JP2017163660A - Wind power generation system - Google Patents

Wind power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP2017163660A
JP2017163660A JP2016044495A JP2016044495A JP2017163660A JP 2017163660 A JP2017163660 A JP 2017163660A JP 2016044495 A JP2016044495 A JP 2016044495A JP 2016044495 A JP2016044495 A JP 2016044495A JP 2017163660 A JP2017163660 A JP 2017163660A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
generator
windmill
voltage
rotation speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016044495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
水谷　政敏
Masatoshi Mizutani
政敏 水谷
康之 藤田
Yasuyuki Fujita
康之 藤田
山田　裕之
Hiroyuki Yamada
裕之 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Priority to JP2016044495A priority Critical patent/JP2017163660A/en
Publication of JP2017163660A publication Critical patent/JP2017163660A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generation system comprising a disconnection detection function.SOLUTION: A wind power generation system comprises a wind turbine 1, a three-phase AC generator 3, a power conversion device 7, three-phase power lines 4-6, and a control device 15. A rotation speed detector 12 detects a rotation speed of the wind turbine 1. A voltage detector 10 detects an inter-line voltage of a three-phase AC voltage outputted from the three-phase AC generator 3. In the control device 15, a disconnection detection section 20 calculates a rotation speed of the three-phase AC generator 3 based on the inter-line voltage detected by the voltage detector 10. The disconnection detection section 20 discriminates consistency between the calculated rotation speed of the three-phase AC generator 3 and the rotation speed of the wind turbine 1 detected by the rotation speed detector 12, thereby detecting a disconnection in an armature coil of the three-phase AC generator 3 or in the three-phase power lines 4-6.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、風力発電システムに関し、特に、風車と交流発電機とを備えた風力発電システムに関する。   The present invention relates to a wind power generation system, and more particularly to a wind power generation system including a windmill and an AC generator.

風力発電システムには、風力によって回転駆動される風車と、風車によって回転駆動され、交流電力を発生する交流発電機と、交流発電機から出力される交流電力を、負荷または電力系統に供給する電力に変換する電力変換装置とを備えたものがある。このような風力発電システムでは、風車におけるブレードのピッチ角制御、および電力変換装置を用いた発電機の励磁調整によるトルク制御などを実行することにより、風車の回転速度を制御している。   The wind power generation system includes a windmill that is rotated by wind power, an AC generator that is rotated by the windmill and generates AC power, and power that supplies AC power output from the AC generator to a load or power system. There is a thing provided with the power converter device which converts into. In such a wind power generation system, the rotational speed of the windmill is controlled by executing the pitch angle control of the blades in the windmill and the torque control by the excitation adjustment of the generator using the power converter.

上記の風力発電システムにおいて、交流発電機の回転速度が過回転になると、交流発電機が破損する虞がある。そのため、たとえば強風時に、電気式ブレーキを動作させて交流発電機の出力端子間を短絡することにより、風車に制動をかけ、風車の回転速度を低下させて過回転を防止する技術が採用されている（たとえば、特開２０００−１９９４７３号公報（特許文献１）および特開２００２−３３９８５６号公報（特許文献２）参照）。   In the wind power generation system described above, if the rotational speed of the AC generator is excessively rotated, the AC generator may be damaged. For this reason, for example, in strong winds, a technique is adopted in which an electric brake is operated to short-circuit between the output terminals of the AC generator, thereby braking the windmill and reducing the rotational speed of the windmill to prevent over-rotation. (For example, refer to JP 2000-199473 A (Patent Document 1) and JP 2002-339856 A (Patent Document 2)).

特開２０００−１９９４７３号公報JP 2000-199473 A 特開２００２−３３９８５６号公報JP 2002-339856 A

しかしながら、上記の風力発電システムでは、交流発電機の電機子巻線、もしくは発電機と電力変換装置とを結ぶ電力線に断線が生じると、風車の回転速度の制御ができなくなる。また、交流発電機の出力端子間を短絡させることができないため、風車に制動がかからなくなる。この結果、風車が過回転になり、風車の破損を招く可能性がある。このような風車の過回転を防止するためには、交流発電機または電力線で生じた断線を検出する機能を備える必要がある。   However, in the wind power generation system described above, if a break occurs in the armature winding of the AC generator or the power line connecting the generator and the power converter, the rotation speed of the wind turbine cannot be controlled. Moreover, since the output terminals of the AC generator cannot be short-circuited, the wind turbine is not braked. As a result, the windmill may over-rotate, which may cause damage to the windmill. In order to prevent such over-rotation of the windmill, it is necessary to have a function of detecting disconnection caused by the AC generator or the power line.

それゆえに、この発明の主たる目的は、断線検出機能を備えた風力発電システムを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a wind power generation system having a disconnection detection function.

この発明に係る風力発電システムは、風のエネルギーを回転エネルギーに変換する風車と、風車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された交流発電機と、交流発電機が発電した交流電力を、負荷または電力系統への供給電力に変換するように構成された電力変換装置と、交流発電機の電機子巻線と電力変換装置とを結ぶ電力線と、風車の回転速度を検出する回転速度検出器と、交流発電機から電力線に出力される交流電圧を検出する電圧検出器と、回転速度検出器により検出された風車の回転速度および電圧検出器により検出された交流電圧に基づいて、電機子巻線または電力線の断線を検出するように構成された断線検出部とを備える。   A wind power generation system according to the present invention includes a windmill that converts wind energy into rotational energy, an AC generator configured to convert the rotational energy of the windmill into electrical energy, and AC power generated by the AC generator. , A power converter configured to convert the load or power supplied to the power system, a power line connecting the armature winding of the AC generator and the power converter, and a rotational speed detection for detecting the rotational speed of the windmill A voltage detector for detecting the AC voltage output from the AC generator to the power line, the rotational speed of the windmill detected by the rotational speed detector and the AC voltage detected by the voltage detector. A disconnection detector configured to detect disconnection of the winding or the power line.

この発明に係る風力発電システムによれば、断線検出機能を備えた風力発電システムを提供することができる。   According to the wind power generation system according to the present invention, it is possible to provide a wind power generation system having a disconnection detection function.

この発明の実施の形態１に係る風力発電システムの構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the wind power generation system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１における電圧検出器および断線検出部の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the voltage detector in FIG. 1, and a disconnection detection part. 図１における制御装置が行なう断線検出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the disconnection detection which the control apparatus in FIG. 1 performs. この発明の実施の形態２に係る風力発電システムの構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the wind power generation system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図４における電圧検出器および断線検出部の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the voltage detector in FIG. 4, and a disconnection detection part. 図１における制御装置が行なう断線検出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the disconnection detection which the control apparatus in FIG. 1 performs.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で示された構成を適宜組合せることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a plurality of embodiments will be described. However, it is planned from the beginning of the application to appropriately combine the configurations shown in the embodiments. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に係る風力発電システムの構成を説明するためのブロック図である。図１を参照して、風力発電システムは、風車１と、三相交流発電機３と、電力変換装置７と、三相電力線４〜６と、制動装置９と、電圧検出器１０と、回転速度検出器１２と、制御装置１５とを備える。 [Embodiment 1]
1 is a block diagram for explaining a configuration of a wind power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. With reference to FIG. 1, the wind power generation system includes a windmill 1, a three-phase AC generator 3, a power conversion device 7, three-phase power lines 4 to 6, a braking device 9, a voltage detector 10, and a rotation. A speed detector 12 and a control device 15 are provided.

風車１は、回転軸が水平に置かれた水平軸型（プロペラ型）風車であって、ブレード、ナセル、支柱などを含む。風車１は、ブレードにより風を受け、風のエネルギーを回転エネルギーに変換する。風車１の主軸２は三相交流発電機３の回転子に結合され、回転子を回転駆動する。なお、主軸２と回転子との間には増速機（図示せず）が接続されていてもよい。増速機は、ギヤなどで構成され、風車１の回転速度を三相交流発電機３に適した回転速度に変換（増速）する。   The windmill 1 is a horizontal axis type (propeller type) windmill in which a rotation shaft is placed horizontally, and includes blades, nacelles, struts, and the like. The windmill 1 receives wind from the blades and converts wind energy into rotational energy. The main shaft 2 of the windmill 1 is coupled to the rotor of the three-phase AC generator 3 and rotationally drives the rotor. A speed increaser (not shown) may be connected between the main shaft 2 and the rotor. The step-up gear is composed of a gear or the like, and converts (increases) the rotation speed of the windmill 1 into a rotation speed suitable for the three-phase AC generator 3.

三相交流発電機３としては、誘導発電機、永久磁石型発電機、同期発電機、二次励磁型発電機などが利用される。三相交流発電機３の回転子の周囲には円筒形状の固定子が配置されている。回転子が回転されると、固定子の三相巻線（電機子巻線）に三相交流電力が誘起され、この発電電力が電力変換装置７へ供給される。すなわち、ブレードの回転エネルギーは、三相交流発電機３で電気エネルギーに変換された後、電力変換装置７へ供給される。   As the three-phase AC generator 3, an induction generator, a permanent magnet generator, a synchronous generator, a secondary excitation generator, or the like is used. A cylindrical stator is disposed around the rotor of the three-phase AC generator 3. When the rotor is rotated, three-phase AC power is induced in the three-phase winding (armature winding) of the stator, and this generated power is supplied to the power converter 7. In other words, the rotational energy of the blade is converted into electrical energy by the three-phase AC generator 3 and then supplied to the power converter 7.

三相電力線４〜６は、三相交流発電機３の三相巻線と電力変換装置７とを結ぶ。三相電力線４〜６は、三相交流発電機３のＵ相巻線と電力変換装置７とを結ぶＵ相電力線４と、Ｖ相巻線と電力変換装置７とを結ぶＶ相電力線５と、Ｗ相巻線と電力変換装置７とを結ぶＷ相電力線６とにより構成される。   The three-phase power lines 4 to 6 connect the three-phase winding of the three-phase AC generator 3 and the power conversion device 7. The three-phase power lines 4 to 6 are a U-phase power line 4 that connects the U-phase winding of the three-phase AC generator 3 and the power conversion device 7, and a V-phase power line 5 that connects the V-phase winding and the power conversion device 7. And a W-phase power line 6 connecting the W-phase winding and the power converter 7.

電力変換装置７は、三相交流発電機３から出力される三相交流電力を、負荷または電力系統８に供給する電力に変換する。電力変換装置７は、たとえば、コンバータと直流コンデンサとにより構成される。三相交流発電機３から供給される三相交流電力はコンバータで直流電力に変換され、直流コンデンサにより平滑されて負荷８に供給される。   The power converter 7 converts the three-phase AC power output from the three-phase AC generator 3 into power supplied to the load or the power system 8. The power conversion device 7 is composed of, for example, a converter and a DC capacitor. Three-phase AC power supplied from the three-phase AC generator 3 is converted into DC power by a converter, smoothed by a DC capacitor, and supplied to the load 8.

あるいは、電力変換装置７は、コンバータと、インバータと、コンバータおよびインバータの間に介挿される直流コンデンサとにより構成される。三相交流発電機３から供給される三相交流電力は、コンバータによって直流電力に変換され、直流コンデンサにより平滑されてインバータへ供給される。インバータへ供給された直流電力は、電力系統８と同一周波数の交流電力へ変換されて、電力系統８へ供給される。コンバータおよびインバータは、３相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子により構成される。スイッチング素子としては、たとえば、ＭＯＳＦＦＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）、トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、サイリスタなどが挙げられる。   Or the power converter device 7 is comprised by the converter, the inverter, and the DC capacitor inserted between the converter and the inverter. The three-phase AC power supplied from the three-phase AC generator 3 is converted into DC power by the converter, smoothed by the DC capacitor, and supplied to the inverter. The DC power supplied to the inverter is converted into AC power having the same frequency as that of the power system 8 and supplied to the power system 8. The converter and the inverter are composed of six switching elements connected in a three-phase bridge. Examples of the switching element include a MOSOFT (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a GTO (Gate Turn-Off thyristor), a transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a thyristor.

制動装置９は、たとえば強風時に、風車１の回転を停止させる。制動装置９は、三相交流発電機３の負荷を増大させて風車１の回転速度を低下させる電気式ブレーキである。電気式ブレーキは、たとえば、三相電力線４〜６に設けられた開閉器により構成される。開閉器を閉じると、三相交流発電機３の出力端子間が短絡されて、風車１に制動がかかる。これにより、風車１の回転速度が低下するため、過回転を防止することができる。制動装置は、図示は省略するが、風車１の回転速度を機械的に低下させるディスクブレーキのような機械式ブレーキ（図示せず）をさらに含む。制動装置は、さらに、ブレードのピッチ角、ナセルの方向などを制御して風車１の回転速度を低下させる手段を含んでいても構わない。   The braking device 9 stops the rotation of the windmill 1 in a strong wind, for example. The braking device 9 is an electric brake that increases the load of the three-phase AC generator 3 and decreases the rotational speed of the windmill 1. An electric brake is comprised by the switch provided in the three-phase power lines 4-6, for example. When the switch is closed, the output terminals of the three-phase AC generator 3 are short-circuited, and the wind turbine 1 is braked. Thereby, since the rotational speed of the windmill 1 falls, overrotation can be prevented. Although not shown, the braking device further includes a mechanical brake (not shown) such as a disc brake that mechanically reduces the rotational speed of the windmill 1. The braking device may further include means for reducing the rotational speed of the windmill 1 by controlling the pitch angle of the blade, the direction of the nacelle, and the like.

回転速度検出器１２は、風車１の回転速度を検出し、その検出値を示す信号を制御装置１５に出力する。回転速度検出器１２としては、たとえば、ロータリーエンコーダ、電磁ピックアップ、磁界センサ、および光センサなどを採用することができる。   The rotational speed detector 12 detects the rotational speed of the windmill 1 and outputs a signal indicating the detected value to the control device 15. As the rotational speed detector 12, for example, a rotary encoder, an electromagnetic pickup, a magnetic field sensor, and an optical sensor can be employed.

制御装置１５は、風力発電システム全体を制御する。制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびこれを動作させるプログラム、作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性記憶部などで構成することができる。制御装置１５は、風車１の回転速度を制御するための回転制御部３０と、風力発電システムにおける断線を検出するための断線検出部２０とを含む。   The control device 15 controls the entire wind power generation system. The control device 15 can be configured by a CPU (Central Processing Unit), a program for operating the CPU, a RAM (Random Access Memory) serving as a work area, a nonvolatile storage unit, and the like. The control device 15 includes a rotation control unit 30 for controlling the rotation speed of the windmill 1 and a disconnection detection unit 20 for detecting a disconnection in the wind power generation system.

回転制御部３０は、主要な制御として、風車１におけるブレードのピッチ角制御、および三相交流発電機３の励磁調整によるトルク制御を実行することができる。たとえば、回転制御部３０は、予め定められた定格出力が得られるように、ブレードのピッチ角制御および／または三相交流発電機３のトルク制御を実行する。なお、定格出力は、一定値であっても、時間帯や季節などに応じた可変値であってもよい。   The rotation control unit 30 can execute, as main control, blade pitch angle control in the wind turbine 1 and torque control by excitation adjustment of the three-phase AC generator 3. For example, the rotation control unit 30 performs blade pitch angle control and / or torque control of the three-phase AC generator 3 so as to obtain a predetermined rated output. The rated output may be a constant value or a variable value according to a time zone, season, or the like.

具体的には、回転制御部３０は、風車１の回転速度に応じたフィードバック制御によって、定格出力に応じた所望の定格回転速度が得られるように、ブレードのピッチ角の調整および／または三相交流発電機３のトルク調整を実行する。   Specifically, the rotation control unit 30 adjusts the pitch angle of the blade and / or three-phases so that a desired rated rotation speed corresponding to the rated output can be obtained by feedback control corresponding to the rotation speed of the windmill 1. The torque adjustment of the AC generator 3 is executed.

回転制御部３０は、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度が定格回転速度よりも低い場合には、そのときの平均風速における最大効率で発電できるように、平均風速に応じて、最適な風車１の回転速度指令値を設定する。また、風速が大きくなり、風車１の回転速度が定格回転速度に近づくと、回転制御部３０は、三相交流発電機３の出力が定格出力で一定となるように、風車１の回転速度指令値を設定する。そして、回転制御部３０は、設定された回転速度指令値と風車１の回転速度の検出値との偏差を比例積分演算することによって、ピッチ角指令値を生成する。   When the rotation speed of the windmill 1 detected by the rotation speed detector 12 is lower than the rated rotation speed, the rotation control unit 30 can generate power with the maximum efficiency at the average wind speed at that time in accordance with the average wind speed. The optimum rotation speed command value of the wind turbine 1 is set. When the wind speed increases and the rotational speed of the windmill 1 approaches the rated rotational speed, the rotation control unit 30 instructs the rotational speed command of the windmill 1 so that the output of the three-phase AC generator 3 is constant at the rated output. Set the value. Then, the rotation control unit 30 generates a pitch angle command value by performing a proportional-integral calculation on the deviation between the set rotation speed command value and the detected value of the rotation speed of the windmill 1.

回転制御部３０は、さらに、回転速度指令値と風車１の回転速度の検出値との偏差に基づいて、発電のためのトルク指令値を演算する。回転制御部３０は、トルク指令値に三相交流発電機３の回転速度を乗算することで、三相交流発電機３の要求出力を求めると、この要求出力に従って電力変換装置７により、三相交流発電機３の三相巻線の励磁電流を制御する。   The rotation control unit 30 further calculates a torque command value for power generation based on a deviation between the rotation speed command value and the detected value of the rotation speed of the windmill 1. When the rotation control unit 30 obtains the required output of the three-phase AC generator 3 by multiplying the torque command value by the rotation speed of the three-phase AC generator 3, the power conversion device 7 performs the three-phase operation according to the required output. The exciting current of the three-phase winding of the AC generator 3 is controlled.

また、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度が所定の上限値を超えた場合には、回転制御部３０は、制動装置９を用いて風車１の回転速度を低下させる。回転速度の上限値は、風車１に障害が発生する回転速度よりも低い値に設定されている。回転制御部３０は、開閉器を閉じて三相交流発電機３の出力端子間を短絡させる。   When the rotational speed of the windmill 1 detected by the rotational speed detector 12 exceeds a predetermined upper limit value, the rotation control unit 30 uses the braking device 9 to reduce the rotational speed of the windmill 1. The upper limit value of the rotational speed is set to a value lower than the rotational speed at which a failure occurs in the windmill 1. The rotation control unit 30 closes the switch to short-circuit the output terminals of the three-phase AC generator 3.

ここで、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６のいずれかにおいて断線が発生すると、電力変換装置７による励磁電流制御に基づいた三相交流発電機３のトルク制御が実行できなくなる。そのため、風車１の回転速度を適正値に制御することが困難となる。また、制動装置９では、開閉器を閉じても三相交流発電機３の出力端子間が短絡しないため、風車１に制動がかからなくなる。その結果、風車１の過回転を防止できなくなり、風車１を破損させてしまう可能性がある。   Here, when a disconnection occurs in any of the three-phase winding and the three-phase power lines 4 to 6 of the three-phase AC generator 3, torque control of the three-phase AC generator 3 based on excitation current control by the power converter 7 is performed. Cannot be executed. Therefore, it becomes difficult to control the rotation speed of the windmill 1 to an appropriate value. Moreover, in the braking device 9, since the output terminals of the three-phase AC generator 3 are not short-circuited even if the switch is closed, the wind turbine 1 is not braked. As a result, overwinding of the windmill 1 cannot be prevented, and the windmill 1 may be damaged.

そこで、制御装置１５は、上述した風車１の回転速度の制御に並行して、三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６に生じた断線を検出する断線検出を行なう。   Therefore, in parallel with the control of the rotational speed of the windmill 1 described above, the control device 15 performs disconnection detection for detecting disconnection that has occurred in the three-phase winding of the three-phase AC generator 3 or the three-phase power lines 4 to 6. .

（断線検出）
以下、制御装置１５が行なう断線検出について、図２および図３を参照して詳細に説明する。 (Disconnection detection)
Hereinafter, disconnection detection performed by the control device 15 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

図２は、図１における電圧検出器１０および断線検出部２０の構成を説明するためのブロック図である。電圧検出器１０は、２つの電力線の電圧差である線間電圧を検出する。図２の例では、電圧検出器１０は、Ｕ相電力線４の電圧（Ｕ相電圧Ｖｕ）およびＶ相電力線５の電圧（Ｖ相電圧Ｖｖ）の差であるＵ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖ（＝Ｖｕ−Ｖｖ）を検出する。電圧検出器１０は、たとえば、Ｕ相電力線４およびＶ相電力線５の間に直列に接続された２つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、差動増幅器１６とを含む。   FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the voltage detector 10 and the disconnection detector 20 in FIG. The voltage detector 10 detects a line voltage that is a voltage difference between two power lines. In the example of FIG. 2, the voltage detector 10 has a U-V line voltage Vuv (= a difference between the voltage of the U-phase power line 4 (U-phase voltage Vu) and the voltage of the V-phase power line 5 (V-phase voltage Vv)). Vu-Vv) is detected. Voltage detector 10 includes, for example, two resistance elements R1 and R2 connected in series between U-phase power line 4 and V-phase power line 5, and differential amplifier 16.

抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列回路は分圧回路を構成する。分圧回路は、Ｕ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖを分圧し、分圧電圧を抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の接続ノードｎ１に出力する。以下では、Ｕ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖの分圧電圧を、ｋ１・Ｖｕｖと表記する。なお、ｋ１は分圧回路の分圧比を表す。   A series circuit of the resistance elements R1 and R2 constitutes a voltage dividing circuit. The voltage dividing circuit divides the U-V line voltage Vuv and outputs the divided voltage to the connection node n1 of the resistance elements R1 and R2. Hereinafter, the divided voltage of the U-V line voltage Vuv is expressed as k1 · Vuv. Note that k1 represents a voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit.

差動増幅器１６は、非反転（＋）入力端子が接続ノードｎ１に接続され、反転（−）入力端子がＶ相電力線５に接続される。差動増幅器１６は、分圧電圧ｋ１・ＶｕｖとＶ相電力線５の電圧Ｖｕとの差を増幅する。差動増幅器１６の出力端子には、分圧電圧ｋ１・Ｖｕｖに応じた値の差動電圧が出力される。   The differential amplifier 16 has a non-inverting (+) input terminal connected to the connection node n <b> 1 and an inverting (−) input terminal connected to the V-phase power line 5. The differential amplifier 16 amplifies the difference between the divided voltage k1 · Vuv and the voltage Vu of the V-phase power line 5. A differential voltage having a value corresponding to the divided voltage k 1 · Vuv is output to the output terminal of the differential amplifier 16.

断線検出部２０は、電圧検出器１０によって検出された三相交流発電機３の線間電圧と、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度とに基づいて、三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６の断線を検出する。   The disconnection detection unit 20 is based on the line voltage of the three-phase AC generator 3 detected by the voltage detector 10 and the rotational speed of the windmill 1 detected by the rotational speed detector 12. 3 disconnection of 3 phase windings or 3 phase power lines 4-6 is detected.

具体的には、断線検出部２０は、整流回路２１と、回転速度演算部２３と、判定部２４とを含む。整流回路２１は、たとえば、ブリッジ接続された４つのダイオードによって構成される。整流回路２１は、差動増幅器１６から入力される差動電圧を全波整流して回転速度演算部２３へ出力する。なお、整流回路２１は、必ずしも全波整流回路である必要はなく、半波整流回路であってもよい。整流回路２１は、分圧電圧ｋ１・Ｖｕｖに応じた値の差動電圧を直流電圧に変換する。すなわち、整流回路２１から出力される直流電圧値は、Ｕ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖの振幅に応じた値となる。   Specifically, the disconnection detection unit 20 includes a rectifier circuit 21, a rotation speed calculation unit 23, and a determination unit 24. The rectifier circuit 21 is configured by, for example, four diodes that are bridge-connected. The rectifier circuit 21 performs full-wave rectification on the differential voltage input from the differential amplifier 16 and outputs the rectified voltage to the rotation speed calculator 23. Note that the rectifier circuit 21 is not necessarily a full-wave rectifier circuit, and may be a half-wave rectifier circuit. The rectifier circuit 21 converts a differential voltage having a value corresponding to the divided voltage k1 · Vuv into a DC voltage. That is, the DC voltage value output from the rectifier circuit 21 is a value corresponding to the amplitude of the U-V line voltage Vuv.

なお、電圧検出器１０においてＵ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖを分圧するのは、整流回路２１にて線間電圧の振幅を検出するのに最適な大きさにするためである。したがって、線間電圧自体が振幅を検出するのに最適な大きさであれば、分圧回路は必ずしも必要ではない。この場合、Ｕ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖを直接的に（すなわち、分圧せずに）整流回路２１によって整流して直流電圧に変換することができる。   The reason why the voltage detector 10 divides the U-V line voltage Vuv is to make the rectifier circuit 21 have an optimum magnitude for detecting the amplitude of the line voltage. Therefore, the voltage dividing circuit is not necessarily required as long as the line voltage itself has an optimum magnitude for detecting the amplitude. In this case, the U-V line voltage Vuv can be directly rectified (ie, not divided) by the rectifier circuit 21 and converted into a DC voltage.

回転速度演算部２３は、整流回路２１から与えられる直流電圧値、すなわち、線間電圧の振幅に基づいて、三相交流発電機３の回転速度を演算する。三相交流発電機３から三相電力線４〜６に出力される交流電圧は、三相交流発電機３の回転速度に比例する。詳細には、三相交流発電機３の巻線定数をｋ、１極当たりの磁束をφ、三相交流発電機３の回転速度をｎとすると、三相交流発電機３の誘導起電力ＥはＥ＝ｋφｎで与えられる。なお、線間起電力は√３Ｅとなる。   The rotation speed calculation unit 23 calculates the rotation speed of the three-phase AC generator 3 based on the DC voltage value supplied from the rectifier circuit 21, that is, the amplitude of the line voltage. The AC voltage output from the three-phase AC generator 3 to the three-phase power lines 4 to 6 is proportional to the rotational speed of the three-phase AC generator 3. Specifically, when the winding constant of the three-phase AC generator 3 is k, the magnetic flux per pole is φ, and the rotational speed of the three-phase AC generator 3 is n, the induced electromotive force E of the three-phase AC generator 3 is Is given by E = kφn. The line electromotive force is √3E.

回転速度演算部２３は、三相交流発電機３の線間電圧の振幅と回転速度との関係を予め求めるとともに、その関係をマップまたは関係式として記憶している。回転速度演算部２３は、整流回路２１から与えられる線間電圧の振幅に基づいて、上記マップまたは関係式を参照して、三相交流発電機３の回転速度を演算する。   The rotation speed calculation unit 23 obtains in advance a relationship between the amplitude of the line voltage of the three-phase AC generator 3 and the rotation speed, and stores the relationship as a map or a relational expression. The rotation speed calculator 23 calculates the rotation speed of the three-phase AC generator 3 with reference to the map or the relational expression based on the amplitude of the line voltage supplied from the rectifier circuit 21.

判定部２４は、回転速度演算部２３によって演算された三相交流発電機３の回転速度と、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度との整合性を判定する。なお、本願明細書において、「整合性」とは、対比される２つの回転速度が一致していること、もしくは、対比される２つの回転速度が所定比を有していることを意味している。また、「一致」には、完全一致のみならず、検出誤差によりずれる場合も含まれる。「所定比」は、風車１の主軸２と三相交流発電機３の回転子との間に接続された増速機の変速比で決まる値である。   The determination unit 24 determines the consistency between the rotation speed of the three-phase AC generator 3 calculated by the rotation speed calculation unit 23 and the rotation speed of the windmill 1 detected by the rotation speed detector 12. In the present specification, “consistency” means that the two rotational speeds to be compared coincide with each other, or that the two rotational speeds to be compared have a predetermined ratio. Yes. In addition, “match” includes not only perfect match but also shift due to detection error. The “predetermined ratio” is a value determined by the speed ratio of the speed increaser connected between the main shaft 2 of the wind turbine 1 and the rotor of the three-phase AC generator 3.

図１の例では、風車１の主軸２が増速機を介さずに三相交流発電機３の回転子に結合されているため、風車１の回転速度と三相交流発電機３の回転速度とは一致する。したがって、回転速度演算部２３によって演算された三相交流発電機３の回転速度も、風車１の回転速度に一致するはずである。   In the example of FIG. 1, since the main shaft 2 of the windmill 1 is coupled to the rotor of the three-phase AC generator 3 without passing through the speed increaser, the rotational speed of the windmill 1 and the rotational speed of the three-phase AC generator 3 are used. Matches. Therefore, the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated by the rotational speed calculator 23 should also match the rotational speed of the windmill 1.

しかしながら、三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６に断線が生じると、線間電圧の波形が歪むため、その振幅が変動する。その結果、線間電圧の振幅に基づいて演算される三相交流発電機３の回転速度と風車１の回転速度との間にずれが生じる。   However, when a disconnection occurs in the three-phase winding or the three-phase power lines 4 to 6 of the three-phase AC generator 3, the waveform of the line voltage is distorted, and the amplitude varies. As a result, a deviation occurs between the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated based on the amplitude of the line voltage and the rotational speed of the windmill 1.

判定部２４は、回転速度演算部２３によって演算された三相交流発電機３の回転速度と、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度とが一致している場合、すなわち、上記２つの回転速度が整合している場合、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６に断線が生じていないと判断する。   When the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated by the rotational speed calculator 23 matches the rotational speed of the windmill 1 detected by the rotational speed detector 12, the determination unit 24, that is, When the two rotational speeds are matched, it is determined that the three-phase winding of the three-phase AC generator 3 and the three-phase power lines 4 to 6 are not disconnected.

これに対して、上記２つの回転速度が一致していない場合、すなわち、上記２つの回転速度が不整合である場合、判定部２４は、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６のいずれかに断線が生じていると判断する。   On the other hand, when the two rotational speeds do not match, that is, when the two rotational speeds are mismatched, the determination unit 24 determines whether the three-phase winding and the three-phase of the three-phase AC generator 3 are used. It is determined that any one of the power lines 4 to 6 is disconnected.

判定部２４は、断線が生じていると判断されると、断線検出信号ＤＥＴを生成して回転制御部３０へ出力する。回転制御部３０は、断線検出信号ＤＥＴを受けると、機械式ブレーキを制御することにより、風車１に制動をかけて風車１の回転を停止させる。これにより、三相交流発電機３による交流電力の生成が停止される。   If it is determined that a disconnection has occurred, the determination unit 24 generates a disconnection detection signal DET and outputs it to the rotation control unit 30. Upon receiving the disconnection detection signal DET, the rotation control unit 30 controls the mechanical brake to brake the windmill 1 and stop the rotation of the windmill 1. Thereby, the production | generation of the alternating current power by the three-phase alternating current generator 3 is stopped.

図３は、図１における制御装置１５が行なう断線検出を説明するためのフローチャートである。図３のフローチャートの処理は一定時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。   FIG. 3 is a flowchart for explaining disconnection detection performed by control device 15 in FIG. The process of the flowchart of FIG. 3 is called from the main routine and executed at regular time intervals.

図３を参照して、制御装置１５は、ステップＳ１０により、回転速度検出器１２の出力信号に基づいて、風車１の回転速度を検出する。   With reference to FIG. 3, the control apparatus 15 detects the rotational speed of the windmill 1 based on the output signal of the rotational speed detector 12 by step S10.

続いて、制御装置１５は、ステップＳ２０により、電圧検出器１０により検出された三相交流発電機３の線間電圧（たとえば、Ｕ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖ）の振幅を検出する。そして、制御装置１５は、ステップＳ３０により、検出された線間電圧の振幅に基づいて、三相交流発電機３の回転速度を演算する。   Subsequently, in step S20, the control device 15 detects the amplitude of the line voltage (for example, the U-V line voltage Vuv) of the three-phase AC generator 3 detected by the voltage detector 10. And the control apparatus 15 calculates the rotational speed of the three-phase alternating current generator 3 based on the amplitude of the detected line voltage by step S30.

ステップＳ４０では、制御装置１５は、ステップＳ１０で検出した風車１の回転速度と、ステップＳ３０で演算した三相交流発電機３の回転速度との整合性を判定する。具体的には、風車１の主軸２が三相交流発電機３の回転子に直結されている場合、制御装置１５は、上記２つの回転速度が一致しているか否かを判定する。一方、風車１の主軸２が増速機を介して三相交流発電機３の回転子に結合されている場合、制御装置１５は、上記２つの回転速度が所定比を有しているか否かを判定する。   In step S40, the control device 15 determines the consistency between the rotational speed of the windmill 1 detected in step S10 and the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated in step S30. Specifically, when the main shaft 2 of the windmill 1 is directly connected to the rotor of the three-phase AC generator 3, the control device 15 determines whether or not the two rotation speeds match. On the other hand, when the main shaft 2 of the windmill 1 is coupled to the rotor of the three-phase AC generator 3 via a speed increaser, the control device 15 determines whether or not the two rotation speeds have a predetermined ratio. Determine.

上記２つの回転速度が整合している場合（ステップＳ４０のＹＥＳ判定時）、制御装置１５は、ステップＳ５０により、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６に断線が生じていないと判断する。   When the two rotation speeds are matched (when YES is determined in step S40), the control device 15 causes the three-phase winding and the three-phase power lines 4 to 6 of the three-phase AC generator 3 to be disconnected in step S50. Judge that it has not occurred.

これに対して、上記２つの回転速度が不整合である場合（ステップＳ４０のＮＯ判定時）、制御装置１５は、ステップＳ６０により、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６のいずれかに断線が生じていると判断する。制御装置１５は、ステップＳ７０により、機械式ブレーキを制御することにより、風車１に制動をかけて風車１の回転を停止させる。   On the other hand, when the two rotational speeds are inconsistent (when NO is determined in step S40), the control device 15 performs the three-phase winding and the three-phase power line 4 of the three-phase AC generator 3 in step S60. It is determined that a disconnection has occurred in any of -6. In step S70, the control device 15 controls the mechanical brake to brake the windmill 1 and stop the rotation of the windmill 1.

実施の形態１に係る風力発電システムによれば、三相交流発電機から三相電力線に出力される交流電圧と、回転速度検出器によって検出された風車の回転速度とに基づいて、三相交流発電機の三相巻線または三相電力線に生じた断線を検出することができる。これによれば、断線が検出されると、風車の回転を停止させることができるため、風車の回転速度が制御不能となることによって風車が過回転になることを未然に防止することができる。   According to the wind power generation system according to the first embodiment, the three-phase AC is based on the AC voltage output from the three-phase AC generator to the three-phase power line and the rotational speed of the windmill detected by the rotational speed detector. It is possible to detect disconnection occurring in the three-phase winding or the three-phase power line of the generator. According to this, since the rotation of the windmill can be stopped when the disconnection is detected, it is possible to prevent the windmill from over-rotating due to the uncontrollable rotation speed of the windmill.

ここで、上記のように、三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６に断線が生じると、三相交流発電機３から出力される三相交流電圧の線間電圧の振幅が変動するため、この線間電圧の振幅を監視することで断線を検出することも可能である。   Here, as described above, when a disconnection occurs in the three-phase winding of the three-phase AC generator 3 or the three-phase power lines 4 to 6, the line voltage of the three-phase AC voltage output from the three-phase AC generator 3. Therefore, it is possible to detect disconnection by monitoring the amplitude of the line voltage.

しかしながら、一方で、線間電圧の振幅は、三相交流発電機３の回転速度、ひいては、風車１の回転速度に比例するため、風車１の回転速度が変動すると線間電圧の振幅も変動する。したがって、線間電圧の振幅が変動した場合において、その変動が断線によるものか、あるいは、風車１の回転速度の変動によるものかを判別できず、結果的に断線を正確に検出することが困難となる。   However, on the other hand, the amplitude of the line voltage is proportional to the rotation speed of the three-phase AC generator 3, and hence the rotation speed of the windmill 1, so that the amplitude of the line voltage also varies when the rotation speed of the windmill 1 varies. . Therefore, when the amplitude of the line voltage fluctuates, it cannot be determined whether the fluctuation is due to breakage or due to fluctuations in the rotational speed of the windmill 1, and consequently it is difficult to accurately detect the breakage. It becomes.

これに対して、上記の実施の形態１では、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度と、線間電圧の振幅から演算された三相交流発電機３の回転速度との整合性を判定する。これによれば、たとえば、風車１が回転しているにもかかわらず、その回転速度に応じた交流電圧が三相交流発電機３から出力されていない場合には、風車１の回転速度と三相交流発電機３の回転速度とが不整合となるため、三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６に断線が生じていると判断される。   On the other hand, in Embodiment 1 described above, the rotational speed of the windmill 1 detected by the rotational speed detector 12 matches the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated from the amplitude of the line voltage. Determine sex. According to this, for example, when the wind turbine 1 is rotating but the AC voltage corresponding to the rotation speed is not output from the three-phase AC generator 3, the rotation speed of the wind turbine 1 and the three Since the rotational speed of the phase AC generator 3 becomes inconsistent, it is determined that a disconnection has occurred in the three-phase winding or the three-phase power lines 4 to 6 of the three-phase AC generator 3.

一方、風車１の回転速度が変動した場合であっても、風車１の回転速度と整合性を保って三相交流発電機３の回転速度が変動していれば、三相巻線および三相電力線４〜６に断線が生じていないと判断される。したがって、風車１の回転速度の変動に起因して線間電圧の振幅が変動した場合に、誤って断線と判断されることを防止することができる。   On the other hand, even if the rotational speed of the windmill 1 fluctuates, if the rotational speed of the three-phase AC generator 3 fluctuates while maintaining consistency with the rotational speed of the windmill 1, the three-phase winding and the three-phase It is determined that the power lines 4 to 6 are not disconnected. Therefore, when the amplitude of the line voltage fluctuates due to the fluctuation of the rotational speed of the windmill 1, it can be prevented that it is erroneously determined as a disconnection.

［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態２に係る風力発電システムの構成を説明するためのブロック図であって、図１と対比される図である。図４を参照して、風力発電システムは、風車１Ａと、三相交流発電機３と、電力変換装置７と、三相電力線４〜６と、制動装置９と、電圧検出器１０と、回転速度検出器１２と、制御装置１５とを備える。風車１Ａは、回転軸が垂直に置かれた垂直軸型風車であって、ブレード、ナセル、支柱などを含む。 [Embodiment 2]
FIG. 4 is a block diagram for explaining the configuration of the wind power generation system according to Embodiment 2 of the present invention, and is a diagram contrasted with FIG. Referring to FIG. 4, the wind power generation system includes a windmill 1 </ b> A, a three-phase AC generator 3, a power conversion device 7, three-phase power lines 4 to 6, a braking device 9, a voltage detector 10, and a rotation. A speed detector 12 and a control device 15 are provided. The windmill 1A is a vertical axis type windmill in which a rotation axis is placed vertically, and includes blades, nacelles, struts, and the like.

制御装置１５は、風車１Ａの回転速度の制御に並行して、三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６に生じた断線を検出する断線検出を行なう。   In parallel with the control of the rotational speed of the wind turbine 1A, the control device 15 performs disconnection detection for detecting a disconnection that has occurred in the three-phase winding of the three-phase AC generator 3 or the three-phase power lines 4-6.

（断線検出）
以下、実施の形態２に係る風力発電システムにおける制御装置１５が行なう断線検出について、図５を参照して詳細に説明する。 (Disconnection detection)
Hereinafter, disconnection detection performed by the control device 15 in the wind power generation system according to Embodiment 2 will be described in detail with reference to FIG.

図５は、図４における電圧検出器１０および断線検出部２０の構成を説明するためのブロック図であって、図２と対比される図である。実施の形態２に係る風力発電システムにおける断線検出部２０は、図２に示した断線検出部２０に対して、整流回路２１に代えて、周波数検出器２５を含む点が異なる。   FIG. 5 is a block diagram for explaining the configuration of the voltage detector 10 and the disconnection detection unit 20 in FIG. 4 and is a diagram to be compared with FIG. The disconnection detection unit 20 in the wind power generation system according to Embodiment 2 is different from the disconnection detection unit 20 shown in FIG. 2 in that a frequency detector 25 is included instead of the rectifier circuit 21.

図５を参照して、周波数検出器２５は、電圧検出器１０内の差動増幅器１６から入力される差動電圧に基づいて、三相交流発電機３における線間電圧の周波数を検出する。たとえば、周波数検出器２５は、線間電圧の極性が正から負へ反転するタイミングの時間間隔から線間電圧の周波数を算出する。   Referring to FIG. 5, the frequency detector 25 detects the frequency of the line voltage in the three-phase AC generator 3 based on the differential voltage input from the differential amplifier 16 in the voltage detector 10. For example, the frequency detector 25 calculates the frequency of the line voltage from the time interval of the timing at which the polarity of the line voltage is inverted from positive to negative.

回転速度演算部２３は、周波数検出器２５から与えられる線間電圧の周波数に基づいて、三相交流発電機３の回転速度を演算する。三相交流発電機３から三相電力線４〜６に出力される交流電圧の周波数をｆ、三相交流発電機３の磁極数をＰとすると、三相交流発電機３の回転速度ｎはｎ＝１２０ｆ／Ｐで与えられる。   The rotation speed calculation unit 23 calculates the rotation speed of the three-phase AC generator 3 based on the frequency of the line voltage supplied from the frequency detector 25. When the frequency of the AC voltage output from the three-phase AC generator 3 to the three-phase power lines 4 to 6 is f and the number of magnetic poles of the three-phase AC generator 3 is P, the rotational speed n of the three-phase AC generator 3 is n. = 120 f / P.

回転速度演算部２３は、三相交流発電機３の線間電圧の周波数と回転速度との関係を予め求めるとともに、その関係をマップまたは関係式として記憶している。回転速度演算部２３は、周波数検出器２５から与えられる線間電圧の周波数に基づいて、上記マップまたは関係式を参照して、三相交流発電機３の回転速度を演算する。   The rotation speed calculation unit 23 obtains in advance a relationship between the frequency of the line voltage of the three-phase AC generator 3 and the rotation speed, and stores the relationship as a map or a relational expression. The rotation speed calculation unit 23 calculates the rotation speed of the three-phase AC generator 3 with reference to the map or the relational expression based on the frequency of the line voltage supplied from the frequency detector 25.

判定部２４は、回転速度演算部２３によって演算された三相交流発電機３の回転速度と、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度との整合性を判定する。   The determination unit 24 determines the consistency between the rotation speed of the three-phase AC generator 3 calculated by the rotation speed calculation unit 23 and the rotation speed of the windmill 1 detected by the rotation speed detector 12.

三相交流発電機３の三相巻線または三相電力線４〜６に断線が生じると、線間電圧の波形が歪むため、その周波数が変動する。その結果、線間電圧の周波数に基づいて演算される三相交流発電機３の回転速度と風車１の回転速度との間にずれが生じる。   When a disconnection occurs in the three-phase winding or the three-phase power lines 4 to 6 of the three-phase AC generator 3, the waveform of the line voltage is distorted and the frequency varies. As a result, a deviation occurs between the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated based on the frequency of the line voltage and the rotational speed of the windmill 1.

判定部２４は、回転速度演算部２３によって演算された三相交流発電機３の回転速度と、回転速度検出器１２によって検出された風車１の回転速度とが一致している場合、すなわち、上記２つの回転速度が整合している場合、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６に断線が生じていないと判断する。   When the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated by the rotational speed calculator 23 matches the rotational speed of the windmill 1 detected by the rotational speed detector 12, the determination unit 24, that is, When the two rotational speeds are matched, it is determined that the three-phase winding of the three-phase AC generator 3 and the three-phase power lines 4 to 6 are not disconnected.

これに対して、上記２つの回転速度が一致していない場合、すなわち、上記２つの回転速度が不整合である場合、判定部２４は、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６のいずれかに断線が生じていると判断する。   On the other hand, when the two rotational speeds do not match, that is, when the two rotational speeds are mismatched, the determination unit 24 determines whether the three-phase winding and the three-phase of the three-phase AC generator 3 are used. It is determined that any one of the power lines 4 to 6 is disconnected.

判定部２４は、断線が生じていると判断されると、断線検出信号ＤＥＴを生成して回転制御部３０へ出力する。回転制御部３０は、断線検出信号ＤＥＴを受けると、機械式ブレーキを制御することにより、風車１に制動をかけて風車１の回転を停止させる。これにより、三相交流発電機３による交流電力の生成が停止される。   If it is determined that a disconnection has occurred, the determination unit 24 generates a disconnection detection signal DET and outputs it to the rotation control unit 30. Upon receiving the disconnection detection signal DET, the rotation control unit 30 controls the mechanical brake to brake the windmill 1 and stop the rotation of the windmill 1. Thereby, the production | generation of the alternating current power by the three-phase alternating current generator 3 is stopped.

図６は、図４における制御装置１５が行なう断線検出を説明するためのフローチャートである。図６のフローチャートの処理は一定時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。   FIG. 6 is a flowchart for explaining disconnection detection performed by control device 15 in FIG. The process of the flowchart of FIG. 6 is called from the main routine and executed at regular time intervals.

図６を参照して、制御装置１５は、ステップＳ１０により、回転速度検出器１２の出力信号に基づいて、風車１の回転速度を検出する。   With reference to FIG. 6, the control apparatus 15 detects the rotational speed of the windmill 1 based on the output signal of the rotational speed detector 12 by step S10.

続いて、制御装置１５は、ステップＳ２１により、電圧検出器１０により検出された三相交流発電機３の線間電圧（たとえば、Ｕ−Ｖ線間電圧Ｖｕｖ）の周波数を検出する。そして、制御装置１５は、ステップＳ３１により、検出された線間電圧の周波数に基づいて、三相交流発電機３の回転速度を演算する。   Subsequently, in step S21, the control device 15 detects the frequency of the line voltage (for example, the U-V line voltage Vuv) of the three-phase AC generator 3 detected by the voltage detector 10. And the control apparatus 15 calculates the rotational speed of the three-phase alternating current generator 3 based on the frequency of the detected line voltage by step S31.

ステップＳ４０では、制御装置１５は、ステップＳ１０で検出した風車１の回転速度と、ステップＳ３１で演算した三相交流発電機３の回転速度との整合性を判定する。上記２つの回転速度が整合している場合（ステップＳ４０のＹＥＳ判定時）、制御装置１５は、ステップＳ５０により、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６に断線が生じていないと判断する。これに対して、上記２つの回転速度が不整合である場合（ステップＳ４０のＮＯ判定時）、制御装置１５は、ステップＳ６０により、三相交流発電機３の三相巻線および三相電力線４〜６のいずれかに断線が生じていると判断する。制御装置１５は、ステップＳ７０により、機械式ブレーキを制御することにより、風車１に制動をかけて風車１の回転を停止させる。   In step S40, the control device 15 determines consistency between the rotational speed of the windmill 1 detected in step S10 and the rotational speed of the three-phase AC generator 3 calculated in step S31. When the two rotation speeds are matched (when YES is determined in step S40), the control device 15 causes the three-phase winding and the three-phase power lines 4 to 6 of the three-phase AC generator 3 to be disconnected in step S50. Judge that it has not occurred. On the other hand, when the two rotational speeds are inconsistent (when NO is determined in step S40), the control device 15 performs the three-phase winding and the three-phase power line 4 of the three-phase AC generator 3 in step S60. It is determined that a disconnection has occurred in any of -6. In step S70, the control device 15 controls the mechanical brake to brake the windmill 1 and stop the rotation of the windmill 1.

実施の形態２に係る風力発電システムによっても、三相交流発電機から三相電力線に出力される交流電圧と、回転速度検出器によって検出された風車の回転速度とに基づいて、三相交流発電機の三相巻線または三相電力線に生じた断線を検出することができるため、実施の形態１に係る風力発電システムと同様の効果が得られる。   Also in the wind power generation system according to the second embodiment, the three-phase AC power generation is based on the AC voltage output from the three-phase AC generator to the three-phase power line and the rotation speed of the windmill detected by the rotation speed detector. Since the disconnection generated in the three-phase winding or the three-phase power line of the machine can be detected, the same effect as the wind power generation system according to the first embodiment can be obtained.

なお、上記の実施の形態１および２では、三相交流発電機３から出力される三相交流電圧の線間電圧の振幅または周波数に基づいて三相交流発電機３の回転速度を演算する構成について説明したが、三相交流電圧の任意の相電圧の振幅または周波数に基づいて三相交流発電機３の回転速度を演算する構成としても、同様の効果を得ることができる。   In the first and second embodiments, the rotational speed of the three-phase AC generator 3 is calculated based on the amplitude or frequency of the line voltage of the three-phase AC voltage output from the three-phase AC generator 3. However, the same effect can be obtained even when the rotational speed of the three-phase AC generator 3 is calculated based on the amplitude or frequency of an arbitrary phase voltage of the three-phase AC voltage.

また、実施の形態１では、水平軸型風車を用いた風力発電システムを例示し、実施の形態２では、垂直軸型風車を用いた風力発電システムを例示したが、本発明に従う風力発電システムに適用される風車は、これらに限定されるものではないことを確認的に記載する。   In the first embodiment, a wind power generation system using a horizontal axis type windmill is illustrated, and in the second embodiment, a wind power generation system using a vertical axis type windmill is illustrated. It should be confirmed that the applied windmill is not limited to these.

さらに、上記の実施の形態１および２では、風力発電システムにおける断線検出について説明したが、この発明は水力発電システムにも適用可能である。   Further, in the first and second embodiments described above, the disconnection detection in the wind power generation system has been described. However, the present invention is also applicable to a hydroelectric power generation system.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１，１Ａ 風車、２ 主軸、３ 三相交流発電機、４ Ｕ相電力線、５ Ｖ相電力線、６ Ｗ相電力線、７ 電力変換装置、８ 負荷または電力系統、９ 制動装置、１０ 電圧検出器、１２ 回転速度検出器、１５ 制御装置、１６ 差動増幅器、２０ 断線検出部、２１ 整流回路、２３ 回転速度演算部、２４ 判定部、２５ 周波数検出器、３０ 回転制御部、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗素子。   1, 1A windmill, 2 main shafts, 3 three-phase AC generator, 4 U phase power line, 5 V phase power line, 6 W phase power line, 7 power conversion device, 8 load or power system, 9 braking device, 10 voltage detector, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Rotation speed detector, 15 Control apparatus, 16 Differential amplifier, 20 Disconnection detection part, 21 Rectifier circuit, 23 Rotation speed calculating part, 24 Judgment part, 25 Frequency detector, 30 Rotation control part, R1, R2 Resistance element.

Claims (3)

風のエネルギーを回転エネルギーに変換する風車と、
前記風車の前記回転エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された交流発電機と、
前記交流発電機が発電した交流電力を、負荷または電力系統への供給電力に変換するように構成された電力変換装置と、
前記交流発電機の電機子巻線と前記電力変換装置とを結ぶ電力線と、
前記風車の回転速度を検出する回転速度検出器と、
前記交流発電機から前記電力線に出力される交流電圧を検出する電圧検出器と、
前記回転速度検出器により検出された前記風車の回転速度および前記電圧検出器により検出された前記交流電圧に基づいて、前記電機子巻線または前記電力線の断線を検出するように構成された断線検出部とを備える、風力発電システム。 A windmill that converts wind energy into rotational energy;
An alternator configured to convert the rotational energy of the windmill into electrical energy;
A power conversion device configured to convert AC power generated by the AC generator into power supplied to a load or a power system; and
A power line connecting the armature winding of the AC generator and the power converter,
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the windmill;
A voltage detector for detecting an AC voltage output from the AC generator to the power line;
Disconnection detection configured to detect disconnection of the armature winding or the power line based on the rotation speed of the windmill detected by the rotation speed detector and the AC voltage detected by the voltage detector. And a wind power generation system. 前記断線検出部は、
前記電圧検出器により検出された前記交流電圧に基づいて、前記交流発電機の回転速度を演算する演算部と、
前記演算部により演算された前記交流発電機の回転速度と、前記風車の回転速度との整合性を判定する判定部とを含み、
前記判定部は、前記交流発電機の回転速度と前記風車の回転速度とが不整合と判定されたときに、前記断線を検出する、請求項１に記載の風力発電システム。 The disconnection detector is
Based on the AC voltage detected by the voltage detector, a calculation unit that calculates the rotational speed of the AC generator;
A determination unit that determines consistency between the rotation speed of the AC generator calculated by the calculation unit and the rotation speed of the windmill;
The wind power generation system according to claim 1, wherein the determination unit detects the disconnection when it is determined that the rotation speed of the AC generator and the rotation speed of the windmill are inconsistent. 前記演算部は、前記交流電圧の振幅または周波数に基づいて、前記交流発電機の回転速度を演算する、請求項２に記載の風力発電システム。   The wind power generation system according to claim 2, wherein the calculation unit calculates a rotation speed of the AC generator based on an amplitude or a frequency of the AC voltage.
JP2016044495A 2016-03-08 2016-03-08 Wind power generation system Pending JP2017163660A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016044495A JP2017163660A (en) 2016-03-08 2016-03-08 Wind power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016044495A JP2017163660A (en) 2016-03-08 2016-03-08 Wind power generation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017163660A true JP2017163660A (en) 2017-09-14

Family

ID=59857448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016044495A Pending JP2017163660A (en) 2016-03-08 2016-03-08 Wind power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017163660A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022196687A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 Ntn株式会社 Control device for power generation system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02133099A (en) * 1988-07-23 1990-05-22 Lucas Ind Plc Trouble detectgor for ac generator
WO2009116624A1 (en) * 2008-03-21 2009-09-24 シンフォニア テクノロジー株式会社 Windmill rotation detection/management device and wind power generation system
JP2011010377A (en) * 2009-06-23 2011-01-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Engine generator system
WO2015141449A1 (en) * 2014-03-18 2015-09-24 日立建機株式会社 Working machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02133099A (en) * 1988-07-23 1990-05-22 Lucas Ind Plc Trouble detectgor for ac generator
WO2009116624A1 (en) * 2008-03-21 2009-09-24 シンフォニア テクノロジー株式会社 Windmill rotation detection/management device and wind power generation system
JP2011010377A (en) * 2009-06-23 2011-01-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Engine generator system
WO2015141449A1 (en) * 2014-03-18 2015-09-24 日立建機株式会社 Working machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022196687A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 Ntn株式会社 Control device for power generation system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jlassi et al. Multiple open-circuit faults diagnosis in back-to-back converters of PMSG drives for wind turbine systems
US10050573B2 (en) Wind power generation system including doubly-fed generator and stator-connected auxiliary converter
Rajaei et al. Vienna-rectifier-based direct torque control of PMSG for wind energy application
JP4845904B2 (en) Wind power generation system
US9617976B2 (en) Systems and methods for increasing wind turbine power output
Jovanovic et al. Encoderless direct torque controller for limited speed range applications of brushless doubly fed reluctance motors
Freire et al. Fault-tolerant PMSG drive with reduced DC-link ratings for wind turbine applications
US9726144B2 (en) Method for optimizing the operation of a wind turbine
ES2861320T3 (en) Limit for capacity reduction scheme used in wind turbine control
US10020765B2 (en) Excitation device of AC exciter
US9088150B2 (en) Overvoltage clipping device for a wind turbine and method
Catuogno et al. Fault-tolerant inverter for power flow control in variable-speed four-wire permanent-magnet generators
Bai et al. A simple structure passive MPPT standalone wind turbine generator system
US8451573B1 (en) Overvoltage protection device for a wind turbine and method
JP2017163659A (en) Wind power generation system
JP2011217574A (en) Wind power generation system, and device and method for controlling rotating machine
JP5988750B2 (en) Power generation system
CN102355186B (en) Brake control method for permanent magnet synchronous motor
US10288040B2 (en) Current limit calculation for wind turbine control
US11013070B2 (en) System and method for controlling multiple IGBT temperatures in a power converter of an electrical power system
JP2017163660A (en) Wind power generation system
Ben Mahdhi et al. Inverter open-circuit fault diagnosis method in PMSG based wind energy conversion system
US20180102720A1 (en) Spillover of reactive current to line side converter
Solomon The design, control and dynamic performance of an interior permanent magnet synchronous generator for wind power system
JP2002233193A (en) Wind power generator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190228

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200204

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200728