind turbine rotation speed N reaches Nu, the brake applied torque curve Ts and the maximum output torque curve Tt are operated so as to overlap each other. At the operating point U at the wind turbine rotation speed Nu, the wind turbine output Pu is obtained. Further, when the wind turbine rotational speed N rises to the wind turbine rated rotational speed Nr, the operating point becomes R and the wind turbine output Pr is obtained. Here, since the wind turbine output in the case of applying the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter of the present invention prevents over-rotation, the operating point R shown in the brake additional output curve Ps shown in FIG. It becomes a stop output characteristic.

図7において、この風車回転数NuからNrの間、すなわち風車出力PuからPrの間は、例えば風車が図4における風速Vxの最大出力点Sxより左側で運転しているために、風車最大出力は得られていないが、その差は極めて小さい。   In FIG. 7, the wind turbine rotation speed Nu to Nr, that is, between the wind turbine outputs Pu to Pr is, for example, because the wind turbine is operating on the left side of the maximum output point Sx of the wind speed Vx in FIG. Is not obtained, but the difference is very small.

したがって、本発明のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法においては、風車最大出力時の風車回転数対トルク特性に基づいて最大出力を得るとともに、風車を風車定格回転数Nrよりも上昇させない、風車の過回転防止を実施することが可能となる。   Therefore, in the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter of the present invention, the maximum output is obtained based on the wind turbine rotation speed vs. torque characteristics at the time of the wind turbine maximum output, and the wind turbine is not increased above the wind turbine rated rotation speed Nr. Thus, it is possible to prevent over-rotation of the windmill.

実施例2におけるブレーキ付加トルク曲線Tsを図8の(イ)に示す。該ブレーキ付加トルク曲線Tsは、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を用いた発電機3の負荷トルクを表したものである。   A brake applied torque curve Ts in the second embodiment is shown in FIG. The brake additional torque curve Ts represents the load torque of the generator 3 using the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention.

図8(イ)の実施例2におけるブレーキ付加トルク曲線Tsについて説明する。風車は風車回転数Nuまでは、風車の最大出力時トルク曲線Ttに沿って運転されるので、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法によるトルク制御により風車最大出力を得ることができる。そして、定格回転数以下の風車回転数Nuでは、ブレーキ付加トルク曲線Tsは最大出力時トルク曲線Tt上の図8の点Uとなる。風車回転数NがNuよりも上昇すると、ブレーキ付加トルク曲線Ts(イ)は上昇し、風車の最大トルク曲線Tvと交点Rで交わる。   The brake applied torque curve Ts in the second embodiment shown in FIG. Since the wind turbine is operated along the maximum output torque curve Tt of the wind turbine up to the wind turbine rotation speed Nu, the maximum output of the wind turbine is obtained by the torque control by the method of preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention. be able to. When the wind turbine speed Nu is equal to or lower than the rated speed, the brake additional torque curve Ts is a point U in FIG. 8 on the maximum output torque curve Tt. When the wind turbine rotational speed N rises above Nu, the brake additional torque curve Ts (A) rises and intersects the wind turbine maximum torque curve Tv at the intersection R.

ここで、実施例2におけるブレーキ付加曲線Tsは、例えば次のような式で与えられる。
ΔN=N−Nu (N≧Nu) ・(9)
Ts=K (0≦N<Nu) ・・・(10)
Ts=KΔN+K (N≧Nu) ・・・(11)
Here, the brake addition curve Ts in the second embodiment is given by the following equation, for example.
ΔN = N−Nu (N ≧ Nu) (9)
Ts = K 4 N 2 (0 ≦ N <Nu) (10)
Ts = K 5 ΔN + K 6 (N ≧ Nu) (11)

ここでK、K、Kは、風車回転数対風車トルク特性および風車出力特性により定まる定数である。また、この風車回転数Nuは、例えば定格回転数の3/4〜4/5程度の風車回転数に設定される。 Here, K 4 , K 5 , and K 6 are constants determined by the wind turbine rotation speed vs. wind turbine torque characteristics and the wind turbine output characteristics. Further, the windmill rotational speed Nu is set to a windmill rotational speed of about 3/4 to 4/5 of the rated rotational speed, for example.

図8において、風車回転数Nr以上においてはブレーキ付加トルク曲線Ts(イ)で表される発電機3の負荷トルクの方が、風車が有する最大トルク曲線Tvよりも大きいために風車は加速することができない。したがって、風車は、風速Vが増加しても風車回転数Nが上昇していかない。   In FIG. 8, the wind turbine accelerates because the load torque of the generator 3 represented by the brake additional torque curve Ts (A) is larger than the maximum torque curve Tv of the wind turbine at a wind turbine speed Nr or higher. I can't. Therefore, even if the wind speed V increases, the wind turbine speed N does not increase.

上記のように実施例2ではブレーキ付加トルク曲線Ts(イ)を設定し、風力発電装置の過回転防止方法を実現する。図1の過回転防止トルク指令発生回路11は、回転計2より風車回転数Nの入力により、図8の風車回転数Nuまでは、図3および図8に示す例えば(10)式に示すような風車回転数に対する風車最大出力時のトルク曲線が如きトルク指令T*をPWMコンバータ4に出力する。
図8の風車回転数Nu以上では、回転計2から風車回転数Nを入力して、風車回転数Nrで風車最大トルクとなる、例えば(11)式のようなブレーキ付加トルク曲線Tsが如きトルク指令τ*をPWMコンバータ4に出力する。
As described above, in the second embodiment, the brake additional torque curve Ts (A) is set to realize the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator. The over-rotation prevention torque command generation circuit 11 shown in FIG. 1 receives the wind turbine rotation speed N from the tachometer 2 until the wind turbine rotation speed Nu shown in FIG. A torque command T * is output to the PWM converter 4 such that the torque curve at the maximum output of the wind turbine with respect to the wind turbine rotation speed.
When the wind turbine rotational speed Nu is equal to or higher than the wind turbine rotational speed Nu shown in FIG. 8, the wind turbine rotational speed N is input from the tachometer 2, and the wind turbine maximum torque is obtained at the wind turbine rotational speed Nr. Command τ * is output to PWM converter 4.

このようにして、風車回転数Nを検出し、風車回転数に対するトルク特性を適切に設計することにより、図8に示すブレーキ付加トルク曲線Ts(イ)を実現できる。   In this way, by detecting the wind turbine rotational speed N and appropriately designing the torque characteristics with respect to the wind turbine rotational speed, the brake added torque curve Ts (A) shown in FIG. 8 can be realized.

したがって、本発明のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法においては、風車最大出力時の風車回転数対トルク特性に基づいて最大出力を得るとともに、風車を風車定格回転数Nrよりも上昇させない、風車の過回転防止を実施することが可能となる。   Therefore, in the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter of the present invention, the maximum output is obtained based on the wind turbine rotation speed vs. torque characteristics at the time of the wind turbine maximum output, and the wind turbine is not increased above the wind turbine rated rotation speed Nr. Thus, it is possible to prevent over-rotation of the windmill.

実施例3におけるブレーキ付加トルク曲線Tsを図8の(ロ)に示す。該ブレーキ付加トルク曲線Tsは、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を用いた発電機3の負荷トルクを表したものである。   A brake applied torque curve Ts in the third embodiment is shown in FIG. The brake additional torque curve Ts represents the load torque of the generator 3 using the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention.

図8(ロ)の実施例3におけるブレーキ付加トルク曲線Tsについて説明する。風車は風車回転数Nuまでは、風車の最大出力時トルク曲線Ttに沿って運転されるので、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法によるトルク制御により風車最大出力を得ることができる。そして、定格回転数以下の風車回転数Nuでは、ブレーキ付加トルク曲線Tsは最大出力時トルク曲線Tt上の図8の点Uとなる。風車回転数NがNuよりも上昇すると、ブレーキ付加トルク曲線Ts(ロ)は上昇し、風車の最大トルク曲線Tvと交点Rで交わる。   The brake applied torque curve Ts in the third embodiment shown in FIG. Since the wind turbine is operated along the maximum output torque curve Tt of the wind turbine up to the wind turbine rotation speed Nu, the maximum output of the wind turbine is obtained by the torque control by the method of preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention. be able to. When the wind turbine speed Nu is equal to or lower than the rated speed, the brake additional torque curve Ts is a point U in FIG. 8 on the maximum output torque curve Tt. When the wind turbine rotation speed N rises above Nu, the brake additional torque curve Ts (b) rises and intersects the wind turbine maximum torque curve Tv at the intersection R.

ここで、風車回転数Nu以降のトルク特性は、ハンチング等を起こさないように急激なトルク変化をさける必要がある。したがって、風車回転数Nuまでは風車回転数に対して2乗トルク特性なので、それ以降は、例えば2乗特性以上に上昇するトルク特性が好ましい。   Here, the torque characteristics after the wind turbine rotation speed Nu need to avoid a sudden torque change so as not to cause hunting or the like. Therefore, since the torque torque characteristic is up to the windmill speed Nu up to the windmill speed Nu, the torque characteristic that rises above the square characteristic is preferable after that.

したがって、実施例3におけるブレーキ付加曲線Tsは、例えば次のような式で与えられる。
ΔN=N−Nu (N≧Nu) ・・・(9)(再記)
Ts=K (0≦N<Nu) ・・・(12)
Ts=KΔNn1+K (N≧Nu、n≧2) ・・・(13)
Therefore, the brake addition curve Ts in the third embodiment is given by the following equation, for example.
ΔN = N−Nu (N ≧ Nu) (9) (re-written)
Ts = K 4 N 2 (0 ≦ N <Nu) (12)
Ts = K 4 ΔN n1 + K 7 (N ≧ Nu, n 1 ≧ 2) (13)

ここでK、Kは、風車回転数対風車トルク特性および風車出力特性により定まる定数である。また、この風車回転数Nuは、例えば定格回転数の3/4〜4/5程度の風車回転数に設定される。 Here, K 4 and K 7 are constants determined by the wind turbine rotation speed vs. wind turbine torque characteristics and the wind turbine output characteristics. Further, the windmill rotational speed Nu is set to a windmill rotational speed of about 3/4 to 4/5 of the rated rotational speed, for example.

実施例3では、風車回転数Nuでのトルク特性において、ハンチング等を起こさないよう急激なトルク変化をさけることから例えば(13)式のような風車回転数の上昇に対して2乗特性以上でトルクが上昇するように設定される。   In the third embodiment, in the torque characteristic at the wind turbine rotational speed Nu, a sudden torque change is avoided so as not to cause hunting or the like. The torque is set to increase.

図8において、風車回転数Nr以上においてはブレーキ付加トルク曲線Ts(ロ)で表される発電機3の負荷トルクの方が、風車が有する最大トルク曲線Tvよりも大きいために風車は加速することができない。したがって、風車は、風速Vが増加しても風車回転数Nが上昇していかない。   In FIG. 8, the wind turbine accelerates because the load torque of the generator 3 represented by the brake additional torque curve Ts (b) is larger than the maximum torque curve Tv of the wind turbine at a wind turbine speed Nr or higher. I can't. Therefore, even if the wind speed V increases, the wind turbine speed N does not increase.

上記のように実施例3ではブレーキ付加トルク曲線Ts(ロ)を設定し、風力発電装置の過回転防止方法を実現する。図1の過回転防止トルク指令発生回路11は、回転計2より風車回転数Nの入力により、図8の風車回転数Nuまでは、図3および図8に示す例えば(12)式に示すような風車回転数に対する風車最大出力時のトルク曲線が如きトルク指令T*をPWMコンバータ4に出力する。
図8の風車回転数Nu以上では、回転計2から風車回転数Nを入力して、風車回転数Nrで風車最大トルクとなる、例えば(13)式のようなブレーキ付加トルク曲線Tsが如きトルク指令τ*をPWMコンバータ4に出力する。
As described above, in the third embodiment, the brake additional torque curve Ts (b) is set to realize the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator. The over-rotation prevention torque command generation circuit 11 shown in FIG. 1 receives the wind turbine rotation speed N from the tachometer 2 until the wind turbine rotation speed Nu shown in FIG. A torque command T * is output to the PWM converter 4 such that the torque curve at the maximum output of the wind turbine with respect to the wind turbine rotation speed.
When the wind turbine rotational speed Nu is equal to or higher than the wind turbine rotational speed Nu in FIG. 8, the wind turbine rotational speed N is input from the tachometer 2, and the wind turbine maximum torque is obtained at the wind turbine rotational speed Nr. Command τ * is output to PWM converter 4.

このようにして、風車回転数Nを検出し、風車回転数に対するトルク特性を適切に設計することにより、図8に示すブレーキ付加トルク曲線Ts(ロ)を実現できる。   In this way, the brake additional torque curve Ts (b) shown in FIG. 8 can be realized by detecting the windmill rotational speed N and appropriately designing the torque characteristics with respect to the windmill rotational speed.

したがって、本発明のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法においては、風車最大出力時の風車回転数対トルク特性に基づいて最大出力を得るとともに、風車を風車定格回転数Nrよりも上昇させない、風車の過回転防止を実施することが可能となる。   Therefore, in the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter of the present invention, the maximum output is obtained based on the wind turbine rotation speed vs. torque characteristics at the time of the wind turbine maximum output, and the wind turbine is not increased above the wind turbine rated rotation speed Nr. Thus, it is possible to prevent over-rotation of the windmill.

実施例4におけるブレーキ付加トルク曲線Tsを図8の(ハ)に示す。該ブレーキ付加トルク曲線Tsは、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法を用いた発電機3の負荷トルクを表したものである。   A brake applied torque curve Ts in the fourth embodiment is shown in FIG. The brake additional torque curve Ts represents the load torque of the generator 3 using the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention.

図8(ハ)の実施例4におけるブレーキ付加トルク曲線Tsについて説明する。風車は風車回転数Nuまでは、風車の最大出力時トルク曲線Ttに沿って運転されるので、本発明により実現できるPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法によるトルク制御により風車最大出力を得ることができる。そして、定格回転数以下の風車回転数Nuでは、ブレーキ付加トルク曲線Tsは最大出力時トルク曲線Tt上の図8の点Uとなる。風車回転数NがNuよりも上昇すると、ブレーキ付加トルク曲線Ts(ハ)は上昇し、風車の最大トルク曲線Tvと交点Rで交わる。   The brake additional torque curve Ts in the fourth embodiment shown in FIG. Since the wind turbine is operated along the maximum output torque curve Tt of the wind turbine up to the wind turbine rotation speed Nu, the maximum output of the wind turbine is obtained by the torque control by the method of preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter that can be realized by the present invention. be able to. When the wind turbine speed Nu is equal to or lower than the rated speed, the brake additional torque curve Ts is a point U in FIG. 8 on the maximum output torque curve Tt. When the wind turbine rotation speed N rises above Nu, the brake additional torque curve Ts (c) rises and intersects the wind turbine maximum torque curve Tv at the intersection R.

ここで、風車回転数Nu以降のトルク特性は、ハンチング等を起こさないように急激なトルク変化をさける必要がある。したがって、風車回転数Nuまでは風車回転数に対して2乗トルク特性なので、それ以降は、例えば風車回転数の増加に対し徐々に2乗特性以上に移行しながら上昇するトルク特性が好ましい。   Here, the torque characteristics after the wind turbine rotation speed Nu need to avoid a sudden torque change so as not to cause hunting or the like. Therefore, since the torque characteristic is square with respect to the wind turbine rotation speed up to the wind turbine rotation speed Nu, a torque characteristic that increases while gradually shifting to the square characteristic or more with respect to the increase in the wind turbine rotation speed is preferable thereafter.

したがって、実施例4におけるブレーキ付加曲線Tsは、例えば次のような式で与えられる。
ΔN=N−Nu (N≧Nu) ・・・(9)(再記)
Ts=K (0≦N<Nu) ・・・(14)
Ts=KΔN (N≧Nu) ・・・(15)
m=2+KΔNn2 (n≧1) ・・・(16)
Therefore, the brake additional curve Ts in the fourth embodiment is given by the following equation, for example.
ΔN = N−Nu (N ≧ Nu) (9) (re-written)
Ts = K 4 N 2 (0 ≦ N <Nu) (14)
Ts = K 4 ΔN m (N ≧ Nu) (15)
m = 2 + K 8 ΔN n2 (n 2 ≧ 1) (16)

ここでK、Kは、風車回転数対風車トルク特性および風車出力特性により定まる定数である。また、この風車回転数Nuは、例えば定格回転数の3/4〜4/5程度の風車回転数に設定される。 Here, K 4 and K 8 are constants determined by the wind turbine rotational speed versus wind turbine torque characteristics and the wind turbine output characteristics. Further, the windmill rotational speed Nu is set to a windmill rotational speed of about 3/4 to 4/5 of the rated rotational speed, for example.

実施例4では、風車回転数Nuでのトルク特性において、ハンチング等を起こさないよう急激なトルク変化をさけることから、例えば(15)式のような風車回転数の上昇に対して徐々に2乗特性以上でトルクが上昇するように設定される。   In the fourth embodiment, in the torque characteristic at the wind turbine rotational speed Nu, a sudden torque change is avoided so as not to cause hunting or the like. For example, the square is gradually raised with respect to the increase in the wind turbine rotational speed as shown in the equation (15). It is set so that the torque rises above the characteristic.

また、実施例4では実施例1、2および3に比べると風車回転数Nuから定格回転数Nr間で、より風車の最大出力時トルク曲線Ttに沿ったトルク特性で運転されるため、定格回転数付近において、風車最大出力を効率よく取得することができる。   Further, in the fourth embodiment, compared with the first, second, and third embodiments, the operation is performed with the torque characteristic along the maximum output torque curve Tt between the windmill rotation speed Nu and the rated rotation speed Nr. The wind turbine maximum output can be obtained efficiently in the vicinity of a few.

図8において、風車回転数Nr以上においてはブレーキ付加トルク曲線Ts(ハ)で表される発電機3の負荷トルクの方が、風車が有する最大トルク曲線Tvよりも大きいために風車は加速することができない。したがって、風車は、風速Vが増加しても風車回転数Nが上昇していかない。   In FIG. 8, the wind turbine accelerates because the load torque of the generator 3 represented by the brake additional torque curve Ts (c) is larger than the maximum torque curve Tv of the wind turbine at a wind turbine speed Nr or higher. I can't. Therefore, even if the wind speed V increases, the wind turbine speed N does not increase.

上記のように実施例4ではブレーキ付加トルク曲線Ts(ハ)を設定し、風力発電装置の過回転防止方法を実現する。図1の過回転防止トルク指令発生回路11は、回転計2より風車回転数Nの入力により、図8の風車回転数Nuまでは、図3および図8に示す例えば(14)式に示すような風車回転数に対する風車最大出力時のトルク曲線が如きトルク指令T*をPWMコンバータ4に出力する。
図8の風車回転数Nu以上では、回転計2から風車回転数Nを入力して、風車回転数Nrで風車最大トルクとなる、例えば(15)式のようなブレーキ付加トルク曲線Tsが如きトルク指令τ*をPWMコンバータ4に出力する。
As described above, in the fourth embodiment, the brake additional torque curve Ts (c) is set, and the over-rotation preventing method for the wind turbine generator is realized. The over-rotation prevention torque command generation circuit 11 shown in FIG. 1 receives the wind turbine rotation speed N from the tachometer 2 until the wind turbine rotation speed Nu shown in FIG. A torque command T * is output to the PWM converter 4 such that the torque curve at the maximum output of the wind turbine with respect to the wind turbine rotation speed.
When the wind turbine rotational speed Nu in FIG. 8 or higher, the wind turbine rotational speed N is input from the tachometer 2, and the wind turbine maximum torque is obtained at the wind turbine rotational speed Nr. Command τ * is output to PWM converter 4.

このようにして、風車回転数Nを検出し、風車回転数に対するトルク特性を適切に設計することにより、図8に示すブレーキ付加トルク曲線Ts(ハ)を実現できる。   In this way, by detecting the wind turbine rotation speed N and appropriately designing the torque characteristics with respect to the wind turbine rotation speed, the brake additional torque curve Ts (c) shown in FIG. 8 can be realized.

したがって、本発明のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法においては、風車最大出力時の風車回転数対トルク特性に基づいて最大出力を得るとともに、風車を風車定格回転数Nrよりも上昇させない、風車の過回転防止を実施することが可能となる。   Therefore, in the method for preventing over-rotation of the wind turbine generator by the PWM converter of the present invention, the maximum output is obtained based on the wind turbine rotation speed vs. torque characteristics at the time of the wind turbine maximum output, and the wind turbine is not increased above the wind turbine rated rotation speed Nr. Thus, it is possible to prevent over-rotation of the windmill.

以上の本発明の実施例では、回転計2より風車回転数Nを検出する場合について説明したが、発電機3に接続されるPWMコンバータ4の電圧および電流によるセンサーレス方式でも、風車回転数Nを検出できるので、その値を用いても良い。   In the above-described embodiment of the present invention, the case where the windmill rotational speed N is detected from the tachometer 2 has been described. However, the windmill rotational speed N is also obtained in the sensorless system using the voltage and current of the PWM converter 4 connected to the generator 3. Can be detected, and its value may be used.

さらに、発電機3は、同期発電機だけでなく、図4のような風車回転数対風車最大出力特性と、図3のような風車回転数対風車最大トルク特性の最大出力時トルク曲線との関係を把握すれば、誘導発電機を用いても良い。   Furthermore, the generator 3 is not only a synchronous generator, but also a wind turbine rotation speed vs. wind turbine maximum output characteristic as shown in FIG. 4 and a maximum output torque curve of the wind turbine rotation speed vs. wind turbine maximum torque characteristic as shown in FIG. If the relationship is grasped, an induction generator may be used.

また、ピッチ制御をしない固定翼風車に対しても、各風速における風車回転数に対する風車最大出力時トルクおよび風車最大トルクの関係を把握しておけば、風車回転数対風車トルク特性だけでも、高風速になっても十分に実用的な最大出力制御を実施し得る。   Also, for fixed-wing wind turbines without pitch control, if the relationship between the wind turbine maximum output torque and the wind turbine maximum torque with respect to the wind turbine rotation speed at each wind speed is grasped, it is possible to obtain high Even when the wind speed is reached, sufficiently practical maximum output control can be performed.

本発明の風車により駆動される発電機に接続されるPWMコンバータにおいて、風車定格回転数よりは低い高速風車回転数までは風車より最大出力を取り出すことでき、さらに風車の回転数が上昇してもほぼ風車最大出力を得ることができる。次に、高風速になって風車定格回転数Nr以上になろうとすると、負荷としての発電機のトルクが風車最大トルク以上となるため、風車回転数Nは風車定格回転数Nr付近に留まることができる。   In the PWM converter connected to the generator driven by the wind turbine of the present invention, the maximum output can be taken out from the wind turbine up to a high speed wind turbine rotational speed lower than the wind turbine rated rotational speed, and even if the rotational speed of the wind turbine rises The maximum windmill output can be obtained. Next, when the wind speed becomes high and the wind turbine rated rotational speed Nr is exceeded, the torque of the generator as a load exceeds the wind turbine maximum torque, so the wind turbine rotational speed N may remain near the wind turbine rated rotational speed Nr. it can.

したがって、風を逃がして風車からの入力を下げる高価なピッチ制御を用いることなく、風車の過回転による発電機またはPWMコンバータの過負荷および破損を防止できるので実用上極めて有用である。
Therefore, it is possible to prevent overload and breakage of the generator or the PWM converter due to overrotation of the windmill without using an expensive pitch control for reducing the input from the windmill by escaping the wind, which is extremely useful in practice.

1 風車
2 回転計
3 発電機
4 PWMコンバータ
5 負荷
6 ピッチ角アクチュエータ
10 トルク指令発生回路
11 過回転防止トルク指令発生回路
20 ピッチ角指令発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Windmill 2 Tachometer 3 Generator 4 PWM converter 5 Load 6 Pitch angle actuator 10 Torque command generation circuit 11 Overrotation prevention torque command generation circuit 20 Pitch angle command generation circuit

Claims (4)

風車により駆動される発電機に接続したPWMコンバータにおいて、該風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大トルク特性を定め、前記風車の定格回転数において該発電機の負荷トルクが前記風車最大トルク以上となるように、前記発電機のトルク制御を行うことを特徴とするPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法。   In a PWM converter connected to a generator driven by a wind turbine, a wind turbine maximum torque characteristic with respect to the wind turbine rotation speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine is defined, and the load torque of the generator is determined at the rated rotation speed of the wind turbine. A method for preventing over-rotation of a wind power generator by a PWM converter, wherein torque control of the generator is performed so as to be equal to or greater than a maximum torque. 前記風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大出力時トルク特性を定め、前記風車の風車定格回転数未満のある定めた過トルク開始回転数までは前記風車最大出力時トルク特性で運転し、該過トルク開始回転数以上では前記過トルク開始回転数と前記風車最大出力時トルクとの交点から、前記風車定格回転数と前記風車最大トルク特性との交点を経て風車回転数の増加に比例して増加するトルク特性により運転することを特徴とする請求項1記載のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法。   The torque characteristic at the time of the wind turbine maximum output is determined with respect to the wind turbine rotation speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine, and the wind turbine maximum output torque characteristic is operated up to a predetermined overtorque start rotation speed that is less than the wind turbine rated rotation speed of the wind turbine. When the overtorque start rotational speed is exceeded, the wind turbine rotational speed is increased from the intersection of the overtorque start rotational speed and the wind turbine maximum output torque through the intersection of the wind turbine rated rotational speed and the wind turbine maximum torque characteristic. 2. The method of preventing over-rotation of a wind power generator by a PWM converter according to claim 1, wherein the operation is performed with a torque characteristic that increases in proportion. 前記風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大出力時トルク特性を定め、前記風車の風車定格回転数未満のある定めた過トルク開始回転数までは前記風車最大出力時トルク特性で運転し、該過トルク開始回転数以上では前記過トルク開始回転数と前記風車最大出力時トルクとの交点から、前記風車定格回転数と前記風車最大トルク特性との交点を経て、風車回転数の増加に対して2乗特性以上のあるトルク特性により運転することを特徴とする請求項1記載のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法。   The torque characteristic at the time of the wind turbine maximum output is determined with respect to the wind turbine rotation speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine, and the wind turbine maximum output torque characteristic is operated up to a predetermined overtorque start rotation speed that is less than the wind turbine rated rotation speed of the wind turbine. When the overtorque start rotational speed is exceeded, the windmill rotational speed increases from the intersection of the overtorque start rotational speed and the windmill maximum output torque through the intersection of the windmill rated rotational speed and the windmill maximum torque characteristic. 2. The method of preventing over-rotation of a wind power generator by a PWM converter according to claim 1, wherein the operation is performed with a torque characteristic that is greater than or equal to a square characteristic. 前記風車の形状より一義的に定まる風車回転数に対する風車最大出力時トルク特性を定め、前記風車の風車定格回転数未満のある定めた過トルク開始回転数までは前記風車最大出力時トルク特性で運転し、該過トルク開始回転数以上では前記過トルク開始回転数と前記風車最大出力時トルクとの交点から、前記風車定格回転数と前記風車最大トルク特性との交点を経て、風車回転数の増加に対して2乗特性以上の漸増トルク特性により運転することを特徴とする請求項1記載のPWMコンバータによる風力発電装置の過回転防止方法。
The torque characteristic at the time of the wind turbine maximum output is determined with respect to the wind turbine rotation speed that is uniquely determined from the shape of the wind turbine, and the wind turbine maximum output torque characteristic is operated up to a predetermined overtorque start rotation speed that is less than the wind turbine rated rotation speed of the wind turbine. When the overtorque start rotational speed is exceeded, the windmill rotational speed increases from the intersection of the overtorque start rotational speed and the windmill maximum output torque through the intersection of the windmill rated rotational speed and the windmill maximum torque characteristic. 2. The method of preventing over-rotation of a wind power generator by a PWM converter according to claim 1, wherein the operation is performed with a gradually increasing torque characteristic that is greater than or equal to a square characteristic.
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