JP4245455B2 - 風力発電におけるpwmコンバータのトルク指令優先回路 - Google Patents
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Description
風車は、風車の形状及び風速Uが決まると、風車回転数Nに対する風車出力Pが一義的に定まり、種々の風速Uに対する風車出力Pは、図3の実線で示される。そして、風車出力Pのピークは、図3の一点鎖線で示す最大出力曲線のようになる。
この時、種々の風速において、風車出力のピークを出力する時の風車トルクは、図2の一点鎖線で示す最大出力時トルク曲線のようになる。
ここで、例えば、図3の風速Uxにおける最大出力Pxとなる風車回転数Nxと、図2の風速Uxと最大出力時トルク曲線との交点Rxにおける風車回転数Nxとは同じ風車回転数Nであることを表す。
定常的な風から常に、最大出力を取り出すためには、最大出力時トルク曲線に沿った風車回転数Nにより一義的に定まるトルクで運転すれば良い。
図4において、1は風車、2は回転計、3は発電機、4はPWMコンバータ、5は負荷、10はパターン制御時トルク指令回路である。
風車1により駆動される発電機3の交流側は、PWMコンバータ4に接続され、風車1により可変速に駆動される発電機3の交流電力は、PWMコンバータ4により直流電力に変換されて、負荷5に出力される。ここで、先願技術として取り上げる負荷5とは、直流を交流に変換して出力する電源系統のことである。
パターン制御時トルク指令回路10は、回転計2より風車回転数Nを入力し、図3の最大出力時トルク曲線に基づいて、パターン制御時トルク指令値τp*を生成し、このパターン制御時トルク指令値τp*によりPWMコンバータ4が制御される。
風速がUxの時は、最大出力時トルク曲線上の交点Rxすなわちトルクτxで運転され、風速が低くなりUyの時は、最大出力時トルク曲線上の交点Ryすなわちトルクτyで運転される。
このように風速が変動しても、常に風車回転数により定まる最大出力時トルク曲線上で運転されるために、結局、図4の一点鎖線で示す最大出力曲線上で運転され、風車1は最大出力運転される。
一般に、風速Uが低い時は風車の回転数Nも低く、風から取り出せるエネルギーが小さいために低回転時には風車を停止させる。さらに、風車は回転数Nがある程度上昇して、確実に風があることを確認し、さらに系統連系が可能か否かを確認してから風車発電装置を起動させる。
従って、先願技術の如きトルクパターン制御をそのまま行うと、風があるにも関わらず、ある一定以下の風車回転数に下がることがあるので、風車発電装置を頻繁に停止しなければならず、低風速時には再起動に要する時間も含めて風車発電装置を運転する時間が短くなり、風から十分にエネルギーを取り出せないという問題があった。
従って、本発明は、その風速計を利用して概略の風速により、前述の課題を解決するものであり、その目的を達成するための手段は、
請求項1において、風車により駆動される発電機に接続したPWMコンバータにおいて、風速を検出する手段と、前記風車の風車回転数を検出する手段と、該風車回転数を入力して前記風車の最大出力トルク曲線に基づいてパターン制御時トルク指令値を出力する手段と、前記風速を入力して前記風車の回転数指令値を出力する手段と、該回転数指令値と前記風車回転数を入力して回転数制御時トルク指令値を出力する手段と、前記パターン制御時トルク指令値または前記回転数制御時トルク指令値を入力して前記発電機のトルク指令値とする優先手段を有することを特徴とする風力発電におけるPWMコンバータのトルク指令優先回路である。
図1は、本発明の、風車により駆動される発電機に、PWMコンバータを接続した請求項1及び2記載のPWMコンバータのトルク指令優先回路を説明するための風力発電装置接続図である。
同図において、11は風速計、12は回転数指令回路、13は回転数制御時トルク指令回路、14はトルク指令優先回路であり、図4と同一番号は同一構成部品を表す。
以下、図1について説明する。
回転数制御時トルク指令回路13は、風車回転数指令値Nn*と風車回転数Nを入力して、回転数制御時トルク指令値値τn*をトルク指令優先回路14に出力する。
パターン制御時トルク指令回路8は、風車回転数Nを入力してパターン制御時トルク指令値τp*をトルク指令優先回路14に出力する。
トルク指令優先回路14は、風速U、回転数制御時トルク指令値τn*およびパターン制御時トルク指令値τp*を入力して、どちらかのトルク指令値τ*を優先し、このトルク指令値τ*によりPWMコンバータ4が制御される。
風速UはPWMコンバータ4に出力され、風の無い時は風車発電装置を停止する。
回転数指令回路12には、風速Uに対する風車回転数指令値Nn*が、予め風速により定まる最大出力となる風車回転数N、または風車の失速を防ぐために最大出力となる風車回転数Nよりも高めの風車回転数Nがパターン化して予め記憶されている。
回転数制御時トルク指令回路13は、例えば、風車回転数指令値Nn*と風車回転数Nの偏差を比例積分制御して、回転数制御時トルク指令値τn*を出力する。
トルク指令優先回路14は、トルク指令値τ*として、風速Uがある一定値以下すなわち回転数制御風速Un以下のときはトルク指令値τ*を出力せず、また風車発電装置も起動されないが、風速Uが回転数制御風速Un以上でパターン制御時風速Up以下の時は回転数制御時トルク指令値τn*とパターン制御時トルク指令値τp*の小さい方のトルク指令値を優先し、風速Uが高くパターン制御時風速Up以上の時はパターン制御時トルク指令値τp*を優先してPWMコンバータ4により発電機3を制御する。
また風速がパターン制御時風速Up以上のときには、風車がパターン制御時トルク指令値τp*により制御されるために、最大出力運転される。
又、トルク指令値τ*を選択する風速Uの値として、適度に平滑した風速計11の値を併用することにより、風速変動の激しい時にも、風力発電装置の頻繁な起動・停止を阻止できる。
さらに、発電機は、同期発電機だけでなく、図2の風車回転数対風車トルク特性の最大出力時トルク曲線との関係を把握すれば、誘導発電機を用いても良い。
2 回転計
3 発電機
4 PWMコンバータ
5 負荷
10 パターン制御時トルク指令回路
11 風速計
12 回転数指令回路
13 回転数制御時トルク指令回路
14 トルク指令優先回路
Claims (2)
- 風車により駆動される発電機に接続したPWMコンバータにおいて、風速を検出する手段と、前記風車の風車回転数を検出する手段と、該風車回転数を入力して前記風車の最大出力トルク曲線に基づいてパターン制御時トルク指令値を出力する手段と、前記風速を入力して前記風車の回転数指令値を出力する手段と、該回転数指令値と前記風車回転数を入力して回転数制御時トルク指令値を出力する手段と、前記パターン制御時トルク指令値または前記回転数制御時トルク指令値を入力して前記発電機のトルク指令値とする優先手段を有することを特徴とする風力発電におけるPWMコンバータのトルク指令優先回路。
- 請求項1記載のトルク指令優先回路において、前記風速が低い時は前記回転数制御時トルク指令値と前記パターン制御時トルク指令値の小さい方のトルク指令値を優先し、前記風速が高い時は前記パターン制御時トルク指令値を優先する手段により構成することを特徴とする請求項1記載の風力発電におけるPWMコンバータのトルク指令優先回路。
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