JP2017145733A - Wind power generation device and control method of wind power generation device - Google Patents

Wind power generation device and control method of wind power generation device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generation device capable of detecting overspeed and quickly suppressing it to enable stable power generation.SOLUTION: A wind power generation device includes a rotor rotating with wind, and is configured to generate power with rotational energy of the rotor. The wind power generation device also includes a control device configured to control rotational speed of the rotor or equipment rotating with rotation of the rotor. The control device, when the rotational speed of the rotor or equipment exceeds a predetermined value equal to or more than a rating rotation speed, is configured to change a rotational speed control coefficient of the control device so as to improve a response characteristic of the control device.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、風力発電装置に係り、特にロータの過回転を抑制する風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly, to a wind turbine generator that suppresses excessive rotation of a rotor.

近年、環境保護の面から、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇等が問題視されている。そこで、化石燃料を使用せず、また、二酸化炭素の排出を抑えられる発電装置として、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用した発電装置が注目を浴びている。   In recent years, from the viewpoint of environmental protection, global warming due to emission of carbon dioxide, depletion of fossil fuels, and the like are regarded as problems. Thus, as a power generation device that does not use fossil fuels and can suppress the emission of carbon dioxide, a power generation device that uses renewable energy obtained from nature such as wind power and sunlight has attracted attention.

再生可能エネルギーを利用した発電装置の中では、太陽光発電装置が一般的であるが、日射によって直接的に出力が変化するため、出力変動が大きく、夜間は発電できない。それに対して風力発電装置は、風速や風向などの風況が安定した場所を選んで設置することで、昼夜を問わず比較的安定な発電が可能である。また、陸上よりも高風速で風況変化が少ない洋上に設置することも可能であるため、注目されている。   Among power generation devices that use renewable energy, solar power generation devices are common, but output changes directly due to solar radiation, so output fluctuations are large and power generation cannot be performed at night. On the other hand, a wind power generator can generate relatively stable power regardless of day or night by selecting a place where the wind conditions such as wind speed and direction are stable. It is also attracting attention because it can be installed on the ocean with a higher wind speed and less change in wind conditions than on land.

風況変化の少ない場所に設置された風力発電装置でも、天候の悪化等によって風向や風速が大幅に変化する場合があり、そのような場合でも極力安定した発電を継続する必要がある。このような風向や風速が大幅に変化する場合に問題になるのが、風力発電装置のロータや発電機等の回転系の回転速度を制御しきれず、定格回転速度を超えて過回転になることであり、装置に過大な負荷を与えることになる。さらに、過回転状態が継続して回転速度が所定値を超えると、装置保護のためのシャットダウン動作に移行するため、発電を継続できなくなる。   Even with wind power generators installed in places where there is little change in wind conditions, wind direction and wind speed may change significantly due to bad weather, etc., and even in such a case, it is necessary to continue power generation as stably as possible. The problem when the wind direction and wind speed change significantly is that the rotation speed of the rotating system such as the rotor and generator of the wind power generator cannot be controlled, and the rotation speed exceeds the rated rotation speed. Therefore, an excessive load is applied to the apparatus. Furthermore, when the overspeed state continues and the rotation speed exceeds a predetermined value, the operation shifts to a shutdown operation for protecting the device, and thus power generation cannot be continued.

このような過回転の問題に対して、例えば特許文献1では、突風による加速度を抑制する制御方法として、「風車に連結された発電機を、風車の回転速度に応じてコンバータにより制御し、コンバータの出力を任意の電圧と周波数に変換して電力系統へ出力するインバータを備えた風力発電方法において、前記風車の回転速度の速度変化率を検出し、速度変化率と予め設定された過速抑制開始変化率の変化率偏差を求め、過速抑制トルク演算部によって変化率偏差>過速抑制開始変化率ときにPI演算を実行して過速抑制トルクを生成し、変化率偏差<過速抑制開始変化率のとき過速抑制トルクをゼロとし、生成された過速抑制トルクと風車コントローラからのトルク指令の加算値をコンバータへのトルク指令としたこと特徴とした風車の過速抑制制御方法。」が開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a control method for suppressing acceleration due to a gust of wind, “a generator connected to a windmill is controlled by a converter according to the rotational speed of the windmill, In the wind power generation method including an inverter that converts the output of the wind turbine into an arbitrary voltage and frequency and outputs it to the power system, the speed change rate of the rotational speed of the windmill is detected, and the speed change rate and a preset overspeed suppression are detected. The change rate deviation of the start change rate is obtained, and the overspeed suppression torque calculation unit generates the overspeed suppression torque by executing PI calculation when the change rate deviation> overspeed suppression start change rate, and the change rate deviation <overspeed suppression The overspeed suppression torque of the wind turbine is characterized in that the overspeed suppression torque is zero at the start change rate and the added value of the generated overspeed suppression torque and the torque command from the windmill controller is the torque command to the converter. Suppression control method. "Is disclosed.

また、特許文献2では、過大風速時にブレーキなどを用いずに回転を減速する制御方法として、「風車と、発電機と、発電機の回転に応じた保護トルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、を備えた風力発電装置の発電機制御方法であって、前記発電機の回転に応じて決まる前記保護トルク指令パターンを決める要素としてゲインKを含み、速度ωの関数f(ω)との積として、トルク指令T_ref=K・f(ω)で与えられる構成において、所定のレベルに満たない風速で平常に運転する場合は平常時用のゲインKnormで運転し、風速がある所定のレベルを超えた場合に、前記所定のレベルを超えたことを判定し、前記所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記保護トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させ、前記ゲインを上昇させたことにより回転数が低下し、前記発電機トルクが所定のレベルより小さくなったと判断した場合に、その時点でゲインの大きさでゲインを固定し運転を継続することを特徴とする風力発電装置の発電機制御方法。」が開示されている。   Further, in Patent Document 2, as a control method for decelerating rotation without using a brake or the like at an excessive wind speed, “having a wind turbine, a generator, and a protection torque command pattern corresponding to the rotation of the generator, A generator control method for a wind turbine generator comprising: a converter that performs control; and an inverter that converts the output of the converter into a predetermined voltage and frequency and outputs the converted voltage to a system, and according to rotation of the generator In the configuration given by the torque command T_ref = K · f (ω) as a product of the function f (ω) of the speed ω and including the gain K as an element that determines the protection torque command pattern to be determined, it does not reach a predetermined level. When operating normally at wind speed, operate with normal gain Knorm. When the wind speed exceeds a certain level, it is determined that the predetermined level is exceeded. If it is determined that it has exceeded, the gain that determines the protection torque command pattern is increased by a predetermined amount of change, and by increasing the gain, the rotational speed decreases, and the generator torque becomes smaller than a predetermined level. A generator control method for a wind turbine generator, in which, when it is determined, the gain is fixed at the time of the gain and the operation is continued. "

特開2013−233045号公報JP 2013-233045 A 特開2006−296189号公報JP 2006-296189 A

しかしながら、特許文献1の風車の過速抑制制御方法では、突風等の風速が急速に変化した場合に動作するため、急速ではない風速や風向の変化によって発生する過回転に対応することは困難である。また、過回転時以外の突風にも対応するため、必要以上に速度制御を行うことで制御が振動的になり荷重が増大する可能性がある。   However, the wind turbine overspeed suppression control method disclosed in Patent Document 1 operates when the wind speed such as a gust of wind changes rapidly. Therefore, it is difficult to cope with an overspeed caused by a change in wind speed or wind direction that is not rapid. is there. In addition, in order to cope with gusts other than during over-rotation, performing speed control more than necessary may cause the control to vibrate and increase the load.

特許文献2の風力発電装置の発電機制御方法では、過大風速時に風速と回転速度の関係を決定するトルク指令パターンを決めるゲインKを上げ、風速に対する回転速度を低減させて過回転を抑制することで、ブレーキやブレードのピッチ角調整装置が不要になる。ただし、高風速域でのピッチ角調整装置等による一定回転速度制御ができないため、発電可能な風速の範囲が狭くなり、高風速域での発電効率が低下する。また、ゲインKの増減は上記のように過回転抑制の応答性を変化させるものではなく、過回転抑制の応答性については特に考慮されていないため、風速が急激に変化した場合に過回転抑制が遅れる可能性がある。   In the generator control method of the wind power generator disclosed in Patent Document 2, the gain K that determines the torque command pattern that determines the relationship between the wind speed and the rotational speed at the time of excessive wind speed is increased, and the rotational speed with respect to the wind speed is reduced to suppress over-rotation. This eliminates the need for a brake or blade pitch angle adjusting device. However, since the constant rotational speed cannot be controlled by a pitch angle adjusting device or the like in the high wind speed region, the range of wind speeds capable of generating power is narrowed, and the power generation efficiency in the high wind speed region is reduced. In addition, the increase or decrease of the gain K does not change the responsiveness of over-rotation suppression as described above, and the responsiveness of over-rotation suppression is not particularly considered. May be delayed.

本発明の目的は、過回転を検出して素早く抑制することで、安定した発電を可能にする風力発電装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the wind power generator which enables the stable electric power generation by detecting and suppressing overspeed rapidly.

上記課題を解決するために、本発明は、風を受けて回転するロータを備え、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置であって、前記ロータまたは前記ロータの回転に伴い回転する機器の回転速度を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記ロータまたは前記機器の回転速度が定格回転速度以上の所定値を超えた場合、当該制御装置の応答特性を向上させる様に、前記制御装置の回転速度制御係数を変化させることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a wind power generator that includes a rotor that rotates by receiving wind and generates electric power using rotational energy of the rotor, and rotates with the rotation of the rotor or the rotor. A control device that controls the rotation speed of the device, the control device, when the rotation speed of the rotor or the device exceeds a predetermined value of the rated rotation speed or higher, so as to improve the response characteristics of the control device, The rotational speed control coefficient of the control device is changed.

また、本発明は、風を受けて回転するロータを備え、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置の制御方法であって、前記ロータまたは前記ロータの回転に伴い回転する機器の回転速度および目標回転速度から回転速度偏差を算出し、前記ロータまたは前記機器の回転速度から回転速度制御係数を算出し、前記回転速度偏差および前記回転速度制御係数に基づき、前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする。   The present invention also provides a method for controlling a wind turbine generator that includes a rotor that rotates in response to wind and generates electric power using the rotational energy of the rotor, the rotation of the rotor or a device that rotates as the rotor rotates. A rotational speed deviation is calculated from the speed and the target rotational speed, a rotational speed control coefficient is calculated from the rotational speed of the rotor or the equipment, and the rotor or the equipment is rotated based on the rotational speed deviation and the rotational speed control coefficient. It is characterized by controlling the speed.

また、本発明は、風を受けて回転するロータを備え、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置の制御方法であって、前記ロータまたは前記ロータの回転に伴い回転する機器の回転速度および目標回転速度から目標回転速度調整値を算出し、前記ロータまたは前記機器の回転速度および前記目標回転速度調整値から回転速度偏差を算出し、前記回転速度偏差に基づき、前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする。   The present invention also provides a method for controlling a wind turbine generator that includes a rotor that rotates in response to wind and generates electric power using the rotational energy of the rotor, the rotation of the rotor or a device that rotates as the rotor rotates. A target rotational speed adjustment value is calculated from the speed and the target rotational speed, a rotational speed deviation is calculated from the rotational speed of the rotor or the equipment and the target rotational speed adjustment value, and the rotor or the equipment is calculated based on the rotational speed deviation. It is characterized by controlling the rotation speed of the.

本発明によれば、過回転を検出して素早く抑制することで、安定した発電を可能にする風力発電装置を実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wind power generator which enables stable electric power generation is realizable by detecting and suppressing overspeed rapidly.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の一実施形態に係る風力発電装置の構成概要を示す図である。It is a figure which shows the structure outline | summary of the wind power generator which concerns on one Embodiment of this invention. 風力発電装置における発電電力、発電機回転速度、発電機トルク、およびピッチ角の関係の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the relationship between the electric power generated in a wind power generator, a generator rotational speed, a generator torque, and a pitch angle. 実施例1に係る風力発電装置の回転速度制御装置の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the rotational speed control apparatus of the wind power generator which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る回転速度と制御ゲインの関係の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the relationship between the rotational speed and control gain which concern on Example 1. FIG. 実施例1に係る回転速度と制御ゲインの関係の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the relationship between the rotational speed which concerns on Example 1, and a control gain. 実施例1に係る本発明適用有無における風速、回転速度、および制御ゲインの関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the wind speed in the presence or absence of this invention which concerns on Example 1, a rotational speed, and a control gain. 実施例2に係る風力発電装置の回転速度制御装置の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the rotational speed control apparatus of the wind power generator concerning Example 2. FIG. 実施例2に係る回転速度と目標回転速度調整値の関係の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the relationship between the rotational speed which concerns on Example 2, and a target rotational speed adjustment value. 実施例2に係る本発明適用有無における風速、回転速度、および目標回転速度調整値の関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the wind speed in the presence or absence of application of this invention which concerns on Example 2, a rotational speed, and a target rotational speed adjustment value. 実施例1に係る風力発電装置の回転速度制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the rotational speed control method of the wind power generator which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係る風力発電装置の回転速度制御方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a rotational speed control method for a wind turbine generator according to a second embodiment.

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description of overlapping portions is omitted.

図1から図6を用いて、実施例1における風力発電装置について説明する。図1は、本発明を適用可能な風力発電装置全体の概略構成図である。   The wind power generator in Example 1 is demonstrated using FIGS. 1-6. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire wind power generator to which the present invention can be applied.

図1の風力発電装置1は、回転軸(図では省略)を有するハブ2と、ハブ2に取付けられた複数のブレード3とで構成される、回転可能なロータ4を備えている。ロータ4は、図示しない回転軸を介してナセル5により回転可能に支持されており、ロータ4の回転力をナセル5内の発電機6に伝達するようになっている。ブレード2が風を受けることでロータ4が回転し、ロータ4の回転力で発電機6を回転させて電力を発生させている。   The wind power generator 1 of FIG. 1 includes a rotatable rotor 4 including a hub 2 having a rotating shaft (not shown in the figure) and a plurality of blades 3 attached to the hub 2. The rotor 4 is rotatably supported by the nacelle 5 via a rotating shaft (not shown), and transmits the rotational force of the rotor 4 to the generator 6 in the nacelle 5. When the blade 2 receives wind, the rotor 4 rotates, and the generator 6 is rotated by the rotational force of the rotor 4 to generate electric power.

発電機6内には、発電機トルクQを調整可能な発電機トルク調整装置7を備えており、発電機トルクQを変更することで、ロータ4や発電機6の回転速度Wや風力発電装置1の発電電力Pを制御すること可能である。   The generator 6 includes a generator torque adjusting device 7 that can adjust the generator torque Q. By changing the generator torque Q, the rotational speed W of the rotor 4 and the generator 6 and the wind power generator It is possible to control one generated power P.

個々のブレード3は、風に対するブレード3の角度(ピッチ角)を調整可能なピッチ角調整装置8を備えており、このピッチ角を変更することによりブレード3の受ける風力(風量)を調整して、風に対するロータ4の回転エネルギーを変更するようになっている。これにより、広い風速領域において回転速度W及び発電電力Pを制御することが可能となっている。   Each blade 3 includes a pitch angle adjusting device 8 that can adjust the angle (pitch angle) of the blade 3 with respect to the wind. By changing the pitch angle, the wind force (air volume) received by the blade 3 is adjusted. The rotational energy of the rotor 4 with respect to the wind is changed. Thereby, it is possible to control the rotational speed W and the generated power P in a wide wind speed region.

風力発電装置1において、ナセル5はタワー9上に設置されており、タワー9に対して回転可能な機構(図では省略)を有している。タワー9は、ハブ2やナセル5を介してブレード3の荷重を支持するようになっており、地上または洋上等の所定位置に設置された基部(図では省略)に固定されている。   In the wind turbine generator 1, the nacelle 5 is installed on a tower 9 and has a mechanism (not shown) that can rotate with respect to the tower 9. The tower 9 supports the load of the blade 3 via the hub 2 and the nacelle 5 and is fixed to a base (not shown in the figure) installed at a predetermined position on the ground or offshore.

風力発電装置1はコントローラ10を備えており、回転速度Wに基づいてコントローラ10で発電機トルク調整装置7とピッチ角調整装置8を調整することで、風力発電装置1の発電電力Pや回転速度Wを調整する。回転速度Wは、ロータ4や発電機6に備えられた回転速度センサ(図では省略)で測定することができ、また、ロータ4に備えられたブレード3の回転位置(アジマス角)を検出するセンサ出力(図では省略)の角度値から算出することも可能である。   The wind power generator 1 includes a controller 10, and the controller 10 adjusts the generator torque adjusting device 7 and the pitch angle adjusting device 8 based on the rotational speed W, whereby the generated power P and the rotational speed of the wind power generator 1 are adjusted. Adjust W. The rotational speed W can be measured by a rotational speed sensor (not shown) provided in the rotor 4 and the generator 6, and the rotational position (azimuth angle) of the blade 3 provided in the rotor 4 is detected. It is also possible to calculate from the angle value of the sensor output (not shown in the figure).

なお、風力発電装置1は、風向や風速を計測する風向風速センサ(図では省略)や、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサ(図では省略)等も、適宜所定位置に備えている。   The wind power generator 1 also includes a wind direction and wind speed sensor (not shown in the figure) for measuring the wind direction and wind speed, a power sensor (not shown in the figure) for measuring active power output from the generator, and the like at appropriate positions. Yes.

図1では、コントローラ10はナセル5またはタワー9の外部に設置するように図示されているが、ナセル5またはタワー9の内部に配置してもよく、風力発電装置1の外部に設置することも可能である。   In FIG. 1, the controller 10 is illustrated to be installed outside the nacelle 5 or the tower 9, but may be arranged inside the nacelle 5 or the tower 9, or may be installed outside the wind power generator 1. Is possible.

図2に、風力発電装置1の発電動作概要を示す。図2は、風速Vに対する発電電力P、発電機の回転速度W、発電機トルクQおよびピッチ角Θの関係を示しており、この図を用いて風力発電装置1の発電動作概要を説明する。各グラフの横軸は風速Vを示し、右側に行くほど風速が速くなる。また、各グラフの縦軸は上方に行くほど発電電力P、回転速度W、発電機トルクQの各値が大きくなることを示している。ピッチ角Θに関しては、上方がフェザー(風を逃がす)側、下方がファイン(風を受ける)側となる。   FIG. 2 shows an outline of the power generation operation of the wind turbine generator 1. FIG. 2 shows the relationship between the generated power P with respect to the wind speed V, the rotational speed W of the generator, the generator torque Q, and the pitch angle Θ. The outline of the power generation operation of the wind turbine generator 1 will be described with reference to FIG. The horizontal axis of each graph indicates the wind speed V, and the wind speed increases toward the right side. In addition, the vertical axis of each graph indicates that the values of the generated power P, the rotational speed W, and the generator torque Q increase as they go upward. Regarding the pitch angle Θ, the upper side is the feather (wind escape) side, and the lower side is the fine (wind receiving) side.

発電は、ロータ4の回転を開始するカットイン風速Vinから回転を停止するカットアウト風速Voutの範囲で行われ、風速Vdまでは風速Vの増加に伴って発電電力値Pも増加するが、それ以上の風速では発電電力Pは一定となる。   Power generation is performed in the range from the cut-in wind speed Vin at which the rotor 4 starts to rotate to the cut-out wind speed Vout at which the rotation stops. Up to the wind speed Vd, the generated power value P increases as the wind speed V increases. At the above wind speed, the generated power P is constant.

コントローラ10では、カットイン風速Vinから風速Vaまでは回転速度Wが一定(Wlow)になるように発電機トルクQを制御し、回転速度Wが定格回転速度Wrat以下となる風速Vaから風速Vbまでの範囲では、風速Vに対する発電電力Pが最大になるように回転速度Wから発電機トルクQを算出して制御を行う。風速Vbを超えて回転速度Wが定格回転速度Wratに達したら、定格回転速度Wratを維持するように発電機トルクQ及びピッチ角Θを制御する。基本的には、発電電力Pを確保するために、発電機トルクQの制御を行う。発電機トルクQの制御では、風速Vbから風速Vdの範囲で、風速Vに応じて発電機トルクQを定格発電機トルクQratになるまで変化させ、風速Vdからカットアウト風速Voutまでの範囲では、定格発電機トルクQratを保持する。   The controller 10 controls the generator torque Q so that the rotational speed W is constant (Wlow) from the cut-in wind speed Vin to the wind speed Va, and from the wind speed Va to the wind speed Vb where the rotational speed W is equal to or less than the rated rotational speed Wrat. In this range, control is performed by calculating the generator torque Q from the rotational speed W so that the generated power P with respect to the wind speed V becomes maximum. When the rotational speed W reaches the rated rotational speed Wrat exceeding the wind speed Vb, the generator torque Q and the pitch angle Θ are controlled so as to maintain the rated rotational speed Wrat. Basically, in order to secure the generated power P, the generator torque Q is controlled. In the control of the generator torque Q, the generator torque Q is changed according to the wind speed V in the range from the wind speed Vb to the wind speed Vd until the rated generator torque Qrat is reached, and in the range from the wind speed Vd to the cutout wind speed Vout, Maintains the rated generator torque Qrat.

ピッチ角の制御では、風速Vcまではピッチ角Θをファイン側Θminに保持し、風速VcからカットアウトVoutの範囲で、風速Vに応じてピッチ角Θをファイン側Θminからフェザー側Θmaxまで変化させる。ただし、図2の例においては、風速Vcから風速Vdの範囲で発電機トルクQとピッチ角Θの制御をオーバラップさせているが、これはVc=Vdとしてオーバラップをなくし、発電機トルクQの制御とピッチ角Θの制御を独立に実行させるようにしてもよい。   In the control of the pitch angle, the pitch angle Θ is held at the fine side Θmin until the wind speed Vc, and the pitch angle Θ is changed from the fine side Θmin to the feather side Θmax according to the wind speed V in the range of the wind speed Vc to the cutout Vout. . However, in the example of FIG. 2, the control of the generator torque Q and the pitch angle Θ is overlapped in the range from the wind speed Vc to the wind speed Vd, but this eliminates the overlap by setting Vc = Vd, and the generator torque Q And control of the pitch angle Θ may be executed independently.

本発明は、図2に示すような風速Vb以上の一定回転速度Wratで発電運転を行っている際に、急激に風速が増大する等で回転速度Wが定格回転速度Wratを大幅に超える過回転状態が発生した際に、過回転状態を検出して、発電機トルク制御やピッチ角制御等の回転速度Vの制御の応答性を向上させて、過回転状態をすばやく抑制するものである。   In the present invention, when the power generation operation is performed at a constant rotational speed Wrat equal to or higher than the wind speed Vb as shown in FIG. 2, the rotational speed W greatly exceeds the rated rotational speed Wrat due to a sudden increase in the wind speed. When the state occurs, the overspeed state is detected, and the responsiveness of the control of the rotational speed V such as the generator torque control and the pitch angle control is improved, and the overspeed state is quickly suppressed.

図3は、本発明の実施例1における風力発電装置1の回転速度制御装置300の概要を示すブロック図である。実施例1の回転速度制御装置300は、減算手段301、発電機トルク制御手段302、ピッチ角制御手段303、制御ゲイン調整手段304、発電機トルク調整装置7およびピッチ角調整装置8から構成される。なお、減算手段301、発電機トルク制御手段302、ピッチ角制御手段303および制御ゲイン調整手段304は、コントローラ10内に設けられている。   FIG. 3 is a block diagram illustrating an outline of the rotation speed control device 300 of the wind turbine generator 1 according to the first embodiment of the present invention. The rotation speed control device 300 according to the first embodiment includes a subtraction unit 301, a generator torque control unit 302, a pitch angle control unit 303, a control gain adjustment unit 304, a generator torque adjustment device 7, and a pitch angle adjustment device 8. . The subtracting means 301, the generator torque control means 302, the pitch angle control means 303, and the control gain adjusting means 304 are provided in the controller 10.

減算手段301によって、目標回転速度Wdemと回転速度Wから回転速度偏差Wdifを算出し、発電機トルク制御手段302およびピッチ角制御手段303に入力する。発電機トルク制御手段302では、回転速度偏差Wdifから発電機トルク目標値Qdemを算出して発電機トルク調整装置7に入力し、発電機トルクQを制御する。また、ピッチ角制御手段303では、回転速度偏差Wdifからピッチ角目標値Θdemを算出してピッチ角調整装置8に入力し、ピッチ角Qを制御する。   The subtraction means 301 calculates the rotational speed deviation Wdif from the target rotational speed Wdem and the rotational speed W, and inputs it to the generator torque control means 302 and the pitch angle control means 303. The generator torque control means 302 calculates the generator torque target value Qdem from the rotational speed deviation Wdif and inputs it to the generator torque adjustment device 7 to control the generator torque Q. Further, the pitch angle control means 303 calculates the pitch angle target value Θdem from the rotational speed deviation Wdif and inputs it to the pitch angle adjusting device 8 to control the pitch angle Q.

さらに、制御ゲイン調整手段304では、回転速度Wの値に基づいて発電機トルク制御ゲインGctおよびピッチ角制御ゲインGcpを決定して出力し、発電機トルク制御手段302およびピッチ角制御手段303の応答性を変化させる。なお、目標回転速度Wdemは、一般的には定格回転速度Wratとなるが、状況等に応じて別の値を設定することも可能である。   Further, the control gain adjusting means 304 determines and outputs the generator torque control gain Gct and the pitch angle control gain Gcp based on the value of the rotational speed W, and the response of the generator torque control means 302 and the pitch angle control means 303. Change sex. The target rotational speed Wdem is generally the rated rotational speed Wrat, but can be set to another value depending on the situation or the like.

図4に、実施例1における回転速度Wと制御ゲインGcの関係の一例を示す。図4の横軸は回転速度W、縦軸は回転速度Wに基づいて制御ゲイン調整手段304が決定する制御ゲインGcを示す。回転速度Wが過回転速度閾値Wthr以下では制御ゲインGcは一定(Gnrm)であるが、過回転速度閾値Wthrを超えると制御ゲインGcは一定の比率で増加するようになっている。なお、回転速度Wが増大してシャットダウン回転速度Wsdnを超えると、装置保護のために発電を停止してシャットダウン動作に移行するため、制御ゲインの増加はその時点で停止させ、シャットダウン動作に合せた制御ゲインGcに設定する。   FIG. 4 shows an example of the relationship between the rotational speed W and the control gain Gc in the first embodiment. In FIG. 4, the horizontal axis represents the rotational speed W, and the vertical axis represents the control gain Gc determined by the control gain adjusting unit 304 based on the rotational speed W. The control gain Gc is constant (Gnrm) when the rotational speed W is equal to or less than the overspeed threshold Wthr. However, when the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr, the control gain Gc increases at a constant ratio. When the rotational speed W increases and exceeds the shutdown rotational speed Wsdn, the power generation is stopped and the operation is shifted to the shutdown operation to protect the device. Therefore, the increase of the control gain is stopped at that time, and is adjusted to the shutdown operation. Set to control gain Gc.

制御ゲインGcとしては、制御系のループゲインの他に、制御系の個々の構成要素のゲイン、例えばPI(比例−積分)制御であれば比例ゲインや積分ゲインを対象として、回転速度制御の応答性が向上する値に変更するようにしてもよい。   As the control gain Gc, in addition to the loop gain of the control system, the response of the rotational speed control for the gain of each component of the control system, for example, the proportional gain or the integral gain in the case of PI (proportional-integral) control. You may make it change to the value which improves property.

通常の回転制御状態では、回転制御が不安定になって振動的になり、疲労荷重等が増大することを避けるため、安定性を重視して制御ゲインを決定している。そのため、過回転状態になったときの応答が遅くなり、場合によっては回転速度Wがシャットダウン回転速度Wsdnを超えてシャットダウン動作に移行し、発電が停止してしまう。   In a normal rotation control state, in order to avoid the rotation control becoming unstable and becoming vibration and increasing the fatigue load and the like, the control gain is determined with emphasis on stability. Therefore, the response when the engine is in the overspeed state is delayed, and in some cases, the rotational speed W exceeds the shutdown rotational speed Wsdn, and the shutdown operation is performed to stop power generation.

そこで、本実施例では、図4に示すように過回転速度閾値Wthrで過回転状態を検出し、回転速度Wが過回転速度閾値Wthr超えた場合には、回転速度Wに基づいて制御ゲインGcを増加させることで、回転速度制御の応答性を向上させて、過回転状態の抑制を図ることができる。なお、通常の回転制御状態への干渉を避けるために、過回転速度閾値Wthrは定格回転速度Wrat以上の値に設定する。図4では、通常の回転制御状態での回転速度変動範囲を避けるように、過回転速度閾値Wthrを定格回転速度Wratより若干大きな値に設定している。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, when the overspeed state is detected with the overspeed threshold Wthr, and the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr, the control gain Gc is based on the rotational speed W. By increasing the value, it is possible to improve the responsiveness of the rotational speed control and suppress the over-rotation state. In order to avoid interference with the normal rotation control state, the overspeed threshold Wthr is set to a value equal to or higher than the rated speed Wrat. In FIG. 4, the overspeed threshold Wthr is set to a value slightly larger than the rated speed Wrat so as to avoid the rotational speed fluctuation range in the normal rotation control state.

図5は、実施例1における回転速度Wと制御ゲインGcの関係の他の例を示したものである。図4と同様に、横軸は回転速度W、縦軸は回転速度Wに基づいて制御ゲイン調整手段304が決定する制御ゲインGcを示す。図5では、過回転速度閾値Wthrと定格回転速度Wratを一致させているが、過回転速度閾値Wthrの近傍では制御ゲインGcの増加率を抑えるような増加曲線とすることで、通常の回転制御状態への干渉を低減させ、かつ過回転状態の制御へスムーズに移行させている。   FIG. 5 shows another example of the relationship between the rotational speed W and the control gain Gc in the first embodiment. As in FIG. 4, the horizontal axis represents the rotational speed W, and the vertical axis represents the control gain Gc determined by the control gain adjusting unit 304 based on the rotational speed W. In FIG. 5, the overspeed threshold Wthr and the rated speed Wrat are made to coincide with each other. However, in the vicinity of the overspeed threshold Wthr, an increase curve that suppresses the increase rate of the control gain Gc is used, so that normal rotation control is performed. The interference with the state is reduced, and the control is smoothly shifted to the over-rotation state control.

なお、図3では、発電機トルク制御ゲインGctとピッチ角制御ゲインGcpを分けているが、これは同じ値を使用するようにしてもよいし、個々の要素ごとに異なった回転速度Wと制御ゲインGcの関係を使用して決定するようにすることもできる。   In FIG. 3, the generator torque control gain Gct and the pitch angle control gain Gcp are separated, but the same value may be used, or the rotational speed W and control differed for each individual element. It can also be determined using the relationship of the gain Gc.

また、回転速度Wと制御ゲインGcの関係は上記の例に限定されるものではなく、例えば、制御ゲインGcがステップ状や階段状に変化するものでもよい。つまり、回転速度制御装置300は、ロータ4または発電機6などの機器の回転速度Wが定格回転速度以上の所定値(Wthr)を超えた場合、回転速度Wの増減に対応して制御ゲイン(発電機トルク制御ゲインGct,ピッチ角制御ゲインGcp)などの回転速度制御係数を変化させることで、回転速度制御の応答性を向上させる。   Further, the relationship between the rotational speed W and the control gain Gc is not limited to the above example, and for example, the control gain Gc may change stepwise or stepwise. That is, when the rotational speed W of a device such as the rotor 4 or the generator 6 exceeds a predetermined value (Wthr) that is equal to or higher than the rated rotational speed, the rotational speed control device 300 corresponds to the increase or decrease of the rotational speed W ( Responsiveness of rotational speed control is improved by changing rotational speed control coefficients such as generator torque control gain Gct and pitch angle control gain Gcp).

図10のフローチャートを用いて、上記で説明した本実施例の風力発電装置の制御方法を順に説明する。   The control method of the wind power generator of the present embodiment described above will be described in order using the flowchart of FIG.

先ず、風力発電装置1のロータ4または発電機6の回転数(回転速度W)のデータを取得する。風力発電装置1のロータ4や発電機6に回転数計測装置や回転速度計測装置が設置されている場合は、それらの計測装置からデータを取得する。また、風力発電装置1の電力出力値などから演算によりデータを取得することも可能である。(ステップS1)
続いて、ステップS1で取得したデータ(回転速度W)と、風力発電装置の過去の稼働データベースなどに基づき予め設定した過回転速度閾値(Wthr)を比較判定する。(ステップS2)
回転速度Wが過回転速度閾値(Wthr)以下の場合、すなわちW≦Wthrの場合、風力発電装置1は定常時の運転制御を継続する。一方、回転速度Wが過回転速度閾値(Wthr)を越えた場合、すなわちW>Wthrの場合、ステップS3およびステップS4へ移行する。
First, data on the rotational speed (rotational speed W) of the rotor 4 or the generator 6 of the wind power generator 1 is acquired. When a rotational speed measuring device or a rotational speed measuring device is installed in the rotor 4 or the generator 6 of the wind power generator 1, data is acquired from these measuring devices. It is also possible to obtain data by calculation from the power output value of the wind turbine generator 1 or the like. (Step S1)
Subsequently, the data (rotation speed W) acquired in step S1 is compared with a preset over-rotation speed threshold (Wthr) based on a past operation database of the wind turbine generator. (Step S2)
When the rotational speed W is equal to or lower than the overspeed threshold (Wthr), that is, when W ≦ Wthr, the wind turbine generator 1 continues the operation control at the steady state. On the other hand, when the rotational speed W exceeds the overspeed threshold (Wthr), that is, when W> Wthr, the process proceeds to step S3 and step S4.

ステップS3では、回転速度Wおよび目標回転速度(Wdem)から回転速度偏差(Wdif)を算出する。(ステップS3)また、ステップS4では、回転速度Wから制御ゲイン(回転速度制御係数)を算出する。(ステップS4)
次に、ステップS3で算出した回転速度偏差(Wdif)およびステップS4で算出した制御ゲイン(回転速度制御係数)から、発電機トルク目標値(Qdem)およびピッチ角目標値(Θdem)を算出する。(ステップS5)
続いて、発電機トルク目標値(Qdem)およびピッチ角目標値(Θdem)に基づき、発電機6の発電機トルク、ブレード3のピッチ角を調整する。(ステップS6)これにより、ロータ4や発電機6の回転数(回転速度W)を制御する。
In step S3, a rotational speed deviation (Wdif) is calculated from the rotational speed W and the target rotational speed (Wdem). (Step S3) In step S4, a control gain (rotational speed control coefficient) is calculated from the rotational speed W. (Step S4)
Next, a generator torque target value (Qdem) and a pitch angle target value (Θdem) are calculated from the rotational speed deviation (Wdif) calculated in step S3 and the control gain (rotational speed control coefficient) calculated in step S4. (Step S5)
Subsequently, the generator torque of the generator 6 and the pitch angle of the blade 3 are adjusted based on the generator torque target value (Qdem) and the pitch angle target value (Θdem). (Step S6) Thereby, the rotation speed (rotation speed W) of the rotor 4 and the generator 6 is controlled.

図6は、実施例1における発明の効果を示す概要図である。図6の横軸は時刻Tを示し、縦軸は図上方より風速V、回転速度W、および制御ゲインGcを示す。また、図6の回転速度Wおよび制御ゲインGcに示す破線は、本発明を適用しない場合の結果であり、実線が本発明を適用した場合の結果を示している。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the effect of the invention in the first embodiment. The horizontal axis of FIG. 6 indicates time T, and the vertical axis indicates the wind speed V, the rotational speed W, and the control gain Gc from the top of the figure. Moreover, the broken line shown in the rotational speed W and the control gain Gc in FIG. 6 is the result when the present invention is not applied, and the solid line indicates the result when the present invention is applied.

図6は、時刻T1からT4の間に風速Vが一時的に増大する例であり、風速Vの増大に伴って時刻T2において回転速度Wが過回転速度閾値Wthrを超える。本発明を適用しない場合には、回転速度制御の応答性が遅いため、回転速度Wは風速Vの増大に伴って増加し、シャットダウン回転速度Wsdnを超えてしまい、その時点でシャットダウン動作に移行して発電は停止する。   FIG. 6 shows an example in which the wind speed V temporarily increases between times T1 and T4. As the wind speed V increases, the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr at time T2. When the present invention is not applied, since the responsiveness of the rotational speed control is slow, the rotational speed W increases as the wind speed V increases and exceeds the shutdown rotational speed Wsdn. Power generation stops.

それに対して、本発明を適用した場合には、回転速度Wが過回転速度閾値Wthrを超えている時刻T2からT3の期間に制御ゲインGcが回転速度Wに伴って増加し、回転速度制御の応答性の向上によって過回転状態を抑制するため、シャットダウン動作に移行せずに発電を継続することができる。   On the other hand, when the present invention is applied, the control gain Gc increases with the rotational speed W during the period from the time T2 to the time T3 when the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr. Since the overspeed state is suppressed by improving the responsiveness, the power generation can be continued without shifting to the shutdown operation.

図7から図9を用いて、実施例2における風力発電装置について説明する。なお、実施例1と重複する点については詳細な説明を省略する。   The wind power generator in Example 2 is demonstrated using FIGS. 7-9. Detailed description of the same points as those in the first embodiment will be omitted.

図7は、本発明の実施例2における風力発電装置1の回転速度制御装置700の概要を示すブロック図である。実施例2の回転速度制御装置700は、減算手段701、発電機トルク制御手段702、ピッチ角制御手段703、目標回転速度調整手段704、発電機トルク調整装置7およびピッチ角調整装置8から構成される。なお、減算手段701、発電機トルク制御手段702、ピッチ角制御手段703および目標回転速度調整手段704は、コントローラ10内に設けられている。   FIG. 7 is a block diagram showing an outline of the rotation speed control device 700 of the wind turbine generator 1 according to Embodiment 2 of the present invention. The rotation speed control device 700 according to the second embodiment includes a subtraction unit 701, a generator torque control unit 702, a pitch angle control unit 703, a target rotation speed adjustment unit 704, a generator torque adjustment device 7, and a pitch angle adjustment device 8. The The subtracting means 701, the generator torque control means 702, the pitch angle control means 703, and the target rotational speed adjustment means 704 are provided in the controller 10.

減算手段701によって、目標回転速度調整値Wdem’と回転速度Wから回転速度偏差Wdifを算出し、発電機トルク制御手段702およびピッチ角制御手段703に入力する。発電機トルク制御手段702では、回転速度偏差Wdifから発電機トルク目標値Qdemを算出して発電機トルク調整装置7に入力し、発電機トルクQを制御する。また、ピッチ角制御手段703では、回転速度偏差Wdifからピッチ角目標値Θdemを算出してピッチ角調整装置8に入力し、ピッチ角Qを制御する。さらに、目標回転速度調整手段704では、回転速度Wと目標回転速度Wdemから目標回転速度調整値Wdem’を決定して出力する。   The subtracting means 701 calculates a rotational speed deviation Wdif from the target rotational speed adjustment value Wdem ′ and the rotational speed W, and inputs it to the generator torque control means 702 and the pitch angle control means 703. The generator torque control means 702 calculates the generator torque target value Qdem from the rotational speed deviation Wdif and inputs it to the generator torque adjustment device 7 to control the generator torque Q. Further, the pitch angle control means 703 calculates the pitch angle target value Θdem from the rotational speed deviation Wdif and inputs it to the pitch angle adjusting device 8 to control the pitch angle Q. Further, the target rotational speed adjusting means 704 determines and outputs a target rotational speed adjustment value Wdem ′ from the rotational speed W and the target rotational speed Wdem.

図8に、実施例2における回転速度Wと目標回転速度調整値Wdem’の関係の一例を示す。図8の横軸は回転速度W、縦軸は回転速度Wに基づいて目標回転速度調整手段704が決定する目標回転速度調整値Wdem’を示す。回転速度Wが過回転速度閾値Wthr以下では目標回転速度調整値Wdem’は目標回転速度Wdemと一致して一定であるが、過回転速度閾値Wthrを超えると目標回転速度調整値Wdem’は一定の比率で減少するようになっている。   FIG. 8 shows an example of the relationship between the rotational speed W and the target rotational speed adjustment value Wdem ′ in the second embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis represents the rotational speed W, and the vertical axis represents the target rotational speed adjustment value Wdem ′ determined by the target rotational speed adjusting means 704 based on the rotational speed W. When the rotational speed W is equal to or lower than the overspeed threshold Wthr, the target rotational speed adjustment value Wdem ′ is constant in accordance with the target rotational speed Wdem, but when the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr, the target rotational speed adjustment value Wdem ′ is constant. The ratio is decreasing.

過回転速度閾値Wthrで過回転状態を検出し、回転速度Wが過回転速度閾値Wthr超えた場合には、回転速度Wに基づいて目標回転速度調整値Wdem’を本来の目標回転速度Wdemより下げることで、回転速度偏差Wdifを増加させる。その結果、回転速度Wに対して、発電機トルク制御手段702およびピッチ角制御手段703の入力が増大するため、回転速度制御の応答性を向上させることができ、過回転状態の抑制を図ることが可能となる。   When the overspeed state is detected with the overspeed threshold Wthr, and the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr, the target rotational speed adjustment value Wdem ′ is lowered from the original target rotational speed Wdem based on the rotational speed W. Thus, the rotational speed deviation Wdif is increased. As a result, since the inputs of the generator torque control means 702 and the pitch angle control means 703 increase with respect to the rotational speed W, the responsiveness of the rotational speed control can be improved, and the overspeed state can be suppressed. Is possible.

なお、回転速度Wと目標回転速度調整値Wdem’の関係は図8の例に限定されるものではなく、例えば目標回転速度調整値Wdem’が曲線状やステップ状、階段状に変化するものでもよい。   The relationship between the rotational speed W and the target rotational speed adjustment value Wdem ′ is not limited to the example of FIG. 8. For example, even if the target rotational speed adjustment value Wdem ′ changes in a curve, step, or step shape. Good.

図11のフローチャートを用いて、上記で説明した本実施例の風力発電装置の制御方法を順に説明する。   The control method of the wind power generator of the present embodiment described above will be described in order using the flowchart of FIG.

先ず、風力発電装置1のロータ4または発電機6の回転数(回転速度W)のデータを取得する。(ステップS1)
続いて、ステップS1で取得したデータ(回転速度W)と、風力発電装置の過去の稼働データベースなどに基づき予め設定した過回転速度閾値(Wthr)を比較判定する。(ステップS2)ステップS1およびステップS2は、実施例1の図10と同様である。
First, data on the rotational speed (rotational speed W) of the rotor 4 or the generator 6 of the wind power generator 1 is acquired. (Step S1)
Subsequently, the data (rotation speed W) acquired in step S1 is compared with a preset over-rotation speed threshold (Wthr) based on a past operation database of the wind turbine generator. (Step S2) Steps S1 and S2 are the same as those in FIG.

回転速度Wが過回転速度閾値(Wthr)以下の場合、すなわちW≦Wthrの場合、風力発電装置1は定常時の運転制御を継続する。一方、回転速度Wが過回転速度閾値(Wthr)を越えた場合、すなわちW>Wthrの場合、ステップS3’へ移行する。   When the rotational speed W is equal to or lower than the overspeed threshold (Wthr), that is, when W ≦ Wthr, the wind turbine generator 1 continues the operation control at the steady state. On the other hand, when the rotational speed W exceeds the overspeed threshold (Wthr), that is, when W> Wthr, the process proceeds to step S3 '.

ステップS3’では、回転速度Wおよび目標回転速度(Wdem)から目標回転速度調整値(Wdem’)を算出する。(ステップS3’)
次に、回転速度WおよびステップS3’で算出した目標回転速度調整値(Wdem’)から回転速度偏差(Wdif)を算出する。(ステップS4’)
続いて、ステップS4’で算出した回転速度偏差(Wdif)から、発電機トルク目標値(Qdem)およびピッチ角目標値(Θdem)を算出する。(ステップS5’)
続いて、発電機トルク目標値(Qdem)およびピッチ角目標値(Θdem)に基づき、発電機6の発電機トルク、ブレード3のピッチ角を調整する。(ステップS6)これにより、ロータ4や発電機6の回転数(回転速度W)を制御する。
In step S3 ′, a target rotational speed adjustment value (Wdem ′) is calculated from the rotational speed W and the target rotational speed (Wdem). (Step S3 ′)
Next, a rotational speed deviation (Wdif) is calculated from the rotational speed W and the target rotational speed adjustment value (Wdem ′) calculated in step S3 ′. (Step S4 ′)
Subsequently, the generator torque target value (Qdem) and the pitch angle target value (Θdem) are calculated from the rotational speed deviation (Wdif) calculated in step S4 ′. (Step S5 ′)
Subsequently, the generator torque of the generator 6 and the pitch angle of the blade 3 are adjusted based on the generator torque target value (Qdem) and the pitch angle target value (Θdem). (Step S6) Thereby, the rotation speed (rotation speed W) of the rotor 4 and the generator 6 is controlled.

図9は、実施例2における発明の効果を示す概要図である。図9の横軸は時刻Tを示し、縦軸は図上方より風速V、回転速度W、および目標回転速度調整値Wdem’を示す。また、図9の回転速度Wおよび目標回転速度調整値Wdem’に示す破線は、本発明を適用しない場合の結果であり、実線が本発明を適用した場合の結果を示している。   FIG. 9 is a schematic diagram showing the effect of the invention in the second embodiment. The horizontal axis in FIG. 9 indicates time T, and the vertical axis indicates the wind speed V, the rotational speed W, and the target rotational speed adjustment value Wdem ′ from the top of the figure. Further, the broken lines shown in the rotational speed W and the target rotational speed adjustment value Wdem 'in FIG. 9 are the results when the present invention is not applied, and the solid lines indicate the results when the present invention is applied.

図9は、時刻T1からT4の間に風速Vが一時的に増大する例であり、風速Vの増大に伴って時刻T2において回転速度Wが過回転速度閾値Wthrを超える。本発明を適用しない場合には、回転速度制御の応答性が遅いため、回転速度Wは風速Vの増大に伴って増加し、シャットダウン回転速度Wsdnを超えてしまい、その時点でシャットダウン動作に移行して発電は停止する。   FIG. 9 shows an example in which the wind speed V temporarily increases between times T1 and T4. As the wind speed V increases, the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr at time T2. When the present invention is not applied, since the responsiveness of the rotational speed control is slow, the rotational speed W increases as the wind speed V increases and exceeds the shutdown rotational speed Wsdn. Power generation stops.

それに対して、本発明を適用した場合には、回転速度Wが過回転速度閾値Wthrを超えている時刻T2からT3の期間に目標回転速度調整値Wdem’が回転速度Wに伴って目標回転速度Wdemより減少しており、その分回転速度偏差Wdifが本来の値より増大して回転速度制御の応答性が向上するため、過回転状態を抑制して、シャットダウン動作に移行せずに発電を継続することができる。   On the other hand, when the present invention is applied, the target rotational speed adjustment value Wdem ′ becomes the target rotational speed along with the rotational speed W during the period from time T2 to T3 when the rotational speed W exceeds the overspeed threshold Wthr. Since the rotational speed deviation Wdif increases from the original value and the responsiveness of the rotational speed control is improved, the overspeed state is suppressed and power generation continues without shifting to the shutdown operation. can do.

なお、上記の各実施例では、風力発電装置の例を用いて本発明を詳細に説明したが、例えば、海流のエネルギーを利用して発電する海流発電装置や潮流のエネルギーを利用して発電する潮流発電装置に本発明の制御方法を適用することも可能である。海流や潮流の急激な上昇が生じた場合でも安定した電力供給が可能となる。   In each of the above-described embodiments, the present invention has been described in detail using an example of a wind power generator. For example, a current generator that generates power using ocean current energy or power that uses tidal energy generates power. It is also possible to apply the control method of the present invention to a tidal current power generator. Stable power supply is possible even when there is a sudden rise in ocean currents and tidal currents.

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1…風力発電装置、2…ハブ、3…ブレード、4…ロータ、5…ナセル、6…発電機、7…発電機トルク調整装置、8…ピッチ角調整装置、9…タワー、10…コントローラ、300,700…回転速度制御装置、301,701…減算手段、302,702…発電機トルク制御手段、303,703…ピッチ角制御手段、304…制御ゲイン調整手段、704…目標回転速度調整手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wind power generator, 2 ... Hub, 3 ... Blade, 4 ... Rotor, 5 ... Nacelle, 6 ... Generator, 7 ... Generator torque adjusting device, 8 ... Pitch angle adjusting device, 9 ... Tower, 10 ... Controller, 300, 700 ... rotational speed control device, 301, 701 ... subtracting means, 302, 702 ... generator torque control means, 303, 703 ... pitch angle control means, 304 ... control gain adjusting means, 704 ... target rotational speed adjusting means.

Claims (15)

風を受けて回転するロータを備え、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置であって、
前記ロータまたは前記ロータの回転に伴い回転する機器の回転速度を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ロータまたは前記機器の回転速度が定格回転速度以上の所定値を超えた場合、当該制御装置の応答特性を向上させる様に、前記制御装置の回転速度制御係数を変化させることを特徴とする風力発電装置。
A wind power generator comprising a rotor that rotates by receiving wind, and that generates electric power using the rotational energy of the rotor,
A control device for controlling the rotational speed of the rotor or a device that rotates with the rotation of the rotor;
The control device changes a rotation speed control coefficient of the control device so as to improve a response characteristic of the control device when a rotation speed of the rotor or the device exceeds a predetermined value equal to or higher than a rated rotation speed. Wind power generator characterized by.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記制御装置は、前記ロータまたは前記機器の回転速度が前記所定値未満では前記回転速度制御係数を一定に保持することを特徴とする風力発電装置。
The wind turbine generator according to claim 1,
The said control apparatus is a wind power generator characterized by hold | maintaining the said rotational speed control coefficient uniformly, when the rotational speed of the said rotor or the said apparatus is less than the said predetermined value.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記制御装置は、前記ロータまたは前記機器の回転速度が定格回転速度以上の所定値を超えた場合、前記回転速度の増減に対応して前記回転速度制御係数を変化させることを特徴とする風力発電装置。
The wind turbine generator according to claim 1,
The control device, when the rotational speed of the rotor or the device exceeds a predetermined value equal to or higher than a rated rotational speed, changes the rotational speed control coefficient corresponding to the increase / decrease of the rotational speed, apparatus.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記制御装置は、前記ロータを構成するブレードのピッチ角を調整するピッチ角調整装置と、発電機の発電機トルクを調整する発電機トルク調整装置と、を備え、
前記ピッチ角調整装置および前記発電機トルク調整装置のうち、少なくともいずれか一方を調整することにより前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする風力発電装置。
The wind turbine generator according to claim 1,
The control device includes a pitch angle adjusting device for adjusting a pitch angle of blades constituting the rotor, and a generator torque adjusting device for adjusting a generator torque of the generator,
The wind power generator characterized by controlling the rotational speed of the said rotor or the said apparatus by adjusting at least any one among the said pitch angle adjusting device and the said generator torque adjusting device.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記回転速度制御係数は制御ゲインであり、前記制御ゲインを変化させることにより、前記制御装置の応答特性を向上させることを特徴とする風力発電装置。
The wind turbine generator according to claim 1,
The rotational speed control coefficient is a control gain, and the response characteristic of the control device is improved by changing the control gain.
請求項1に記載の風力発電装置であって、
前記回転速度制御係数は前記ロータまたは前記機器の目標回転速度であり、前記目標回転速度を変化させることにより、前記制御装置の応答特性を向上させることを特徴とする風力発電装置。
The wind turbine generator according to claim 1,
The rotational speed control coefficient is a target rotational speed of the rotor or the device, and the response characteristic of the control device is improved by changing the target rotational speed.
請求項1項に記載の風力発電装置であって、
前記ロータまたは前記機器の回転速度は、計測装置により計測した回転速度または演算により算出した回転速度のいずれかであることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generator according to claim 1,
The rotational speed of the rotor or the device is either a rotational speed measured by a measuring device or a rotational speed calculated by calculation.
風を受けて回転するロータを備え、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置の制御方法であって、
前記ロータまたは前記ロータの回転に伴い回転する機器の回転速度および目標回転速度から回転速度偏差を算出し、
前記ロータまたは前記機器の回転速度から回転速度制御係数を算出し、
前記回転速度偏差および前記回転速度制御係数に基づき、前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする風力発電装置の制御方法。
A method for controlling a wind turbine generator that includes a rotor that rotates by receiving wind and that generates electric power using rotational energy of the rotor,
Calculate the rotational speed deviation from the rotational speed and target rotational speed of the rotor or the device that rotates with the rotation of the rotor,
Calculate a rotational speed control coefficient from the rotational speed of the rotor or the device,
A method for controlling a wind turbine generator, comprising: controlling a rotational speed of the rotor or the device based on the rotational speed deviation and the rotational speed control coefficient.
請求項8に記載の風力発電装置の制御方法であって、
前記ロータまたは前記機器の回転速度が定格回転速度以上の所定値を超えた場合、
前記制御方法により制御を行う風力発電装置の制御方法。
A method for controlling a wind turbine generator according to claim 8,
When the rotational speed of the rotor or the device exceeds a predetermined value equal to or higher than the rated rotational speed,
A control method for a wind turbine generator that performs control according to the control method.
風を受けて回転するロータを備え、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する風力発電装置の制御方法であって、
前記ロータまたは前記ロータの回転に伴い回転する機器の回転速度および目標回転速度から目標回転速度調整値を算出し、
前記ロータまたは前記機器の回転速度および前記目標回転速度調整値から回転速度偏差を算出し、
前記回転速度偏差に基づき、前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする風力発電装置の制御方法。
A method for controlling a wind turbine generator that includes a rotor that rotates by receiving wind and that generates electric power using rotational energy of the rotor,
A target rotational speed adjustment value is calculated from the rotational speed and target rotational speed of the rotor or the device that rotates with the rotation of the rotor,
Calculate a rotational speed deviation from the rotational speed of the rotor or the device and the target rotational speed adjustment value,
A method for controlling a wind turbine generator, comprising: controlling a rotational speed of the rotor or the device based on the rotational speed deviation.
請求項10に記載の風力発電装置の制御方法であって、
前記ロータまたは前記機器の回転速度が定格回転速度以上の所定値を超えた場合、
前記制御方法により制御を行う風力発電装置の制御方法。
A method for controlling a wind turbine generator according to claim 10,
When the rotational speed of the rotor or the device exceeds a predetermined value equal to or higher than the rated rotational speed,
A control method for a wind turbine generator that performs control according to the control method.
請求項8から11のいずれか1項に記載の風力発電装置の制御方法であって、
前記ロータを構成するブレードのピッチ角および発電機の発電機トルクのうち、少なくともいずれか一方を調整することにより前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする風力発電装置の制御方法。
It is a control method of the wind power generator according to any one of claims 8 to 11,
A method for controlling a wind turbine generator, wherein the rotational speed of the rotor or the device is controlled by adjusting at least one of a pitch angle of a blade constituting the rotor and a generator torque of a generator. .
請求項8または9に記載の風力発電装置の制御方法であって、
前記回転速度制御係数は制御ゲインであり、前記制御ゲインに基づき、前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする風力発電装置の制御方法。
A method for controlling a wind turbine generator according to claim 8 or 9,
The rotational speed control coefficient is a control gain, and the rotational speed of the rotor or the device is controlled based on the control gain.
請求項8または9に記載の風力発電装置の制御方法であって、
前記回転速度制御係数は前記ロータの目標回転速度であり、前記目標回転速度に基づき、前記ロータまたは前記機器の回転速度を制御することを特徴とする風力発電装置の制御方法。
A method for controlling a wind turbine generator according to claim 8 or 9,
The rotational speed control coefficient is a target rotational speed of the rotor, and the rotational speed of the rotor or the device is controlled based on the target rotational speed.
請求項8から11のいずれか1項に記載の風力発電装置の制御方法であって、
前記ロータまたは前記機器の回転速度は、計測装置により計測した回転速度または演算により算出した回転速度のいずれかであることを特徴とする風力発電装置の制御方法。
It is a control method of the wind power generator according to any one of claims 8 to 11,
The rotational speed of the rotor or the device is either a rotational speed measured by a measuring device or a rotational speed calculated by calculation.
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