JP2017190701A - Wind power generation system or control method of wind power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a wind power generation system or a method for controlling a wind power generation system.
地球温暖化防止のため自然エネルギーを利用した風力発電システムが注目を浴びている。電源喪失時などに台風や突風で生じた荷重を低減できる風力発電システムの技術として、例えば特許文献1に記載された方法がある。該特許文献1にはアップウィンド側にあるロータをダウンウィンド側に待機するようにヨー角を旋回制御し、ダウンウィンド風車のロータが風の力によって受動的にロータが風下に位置し、安定して風向との偏差角をより少なくする運転方法が記載されている。 Wind power generation systems that use natural energy to prevent global warming are attracting attention. As a technique of a wind power generation system that can reduce a load caused by a typhoon or a gust when power is lost, for example, there is a method described in Patent Document 1. In Patent Document 1, the yaw angle is controlled so that the rotor on the upwind side waits on the downwind side, and the rotor of the downwind wind turbine is passively positioned on the leeward side by the wind force, and is stable. The operation method for reducing the deviation angle from the wind direction is described.
当初、風力発電システムの設置場所は主として陸上であったが、近年は洋上風力発電所の建設数が増加している。洋上風力発電には、着床式や浮体式という2つの方式があるが、風力発電システムの発電電力は、基本的には海底に設置された送電ケーブルを通して陸上の電力系統に接続される。 Initially, wind power generation systems were installed mainly on land, but in recent years the number of offshore wind power plants has increased. There are two types of offshore wind power generation, a landing type and a floating type, but the generated power of the wind power generation system is basically connected to the land power system through a transmission cable installed on the seabed.
この海底送電ケーブルには、切断のリスクがあることが知られている。もし、海底ケーブルが切断された場合、電力系統からの電源供給が長期間に渡って途絶えるため、電源供給停止中に接近した台風等による突風に対して、荷重を低減させる必要がある。上記は洋上に風力発電所が設置される場合に関するものであるが、陸上に設置される場合であっても災害等を含め長期間電力系統からの電源供給が途絶えることは起こり得る。 This submarine power transmission cable is known to have a risk of disconnection. If the submarine cable is cut, the power supply from the power system is interrupted for a long period of time. Therefore, it is necessary to reduce the load against a gust of wind caused by a typhoon or the like approaching when the power supply is stopped. The above relates to the case where a wind power plant is installed on the ocean, but even when installed on land, it is possible that the power supply from the power system will be interrupted for a long time including disasters.
特許文献1に記載の技術は荷重低減法として有効であるが、ヨー回転が受動的であるため回転角度を制御できず、同じ方向にヨー回転を続けた場合、ナセルとタワー間を接続する電力ケーブルに過剰な捻じれが生じ、ケーブルを損傷してしまう可能性が排除されない。 The technique described in Patent Document 1 is effective as a load reduction method, but the yaw rotation is passive, so the rotation angle cannot be controlled, and if yaw rotation continues in the same direction, the power that connects the nacelle and the tower The possibility of excessive twisting and damaging the cable is not excluded.
そこで、本発明では、ナセルとタワー間の電力ケーブルの信頼性を維持することが可能な風力発電システムまたは風力発電システムの制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wind power generation system or a wind power generation system control method capable of maintaining the reliability of the power cable between the nacelle and the tower.
上記課題を解決するために、本発明にかかる風力発電システムは風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a wind power generation system according to the present invention includes a rotor that rotates by receiving wind, a nacelle that rotatably supports the rotor, a tower that rotatably supports the nacelle, and the nacelle. A horizontal-axis wind power generation system including a yaw drive device that rotates with respect to the tower, the upper cable rotating with the nacelle, the lower cable, the upper cable, and the lower cable are connected and disconnected. A connecting portion is provided.
また、本発明にかかる風力発電システムの制御方法は、風を受けて回転するロータと、前記ロータを回転可能に支持するナセルと、前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置と、前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、前記上側ケーブルと接続される下側ケーブルを備えた水平軸の風力発電システムの制御方法であって、前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続を解除することを特徴とする。 The method for controlling a wind power generation system according to the present invention includes a rotor that rotates by receiving wind, a nacelle that rotatably supports the rotor, a tower that rotatably supports the nacelle, and the nacelle that is the tower. Control method of a horizontal axis wind power generation system comprising a yaw drive device that rotates relative to the nacelle, an upper cable that rotates with the nacelle, and a lower cable connected to the upper cable, wherein the lower cable is The connection between the upper cable and the lower cable is released when the connected system side voltage drops for a predetermined period or longer.
本発明によれば、ナセルとタワー間の電力ケーブルの信頼性を維持することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to maintain the reliability of the power cable between the nacelle and the tower.
以下、本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施例であり、本発明の実施態様が下記具体的態様に限定されることを意図する趣旨ではない。 Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following is an Example to the last and it is not the meaning which intends that the embodiment of this invention is limited to the following specific aspect.
実施例1について図1ないし図4を用いて説明する。図1に示す様に、本実施例における風力発電装置は風を受けて回転するブレードとブレードを支持するハブからなるロータ1と、ロータ1を回転可能に支持しつつ下述するタワー3に対してヨー回転可能に支持するナセル2と、ナセル2を回転可能に支持するタワー3を備えている。ナセル2には、ロータの回転運動によって発電する発電機4と、ナセル2の方位角を変更するためのヨー駆動装置5を備えている。ヨー駆動装置5はタワー3に設けることも可能である。また、ナセル2内の電気機器(例えば、発電機4等)とタワー下側機器(例えば、電力変換装置8や昇圧変圧器11等)を電気的に接続するため、ナセル2側の機器には上側ケーブル61が、タワー側の機器には下側ケーブル62が、それぞれ接続されている。上側ケーブル61の下端は、タワー内部で接続手段7を用いて下側ケーブル62の上端と接続される。ここで、例えば、発電機4の出力端子には、主回路ケーブルとしてケーブル61が接続され、更にケーブル62を介してタワー下側の電力変換装置8に接続される。また、ヨー駆動装置5の電源端子には、補機電源ケーブルとして上記とは異なる上側ケーブル61が接続され、この上側ケーブル61に接続される上記とは異なる下側ケーブル62によりタワー下側の補機用分電盤9に接続される。この様に、本実施例においては、発電電力の輸送用と補機電源の輸送用で異なる2組の上側ケーブル61と下側ケーブル62を備えている。無論、上側ケーブル61と下側ケーブル62の数については限定されるものではない。電力変換装置8は昇圧変圧器11を介して電力系統に接続される。補機用分電盤9には風力発電装置の主たる制御装置となる風車制御盤10が接続されている。風車制御盤10から接続手段7に対して電気的に接続される。また風車制御盤10によって接続手段7に対して接続または解除の指令が出力される。本実施例においては、風力発電装置の主たる制御装置となる風車制御盤10が接続手段7の制御装置として働くが、他の制御装置によって接続手段7を制御することも可能である。
A first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the wind turbine generator according to the present embodiment has a rotor 1 composed of blades that rotate by receiving wind and a hub that supports the blades, and a tower 3 described below while rotatably supporting the rotor 1. And a nacelle 2 that supports the yaw so that it can rotate, and a tower 3 that supports the nacelle 2 so that it can rotate. The nacelle 2 includes a generator 4 that generates electric power by the rotational movement of the rotor, and a yaw driving device 5 for changing the azimuth angle of the nacelle 2. The yaw driving device 5 can also be provided in the tower 3. In addition, in order to electrically connect the electrical equipment in the nacelle 2 (for example, the generator 4 etc.) and the tower lower side equipment (for example, the power converter 8 or the step-up transformer 11 etc.), the equipment on the nacelle 2 side has The
図1において、ナセル2の方位角(ヨー角)はヨー駆動装置5により回転する。ケーブル61、接続手段7、およびケーブル62は、ヨー角の変化によって捻れが生じてもよいようタワー3に対して固定されている。
In FIG. 1, the azimuth angle (yaw angle) of the nacelle 2 is rotated by the yaw driving device 5. The
ここで、長期間(例えば、数日)系統電源が低下(例えば、正常時の電圧から10%より多く低下)した場合には、ヨー駆動装置5による回転を維持することが困難となる。この場合にも、風から受ける荷重を低減するべく、ロータ1がナセル2に対して風下に(ダウンウインド位置に)位置する様に、風の力に対して受動的にロータ1やナセル2が回転するモードに移行することが有効である。このモードにおいては、ヨー回転が受動的であるため回転角度を制御できず、同じ方向にヨー回転を続けることが起こり得る。その場合、ナセル2とタワー3の間を接続する上側ケーブル61と下側ケーブル62に過剰な捻じれが生じることも考えられる。
Here, when the system power supply is reduced (for example, more than 10% lower than the normal voltage) for a long period (for example, several days), it is difficult to maintain the rotation by the yaw driving device 5. Also in this case, in order to reduce the load received from the wind, the rotor 1 and the nacelle 2 passively react to the wind force so that the rotor 1 is positioned leeward (downwind position) with respect to the nacelle 2. It is effective to shift to the rotating mode. In this mode, since the yaw rotation is passive, the rotation angle cannot be controlled, and the yaw rotation may continue in the same direction. In that case, it is conceivable that excessive twisting occurs in the
そこで本実施例では、長期間系統電源が停止した場合には接続手段7により、上側ケーブル61と下側ケーブル62の接続を切り離すことができる様にしている。接続手段7で上側ケーブル61と下側ケーブル62を切り離すことで、ヨー回転しても捻りを生じない待機運転モードとすることができる。尚、上側ケーブル61と下側ケーブル62の接続が解除された後になっていれば、接続の解除を受けてロータ1がナセル2に対して風下に位置する様に切り換えても、接続の解除の前にロータ1がナセル2に対して風下に位置する様に切り換えておき、その状態が維持される様にすることでも良い。
Therefore, in this embodiment, when the system power supply is stopped for a long period of time, the connection means 7 can disconnect the connection between the
尚、この切り離し操作は、作業員が接続手段7での接続を切り離す作業をしてもよいし、風車制御盤10等の制御装置からの電気接続信号によって遠隔で切り離すことも可能としている。作業員が切り離す上でも、風力発電システムの内部で直接切り離す場合もあれば、遠隔地等に異常を通知するアラーム手段(図示を省略)を設けておき、作業員がアラームを受けて遠隔地等から切り離し指令を行うことも可能である。
This disconnection operation may be performed by an operator disconnecting the connection at the connection means 7 or remotely by an electrical connection signal from a control device such as the
切り離しやアラーム通知のタイミングとしては、例えば系統側電圧が所定期間以上低下した場合や、系統側電圧低下時にヨーアクチュエータを動かすためのバッテリ(図示せず)の残量が所定残量以下に低下した場合等が挙げられる。このバッテリは、長期の電圧低下でなく、数秒の瞬低などの際に利用することができる。また、ここで系統電圧でなく、系統側電圧としているのは、系統電圧自体が低下した場合は勿論、系統電圧は正常であるが、系統側と風力発電システムを接続するケーブル(例えば海底ケーブル)が損傷等して送電系に異常がある場合も存在するためである。 As for the timing of disconnection and alarm notification, for example, when the system side voltage drops for a predetermined period or more, or the remaining amount of a battery (not shown) for moving the yaw actuator when the system side voltage drops falls below a predetermined remaining amount Cases. This battery can be used not only for a long-term voltage drop but also for a few seconds. In addition, the system side voltage, not the system voltage here, is a cable that connects the system side and the wind power generation system (for example, a submarine cable), although the system voltage is normal as well as the system voltage itself is lowered. This is because there are cases where the power transmission system is abnormal due to damage.
図2は、接続手段7の詳細を説明する概念図である。接続手段7は、複数の上側ケーブル61を固定する上側ケーブルブラケット71と、複数の下側ケーブル62を固定する下側ケーブルブラケット73と、上側ケーブルブラケット71と下側ケーブルブラケット73間を接続し、上側ケーブルブラケット71と下側ケーブルブラケット73間の捻りによるトルク荷重を負担する回転防止手段72と、ケーブルブラケット71とケーブルブラケット73間の引っ張り荷重を負担するモータ74および回転軸75と、ケーブル61とケーブル62を電気的に接続及び解除する接続コネクタ76Aおよび76Bから構成されている。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating details of the connecting means 7. The connection means 7 connects the
回転防止手段72について説明する。回転防止手段72は、ケーブルブラケット71に固定されている。回転防止手段72の下側は、ケーブルブラケット73に開けられた穴(もしくは凹部)に挿入されており、捻りによるトルクがかかっても、ケーブルブラケット71とケーブルブラケット73が別々に捻れることがないようにする。
The
モータ74および回転軸75について説明する。本実施例においては、モータ74および回転軸75が両ブラケットを切り離し可能に接続しており、ブラケット接続手段を構成する。またモータ74が駆動力を生じさせるアクチュエータである。回転軸75には、ネジ溝が加工されており、ケーブルブラケット73側に対応するネジ穴をあけている。これによって、既知のボールネジ機構のようにモータ74による回転運動を直線運動に変換し、ケーブルブラケット71に対するケーブルブラケット73の位置を可変とすることができる。
The
図3および図4は、モータ74によって回転軸75を回転させ、ケーブルブラケット73の位置を図面の下方向に移動させた場合の図面である。図3は、ケーブルブラケット73が下方向に移動した結果、ケーブル61とケーブル62の間に引っ張り荷重がかかり、コネクタ76Aと76Bが分離した状態である。尚、コネクタは引っ張り力で解除されるコネクタを用いている。これにより、電気的にケーブル61とケーブル62が切断される。図4は、図3に比べてケーブルブラケット73をさらに下方向に移動させた状態である。この状態では回転防止手段72は、ケーブルブラケット73の穴から完全に引き抜かれた状態になる。また、回転軸75下側の直径が細い位置にケーブルブラケット73がくるため、ケーブルブラケット73は、ケーブルブラケット71側とは関係なく自由に回転できる。これにより、ヨー回転しても捻りを生じない。
3 and 4 are drawings when the rotating
本実施例で説明したモータ74については、風車制御盤10等の制御装置で自動で駆動させることや、作業者が現地で或いは遠隔地でアラーム通知を受けて駆動させることでも良い。
The
本実施例においては、一実施態様として、上記の接続手段を説明したが、無論これに限定されるものでないことは言うまでも無く、発明の思想を変更しない範囲で種々の異なる手段を用いることが可能である。 In the present embodiment, the above connection means has been described as an embodiment, but it goes without saying that the present invention is not limited to this, and various different means can be used without departing from the spirit of the invention. Is possible.
1:ロータ、2:ナセル、3:タワー、4:発電機、5:ヨー駆動装置、61:ケーブル(ナセル側)、62:ケーブル(タワー側)、7:ケーブル切り離し手段、8:電力変換装置、9:補機用分電盤、10:制御装置、71:ケーブルブラケット(ナセル側)、72:回転防止手段、73:ケーブルブラケット(タワー側)、74:モータ、75:モータ回転軸、76A、76B:接続コネクタ
1: rotor, 2: nacelle, 3: tower, 4: generator, 5: yaw drive, 61: cable (nacelle side), 62: cable (tower side), 7: cable disconnecting means, 8: power converter , 9: Auxiliary power distribution board, 10: Control device, 71: Cable bracket (nacelle side), 72: Anti-rotation means, 73: Cable bracket (tower side), 74: Motor, 75: Motor rotation shaft,
Claims (12)
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置を備えた水平軸の風力発電システムであって、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、下側ケーブルと、前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルを接続及び解除する接続部を備えることを特徴とする風力発電システム A rotor that rotates in response to the wind;
A nacelle for rotatably supporting the rotor;
A tower that rotatably supports the nacelle;
A horizontal axis wind power generation system comprising a yaw drive for rotating the nacelle relative to the tower,
A wind power generation system comprising: an upper cable that rotates together with the nacelle; a lower cable; and a connection portion that connects and releases the upper cable and the lower cable.
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、前記接続部を解除する指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to claim 1,
A wind power generation system comprising: a control device that outputs a command to release the connection when the system-side voltage to which the lower cable is connected has dropped for a predetermined period or longer.
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、異常を通知するアラーム手段を備えることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to claim 1,
A wind power generation system comprising alarm means for notifying an abnormality when a system side voltage to which the lower cable is connected drops for a predetermined period or more
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧の低下時に前記ヨー駆動装置を駆動するバッテリを備え、
前記バッテリの残量が所定残量以下に低下した場合に、前記接続部を解除する指令を出力する制御装置を備えることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to claim 1,
A battery for driving the yaw driving device when the system side voltage to which the lower cable is connected is lowered,
A wind power generation system comprising: a control device that outputs a command to release the connection unit when the remaining amount of the battery drops below a predetermined remaining amount
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧の低下時に前記ヨー駆動装置を駆動するバッテリを備え、
前記バッテリの残量が所定残量以下に低下した場合に、異常を通知するアラーム手段を備えることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to claim 1,
A battery for driving the yaw driving device when the system side voltage to which the lower cable is connected is lowered,
A wind power generation system comprising alarm means for notifying an abnormality when the remaining amount of the battery falls below a predetermined remaining amount
前記上側ケーブル及び前記下側ケーブルは各々複数設けられ、
前記接続部は、複数の前記上側ケーブル及び前記下側ケーブル間の距離が略一定になるように各前記ケーブルを固定するブラケットと、
前記複数の上側ケーブルと前記複数の下側ケーブルを接続及び解除するコネクタを備えることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of the upper cables and the lower cables are provided,
The connecting portion includes a bracket for fixing each cable such that a distance between the plurality of upper cables and the lower cables is substantially constant;
A wind power generation system comprising a connector for connecting and releasing the plurality of upper cables and the plurality of lower cables.
前記ブラケットは、前記複数の上側ケーブルを支持する第1のブラケットと、
前記複数の下側ケーブルを支持する第2のブラケットと、
前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットを切り離し可能に接続するブラケット接続手段を備えることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to claim 6,
The bracket includes a first bracket that supports the plurality of upper cables;
A second bracket for supporting the plurality of lower cables;
A wind power generation system comprising bracket connection means for detachably connecting the first bracket and the second bracket.
前記ブラケット接続手段は前記第1のブラケット及び前記第2のブラケット間を近付ける又は遠ざける推力を発生されるアクチュエータを備え、
前記コネクタは引っ張り力で解除されるコネクタであることを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to claim 7,
The bracket connecting means includes an actuator that generates a thrust force that moves the first bracket and the second bracket closer to or away from each other.
The wind power generation system characterized in that the connector is a connector released by a pulling force.
前記接続部の解除後は、前記ロータが前記ナセルに対して風下に位置する様に、風の力を用いて前記ナセルが前記タワーに対して回転することを特徴とする風力発電システム The wind power generation system according to any one of claims 1 to 8,
After the release of the connection portion, the nacelle rotates with respect to the tower using wind force so that the rotor is positioned leeward with respect to the nacelle.
前記ロータを回転可能に支持するナセルと、
前記ナセルを回転可能に支持するタワーと、
前記ナセルを前記タワーに対して回転させるヨー駆動装置と、
前記ナセルと共に回転する上側ケーブルと、前記上側ケーブルと接続される下側ケーブルを備えた水平軸の風力発電システムの制御方法であって、
前記下側ケーブルが接続される系統側電圧が所定期間以上低下した場合に、前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続を解除することを特徴とする風力発電システムの制御方法 A rotor that rotates in response to the wind;
A nacelle for rotatably supporting the rotor;
A tower that rotatably supports the nacelle;
A yaw drive for rotating the nacelle relative to the tower;
A control method of a horizontal axis wind power generation system including an upper cable rotating with the nacelle and a lower cable connected to the upper cable,
A method for controlling a wind power generation system, wherein the connection between the upper cable and the lower cable is released when a system side voltage to which the lower cable is connected has dropped for a predetermined period or longer.
前記風力発電システムは、前記系統側電圧の低下時に前記ヨー駆動装置を駆動するバッテリを備えており、
前記バッテリの残量が所定残量以下に低下した場合に、前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続を解除することを特徴とする風力発電システムの制御方法 It is a control method of the wind power generation system according to claim 10,
The wind power generation system includes a battery that drives the yaw driving device when the system-side voltage decreases.
A control method for a wind power generation system, wherein the connection between the upper cable and the lower cable is released when the remaining amount of the battery falls below a predetermined remaining amount.
前記上側ケーブルと前記下側ケーブルの接続の解除後は、前記ロータが前記ナセルに対して風下に位置する様に、風の力を用いて前記ナセルが前記タワーに対して回転することを特徴とする風力発電システムの制御方法 A method for controlling a wind power generation system according to claim 10 or 11,
After the connection between the upper cable and the lower cable is released, the nacelle is rotated with respect to the tower by using wind force so that the rotor is located leeward with respect to the nacelle. Method for controlling wind power generation system
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