JP4951403B2 - 風力発電制御システム及びその制御方法 - Google Patents

風力発電制御システム及びその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4951403B2
JP4951403B2 JP2007122679A JP2007122679A JP4951403B2 JP 4951403 B2 JP4951403 B2 JP 4951403B2 JP 2007122679 A JP2007122679 A JP 2007122679A JP 2007122679 A JP2007122679 A JP 2007122679A JP 4951403 B2 JP4951403 B2 JP 4951403B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
wind
generator
load
power generation
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007122679A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008278726A (ja
Inventor
昭義 小村
昌俊 杉政
基生 二見
雅哉 一瀬
守 木村
淳二 田村
理音 高橋
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2007122679A priority Critical patent/JP4951403B2/ja
Publication of JP2008278726A publication Critical patent/JP2008278726A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4951403B2 publication Critical patent/JP4951403B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Description

本発明は、風力発電機とそれに接続された負荷(または電力貯蔵装置、あるいは発電装置)で構成される風力発電制御システム及びその制御方法に関する。
近年、地球温暖化や化石燃料枯渇の問題から、石油代替エネルギーとして水素が期待されている。水素は水の電気分解によって生成する際に、電力が必要となる。しかし、その電力に石油などの化石燃料を燃料とする火力発電によって電力を供給することは、地球温暖化や化石燃料枯渇の問題に対する抜本的な解決にはならない。そこで、風力発電などの再生可能エネルギーによる水素製造が重要視されている。
風力発電による水素製造装置として特許文献1がある。特許文献1の水素製造装置は風車発電機と、その交流出力を直流出力に変換する電力変換器と、複数の電解セルを接続する水素製造装置を備える。さらに前記直流電力を水素製造装置に供給する際に、電解セルごとにオン/オフするスイッチと、直流電力の電圧を可変制御する電圧制御部と、各電解セルに作用する電圧、電流が所定範囲内となるように電解セルの使用数を制御するセル使用数制御部を設けている。これによれば、変動する風力発電機出力に応じて電解セルをオンオフすることができるので、エネルギー効率の良い水素製造設備を提供できる。
特開2005−126792号公報 「負荷多分割形チョッパの提案;山本勇他、電気学会論文誌D,VOL124,No2,pp230-237,2004」
特許文献1においては、水素製造装置はスイッチによってオンオフ制御されるが、複数の電解セルを並列接続する場合には、各電解セルを流れる電流を積算した電流の総和(全電流)が大きくなる。通常、風車は地上から高い場所に固定され、水素製造装置は地上に設置されるため、この場合には電流密度を抑制する目的からその間の電線を太くする必要があり、限られたスペースを有効に使う必要がある風車設備では問題となる。また、複数の電解セルを直接接続する場合には、上記のような問題は発生しないが、スイッチを多数用いた複雑な回路構成をとる必要がある。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、簡単な回路構成で、風力発電設備に接続される複数台の負荷で構成されたシステムの全電流値を大きくすることなく、効率良く負荷を運転することができる風力発電制御システム及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明は、風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が負荷として少なくとも2台以上の電力を消費する電力機器を備える風力発電制御システムにおいて、前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割形チョッパを設けることを特徴とする。
前記投入ブロック数は前記風力発電機の発電機回転速度と風速から推定される最大効率運転点の回転速度と差分に応じて決定する。
本発明は、風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コントローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも2台以上の電力機器を備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムにおいて、前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割型チョッパと、前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給する発電制御部と、変動成分を前記多分割型チョッパに供給する負荷制御部を備えることを特徴とする。
前記発電制御部は系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記発電コントローラを制御することを特徴とする。
または、前記発電制御部はピッチ角を調整することで発電機回転速度を調整するための補正ピッチ角を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記発電コントローラを制御するとともに、前記補正ピッチ角で補正されたピッチ角度指令によって風車のピッチ角を調節するピッチコントローラを備えることを特徴とする。
本発明は、風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が少なくとも2台で構成される負荷を備えるとともに系統に連系される風力発電負荷システムの制御方法において、前記負荷を複数のブロックに分割し、風速による最大効率運転点での回転速度と発電機回転速度との差分に応じて前記ブロックの投入ブロック数を決定することを特徴とする。
前記風力発電機の出力が一定成分と変動成分で構成され、前記一定成分を系統電力として供給し、前記変動成分を前記多分割型チョッパに供給する場合に、系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求め、風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記風力発電機を制御することを特徴とする。
または、前記発電制御部はピッチ角を調整することで発電機回転速度を調整するための補正ピッチ角を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記発電コントローラを制御するとともに、前記補正ピッチ角で補正されたピッチ角度指令によって風車のピッチ角を調節するピッチコントローラを備えることを特徴とする。
上記において、負荷は少なくとも2台以上の複数台で構成された水素製造装置またはモータやヒータなどの電力を消費する電力機器である。電力機器に代わり、二次電池やフライホイールなどの電力貯蔵機器、あるいは燃料電池や発電機などの発電機器に置き換えることも可能である。
本発明によれば、簡単な回路構成で、風力発電設備に接続される複数台の負荷で構成されたシステムの全電流値を大きくすることなく、効率良く負荷を運転することができる。また、多分割型チョッパにおいて負荷の接続数の調整や、容量の異なる負荷の組み合わせを実現するなど、きめ細かな負荷調整をすることができる。さらに、風力発電出力を安定分と変動分に分け、前者を系統へ後者を負荷に出力するようにすれば、系統への出力変動を平滑化できる効果もある。
本発明は、風力発電機の変動出力のうち一定分を系統に出力し、不安定分で負荷を運転する。図2は一定出力分と変動出力分の関係を示す概念図である。図2(a)は風力発電機の出力波形例である。変動出力の所定時間平均P1から想定される電力の変動幅をΔPとすると、このΔP/2に補正幅αを加えた値(ΔP/2+α)をP1から差し引いたP=P1−(ΔP/2+α)が系統へ出力される有効電力となる。図2(b)に出力変動分の拡大図を示す、発電出力P1には、変動分が含まれない一定分出力Pと変動分出力Pが含まれる。このPを系統に出力するため、変動分Pに応じて負荷の容量(台数)を制御する。本発明では時々刻々と変化する風速Vと回転数ωmとの差に応じて、上記の関係を満足するようにPとPを決定する。なお、αは(P−ΔP/2)<Pとならないための裕度に相当する。つまり、αを大きくとると変動分Pが大きくなるので、負荷で消費される電力量が大きくなる。
以下、本発明の具体的な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。図1は本発明の実施の形態を示す風力発電制御システムの全体構成を示すブロック図である。図1において、1は風車、2は発電機(ここでは、交流励磁形発電機を例にとる:以下、交流発電機)、3はAC−DC−AC電力変換器でコンバータ31とインバータ32及び直流結合部33を持つ。4は多分割型チョッパ、5は負荷で、ここでは複数台の水素製造装置で構成されている。6は制御装置で、風速Vと発電機回転数ωmを入力とする負荷制御部10および発電制御部20を有している。風速Vは風車の近傍に設置された風速計から、発電機回転数ωmは風力発電機2の回転軸から検出される。7は電力系統であるが、特に電力系統と連系されていなくてもよい。
交流発電機2は風車1によって駆動される可変速風力発電機である。複数台の風力発電機を用いてもよいが、ここでは省略して1台のみを示している。本実施例の交流発電機2は交流励磁形で、系統への有効出力電力PとG点における端子電圧Vを検出し、系統電圧の平滑化と端子電圧一定制御を行う。本例では、交流励磁型発電機を用いたが、また誘導発電機や同期発電機など他の種類の発電機を用いてもよい。負荷多分割形チョッパ4は複数台の水素製造装置5を複数のブロックに分割し、ブロックごとにオンオフ制御する。
図3は交流発電機の制御装置の構成図を示す。交流発電機2の制御は、電力変換器(AC−DC−AC)3のインバータ32によって発電機2の2次側(回転子側)へすべり周波数の交流電力を供給し、励磁制御が行われる。インバータ32を制御するために、1次側(固定子側)の交流電力をコンバータ31に供給して直流電力に変換し、この直流をインバータ32で交流変換する。このように、交流発電機2は2次側の励磁によって制御されるため電力変換器3の容量が励磁容量だけですみ、低コスト化が図れるメリットがある。
電力変換器3を構成するコンバータ31とインバータ32にはPWM方式を用い、その制御にはPI制御を用いている。図3において、PREFは発電機2の有効電力出力の指令値で、VREFはG点(図1)の端子電圧Vの指令値である。コンバータ32はDCリンク部33の電圧EDCが一定になるように制御している。図示のI、I’とI、I’はそれぞれ3相−2相変換された有効分電流と無効分電流を表す。これらを用いる制御技術は周知であるので、詳細な説明は省略する。
図4は風車の特性図である。なお、この特性は風車のピック角によっても変化する。風車入力は風速に応じて変化するため、発電機は各速度の最大値を通る曲線Pmaxとなるように制御される。例えば、発電機2の可変速範囲がたとえば同期速度の+/−30%の場合、発電機出力の最大値を定格出力とすると、図の破線を通るように制御される。
図5Aは多分割型チョッパと水素製造装置を組み合せた回路構成を示す。水素製造装置5は複数のブロックごとに負荷多分割形チョッパ4に接続される。点線内は水素製造装置5の1ブロックの水素製造装置の等価回路を示し、ブロック(1)−ブロック(3)に分割されている。各ブロックのオンオフをチョッパ制御することによって、負荷としての水素製造装置の運転ブロック数を変化させることができ、これによって、負荷調整が可能になる。
図5Bは多分割形チョッパを並列に接続した場合の実施例を示す。この場合、回路全体の電圧を増加することなく、負荷制御台数を増やすことができる。
図5Cはチョッパごとに容量(直流電圧)が異なる負荷を接続した例を示す。チョッパごとに容量(直流電圧)が異なる負荷を接続することで、細かい負荷調整が可能である。図5Bの例では負荷全体の出力を整数倍にしか調整できないが、この例では出力を1.0倍(V1のみを運転)、1.25(V1とV4を運転)、1.5(V1とV2を運転)・・・というように、細かく出力を調整することできる。
次に負荷制御部10を説明する。図6は負荷制御部の構成を示す。ブロック制御部11はVとωmを入力して投入するブロック数Nを決定する。チョッパコントローラ12は投入ブロック数Nに従い、投入するブロックのスイッチ(例えば、図5Bまたは図5Cの場合、S1〜S6)のオンオフ制御を行う。
図7にブロック数制御回路の構成例を示す。発電機2の回転子の角速度ωmと風速Vより算出される最大効率運転点での回転角速度ωm−op(ωmax)との差分をPI制御してその値を所定時間(たとえば0.5秒)ごとにサンプリングし、水素製造装置の投入ブロック数Nを決定する。たとえば、出力を0〜6の範囲で変化し、その整数値を取ることによって、投入する水素製造装置のブロック数を決定する。出力が2.8であればその整数値2をとり、投入ブロック数とする。また、ωmがωm−opよりも小さいときはその差分に補正を加えて、早めに投入数を減らすように制御する。
図8はチョッパ制御部の構成例を示す。チョッパコントローラ12は多分割型チョッパ4のスイッチS1−S6(図5B)の制御信号を出力する。ブロック数制御部11で投入数Nが決定されると、その投入ブロック数となるようにチョッパ制御が行われる。水素製造装置5の各ブロックをON状態にするためには、水素製造装置のブロックごとに定格電圧Vがかかるように電圧を制御する(例:V1REF=V)。一方、OFF状態にするときには、水素製造装置4のブロックごとに流れる電流がゼロとなるように電圧の指令値を与える(例:V1REF=V)。さらに、iを任意のブロックとして、VとViREFとの差分をPI制御し、大きさが0〜1の三角波と比較してそれぞれの制御信号を決定する。
図9に基本的な負荷多分割形チョッパの回路動作を示す。ここでは、負荷が2段の場合について説明する。
(a)は期間1を示し、昇圧用のスイッチSがターンオンすると、電源EからリアクトルL、スイッチSを通って電流が点線のように流れ、リアクトルLには電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で電源Eと負荷(R、R)は切り離されるが、負荷側には前期間の動作で充電されていたコンデンサC及びCの放電により、R、Rに電力が供給される。スイッチSがターンオフすると、期間1が終了する。
(b)は期間2を示し、スイッチSがターンオフし、スイッチSがターンオンする、電源Eより電流がコンデンサCを充電すると共に、負荷Rに電力を供給する。スイッチSのターンオンが終了すると、この期間2が終了する。
(c)は期間3を示し、スイッチSがターンオフすると、電源Eの電流は下側スイッチ回路から上側ダイオード回路へと転流する。この電流はコンデンサC、Cを同時に充電し、負荷へも電力を供給する。
次に、発電制御部20の構成と動作を説明する。図10は発電制御部の構成を示すブロック図である。発電制御部20は風速Vと回転速度ωmを入力して、風速Vから最大効率運転点での発電機出力Pmax、風速Vと回転速度ωmとから補正出力Pを求める速度調整部21と、PmaxとPを加算したPinを平均値演算するフィルター22をもつ。フィルター22の出力が、最終的には系統7に出力される出力指令値Pである。また、ブロック数制御部11の投入ブロック数Nに基づいて負荷容量を演算する負荷演算部23の出力指令値Pと系統への出力指令値Pとを加算したPを発電機コントローラ24に入力する。発電機コントローラ24はP=P+Pを有効電力指令値として電力変換器3を制御する。
図11は速度調整部の構成を示すブロック図である。速度調整部21は有効電力指令値Pを得るためのブロックAと、発電機の回転速度ωmが最大効率運転点の近傍となるように制御するブロックBを有している。ブロックAでは風速Vを入力し、図4を用いて、最大効率運転を行った場合の有効電力値Pmaxを計算する。しかし、この制御を適用すると、風による風車入力に対して系統出力が低くなるため、発電機2の回転速度が上昇し、風速に対する最大効率運転点を大きく外れ、発電機の効率が低下してしまう。そこで、上述のように水素製造装置5を多分割型チョッパ4によって分割投入し、回転数を最大効率運転点の近傍に制御する。
しかし、発電機の回転速度ωmが最大効率運転点より下回った場合は水素製造装置の分割制御では制御できない。そこで、水素製造装置の投入数を減らすように制御すると共に、ブロックBのように発電機の回転速度ωmと風速Vによる最大回転数ωmaxの差分をとり、その差分値に応じて補正値Pを算出し、回転数が最大効率運転点より離れ過ぎないように制御している。
ブロックCは、回転数が、たとえば0.7pu以下にならないように、下限けり返し補正を行っている。回転数が0.7以下になるときは、ωmと0.7の差分に応じて補正値Pを算出し、回転数が0.7を下回らないように補正している。
図12は風力発電制御システムの全体構成で、系統電力の制御によって発電機回転速度を制御する場合の実施例である。ピッチ制御部50は、回転速度ωmが最大回転数ωmaxを超えることを防止するために用いられている。ピッチコントローラ51は、ピッチ制御部50のピッチ角度指令θ*に基づいて風車1の羽角度を制御する。θが0で最大の風車入力が得られ、θが増えるに従って風車入力は減少する。
図13は系統電力の制御によって発電機回転速度を調整する制御手順を示すフロー図である。ステッップ101は風速V、発電機回転速度ωm、ピッチ角度指令θ*を取り込む。ステップ102は風速Vから推定される最大効率運転点での有効電力Pmax=f(Vw,θ*)を図4(特性がピッチ角度に応じて変わる)より算出する。ステップ103は回転速度ωmと、風速Vから推定される最大効率運転点の回転速度との差分を補正する補正値Pc1を決定する(図11のBlockB)。ステップ104は回転速度ωmが0.7pu以下になるかチエックする。ステップ105は、0.7pu以下であれば、補正値Pc2を決定する(図11のBlockC)。ステップ106はPmax、Pc1、Pc2を加算してPinを算出する。ステップ107はPinを平均値演算してPを算出し、ステップ108はこのPを系統電力に供給する。
ステップ109は風速Vwと発電機回転速度ωmからチョッパで分割されるブロック数Nを決定する(図7)。ブロック数Nはチョッパ制御部12に与えられ、スイッチ4のオンオフ信号を発生する(ステップ113)。ステップ110はブロック数Nからチョッパ消費電力Pを算出する。ステップ111はこのPとステップ106で算出したPinから平均値演算したPを加算して発電指令Pを求め、ステップ112は発電機コントローラ24に発電指令Pを与える。
ステップ114は、回転速度ωmが0.7puを超えるとき、ωm≧1.3か判定する。ステップ115は、ωmが1.3以上の時に、ωmが1.3以下となるようにピッチ角指令値θ*を決定して風車のピッチ角制御を行う。
図14は風力発電制御システムの他の実施例による全体構成で、ピッチ角度の制御によって発電機回転速度を制御する場合である。図12との違いは、速度調整部12の出力である補正値Pを系統電力調整ではなく、ピッチ角度の調整に用いている点である。図13で、補正角演算部52は風速Vと回転速度ωmによる補正値Pに基づいてピッチ角度の補正角Δθを演算し、ピッチ制御部50のピッチ角度指令値θmに加算器53で加算し、補正されたピッチ角度指令θ*を得る。これにより、回転速度はピッチ制御により補正され、発電機は最大効率運転点近傍の回転速度に調整される。
図15はピッチ角度の制御によって発電機回転速度を調整する制御手順を示すフロー図である。ステップ101は風速V、発電機回転速度ωm、ピッチ角度指令θ*を取り込む。ステップ102は風速Vから推定される最大効率運転点での有効電力Pmax=f(Vw,θ*)を算出する。なお、風速V、発電機回転速度ωmを基にブロック数Nを決定してチョッパ制御を行う手順(ステップ109〜113)は、図13と同じであるので省略する。ステップ103〜105も図13と同じである。
ステップ122は、ステップ103による補正値Pc1とステップ105による補正値Pc2を加算し、補正値Pcを求める。ステップ123は、補正値Pcに基づいてピッチ角の補正角Δθc(Δθc=f(Pc))を算出する。一方、ステップ1212のピッチ角制御は、回転速度ωmと所定値であるωmの最大値ωmaxに基づいてピッチ角指令θmを求める。ステップ124は、θmとΔθcを加算して、最終的なピッチ角指令値θ*を決定して風車のピッチ角制御を行う。
図16は交流発電機のシミュレーション結果を示す。風力発電機2と負荷多分割形チョッパ4を用いた水素製造装置5の組み合わせによる系統出力のシミュレーションを行った。(a)の発電機の有効電力出力Pと(b)の系統への有効電力出力Pを参照すると、出力変動の大部分が平滑化されていることが分かる。また、(c)の発電機の回転速度はほぼ最大効率運転点の近傍で維持されていることが分かる。
図17は水素製造装置のON−OFF特性を示す。図5Bに示す(1)〜(6)ブロックのON−OFF特性で、ブロック数の番号が上がるに従ってONが減っている。この分割投入によって回転数を最大効率運転点の近傍に制御し、発電機の効率を大きく下げることなく、系統出力の平滑化が行われている。
以上の実施例では、電力系統への連系がある場合について説明をしてきたが、P=0とすれば電力系統へ連系しない独立したシステムとなる。
また、負荷に水素製造装置を用いたが、負荷はこれに限られるものではない。例えば、負荷としてはモータやヒータなどの電力を消費する電力機器でもよく、その代わりに二次電池やフライホイールなどの電力貯蔵機器、あるいは燃料電池や発電機などの発電機器を適用してもよい。
図18は負荷として燃料電池を用いた場合の多分割形チョッパと負荷を組合せた回路図を示す。この場合、系統へ供給される有効電力は、P=P1+(ΔP/2+α)となる点が、前述した実施例と異なる。
図19は負荷として二次電池を用いた場合の多分割形チョッパと負荷を組み合わせた回路図を示す。この場合、二次電池に電力を貯蔵する場合には、負荷として水素製造装置を用いた実施例と同じ動作を行い、二次電池から電力を供給する場合には、負荷として燃料電池を用いた実施例(図18)の動作を行えばよい。
本発明の一実施例による風力発電水素製造装置の概略全体構成を示すブロック図。 本発明の課題に関わる安定出力分と不安定出力分の関係を示す概念図。 風力発電機の制御装置の構成図。 風力発電機の動作点を示す特性図。 多分割型チョッパと水素製造装置の制御ブロック図。 多分割型チョッパと水素製造装置の他の制御ブロック図。 多分割型チョッパと水素製造装置の更に他の制御ブロック図。 負荷制御部のブロック図。 ブロック数制御部の機能を説明するブロック図。 チョッパ制御部の機能を説明する説明図。 負荷多分割形チョッパ制御のブロック図。 発電制御部の構成を示すブロック図、 発電機回転速度を調整する制御ブロック図。 系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を制御するための全体構成を示すブロック図。 図12の構成の制御手順を示すフローチャート。 ピッチ角を調整することで発電機回転速度を制御するための全体構成を示すブロック図。 図14の構成の制御手順を示すフローチャート。 風力発電機のシミュレーション結果を示すグラフ。 水素製造装置の各ブロックのON−OFF特性を示すグラフ。 多分割型チョッパと燃料電池の制御ブロック図。 多分割型チョッパと二次電池の制御ブロック図。
符号の説明
1…風車、2…風力発電機、3…電力変換器、31…コンバータ、32…インバータ、4…多分割型チョッパ、5…水素製造装置、6…制御装置、7…系統、10…負荷制御部、11…ブロック数制御部、12…チョッパ制御部、20…発電制御部、21…速度調整部、22…フィルター(平均値演算部)、23…負荷演算部、24…発電機コントローラ、50…ピッチ制御部、51…ピッチコントローラ、52…補正角演算部。

Claims (14)

  1. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が負荷として少なくとも2台以上の電力を消費する電力機器を備える風力発電制御システムにおいて、
    前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割形チョッパ、前記投入ブロック数は前記風力発電機の回転数と風速から推定される最大回転数の差分に応じて決定する負荷制御部を設けることを特徴とする風力発電制御システム。
  2. 請求項1において、前記多分割形チョッパは複数の多分割形チョッパを並列接続してなることを特徴する風力発電制御システム。
  3. 請求項1において、前記負荷は各ブロックごとに容量または出力が異なることを特徴とする風力発電制御システム。
  4. 請求項1において、前記負荷として水素製造装置を設けることを特徴とする風力発電制御システム。
  5. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コントローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも2台以上の電力機器を備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムにおいて、
    前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割型チョッパと、
    前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給する発電制御部と、変動成分を前記多分割型チョッパに供給する負荷制御部を備え、
    前記発電制御部は電力系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令値により前記発電コントローラを制御することを特徴とする風力発電制御システム。
  6. 請求項において、前記速度制御部は風速による最大効率運転点での回転速度と発電機
    回転速度の差に応じて前記補正電力を求めることを特徴とする風力発電制御システム。
  7. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コントローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも2台以上の電力機器を備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムにおいて、
    前記負荷を複数のブロックに分割し、投入ブロック数に応じて負荷を制御する多分割型チョッパと、
    前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給する発電制御部と、変動成分を前記多分割型チョッパに供給する負荷制御部を備え、
    前記発電制御部はピッチ角を調整することで発電機回転速度を調整するための補正ピッチ角を求める速度制御部を有し、風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッパへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令値により前記発電コントローラを制御するとともに、
    前記補正ピッチ角で補正されたピッチ角度指令値によって風車のピッチ角を調節するピッチコントローラを備えることを特徴とする風力発電制御システム。
  8. 請求項において、前記補正ピッチ角は風速による最大効率運転点での回転速度と発電
    機回転速度の差に応じて求めることを特徴とする風力発電制御システム。
  9. 請求項において、前記負荷として水素製造装置を設けることを特徴とする風力発電制
    御システム。
  10. 請求項において、前記負荷の代わりに、複数台で構成される二次電池もしくはフライ
    ホイールなどの電力貯蔵装置、または燃料電池もしくは発電機などの発電設備を備えたこ
    とを特徴とする風力発電制御システム。
  11. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機が負荷として少なくと
    も2台以上の電力を消費する電力機器を備える風力発電制御システムの制御方法において

    前記負荷を複数のブロックに分割し、風速による最大効率運転点での回転速度と発電機
    回転速度との差分に応じて前記ブロックの投入ブロック数を決定することを特徴とする風
    力発電制御システムの制御方法。
  12. 風車と、該風車によって駆動される風力発電機と、該風力発電機を制御する発電コント
    ローラと、前記風力発電機が負荷として電力を消費する少なくとも2台以上の電力機器を
    備えるとともに系統に連系される風力発電制御システムの制御方法において、
    前記負荷を複数のブロックに分割し、風速による最大効率運転点での回転速度と発電機
    回転速度との差分に応じて前記ブロックの投入ブロック数を決定することを特徴とする風
    力発電制御システムの制御方法。
  13. 請求項12において、前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給し、
    変動成分を前記多分割型チョッパに供給する場合に、
    系統への供給電力を調整することで発電機回転速度を調整するための補正電力を求め、
    風速から推定される最大効率運転点での有効電力と前記補正電力の加算値をフィルター処
    理または平均値演算によって前記一定成分を求め、また前記投入ブロック数によりチョッ
    パへの供給電力を求め、前記一定成分と前記チョッパ電力の和による発電機有効電力指令
    値により前記風力発電機を制御することを特徴とする風力発電制御システムの制御方法。
  14. 請求項12において、前記風力発電機の出力のうち一定成分を系統電力として供給し、
    変動成分を前記多分割型チョッパに供給する場合に、
    風速から推定される最大効率運転点での有効電力をフィルター処理または平均値演算に
    よって前記一定成分を求め、かつ前記投入ブロック数によりチョッパ供給電力を求め、前
    記一定成分と前記チョッパ供給電力の和による発電機有効電力指令により前記風力発電機
    を制御し、
    また風速から推定される最大効率運転点での回転速度と前記発電機回転速度の差に応じ
    てピッチ角の補正角を求め、該補正角により補正されたピッチ角指令値により風車のピッ
    チ角を制御することを特徴とする風力発電制御システムの制御方法。
JP2007122679A 2007-05-07 2007-05-07 風力発電制御システム及びその制御方法 Expired - Fee Related JP4951403B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007122679A JP4951403B2 (ja) 2007-05-07 2007-05-07 風力発電制御システム及びその制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007122679A JP4951403B2 (ja) 2007-05-07 2007-05-07 風力発電制御システム及びその制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008278726A JP2008278726A (ja) 2008-11-13
JP4951403B2 true JP4951403B2 (ja) 2012-06-13

Family

ID=40056031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007122679A Expired - Fee Related JP4951403B2 (ja) 2007-05-07 2007-05-07 風力発電制御システム及びその制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4951403B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109962482A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 北京有色金属研究总院 基于市电功率补偿的风电非并网制氢系统及其控制方法
CN111786424A (zh) * 2020-06-01 2020-10-16 东南大学 一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5555153B2 (ja) * 2010-12-27 2014-07-23 川崎重工業株式会社 再生型燃料電池装置を備えた電源設備
JP2013034295A (ja) * 2011-08-01 2013-02-14 Kobe Steel Ltd 発電設備に設けられた電圧安定化装置
JP5777211B2 (ja) * 2011-09-05 2015-09-09 国立大学法人東京工業大学 ウィンドファーム
CN103441517B (zh) * 2013-08-08 2015-06-03 河海大学 近海可再生能源综合发电系统功率波动的平滑方法
CN106329551A (zh) * 2016-10-20 2017-01-11 青岛华创风能有限公司 一种延长机组使用寿命的风电场功率调节算法
JPWO2020105369A1 (ja) * 2018-11-19 2021-09-27 旭化成株式会社 水素製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004274935A (ja) * 2003-03-11 2004-09-30 Denso Corp 多出力dcチョッパ回路
JP2004350344A (ja) * 2003-05-20 2004-12-09 High Frequency Heattreat Co Ltd Dc−dcコンバータおよびスイッチングレギュレータ
JP4251928B2 (ja) * 2003-06-30 2009-04-08 株式会社 セテック 風力発電水電解水素製造システム
JP4406866B2 (ja) * 2003-10-27 2010-02-03 株式会社Ihi 水素製造設備

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109962482A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 北京有色金属研究总院 基于市电功率补偿的风电非并网制氢系统及其控制方法
CN109962482B (zh) * 2017-12-26 2020-11-06 有研工程技术研究院有限公司 基于市电功率补偿的风电非并网制氢系统及其控制方法
CN111786424A (zh) * 2020-06-01 2020-10-16 东南大学 一种风电场惯量响应及一次调频潜力的量化评估方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008278726A (ja) 2008-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4495001B2 (ja) 発電システム
JP4951403B2 (ja) 風力発電制御システム及びその制御方法
KR101550755B1 (ko) 복합 발전 시스템용 전력 변환 장치
JP5308511B2 (ja) 風力発電設備の出力制御方法及び出力制御装置
US8373312B2 (en) Solar power generation stabilization system and method
JP5198791B2 (ja) 風力発電システム及びその制御方法及びこれを用いた風力発電所
JP5414082B2 (ja) 電力供給システム、電力供給方法、プログラム、記録媒体及び電力供給制御装置
EP2818692B1 (en) Pumped storage system
JP2005269843A (ja) 系統連系装置
JP2006067760A (ja) 分散型電源装置
JP2007249341A (ja) 水素製造システム
JP2006060983A (ja) 電源装置
KR20170129456A (ko) 배터리 에너지 저장 시스템
JP5830484B2 (ja) 無効電力比率制御器、無効電力比率制御方法、およびこれを用いた発電システム
JP2004192899A (ja) 燃料電池システムの運転制御装置
EP3128637A1 (en) Dc/ac converter apparatus comprising means for controlling the reactive power and power conversion and generation system comprising such dc/ac converter apparatus
JP2012016150A (ja) 太陽光発電装置
CN106887847A (zh) 一种可变频率变压器直接负荷控制的微电网及其运行方法
JP6455661B2 (ja) 自立運転システム
Marmouh et al. Performance and power quality improvement based on DC-bus voltage regulation of a stand-alone hybrid energy system
KR20130113805A (ko) 고용량 풍력 발전 장치와 고용량 풍력 발전 장치의 제어 방법
JP2020068650A (ja) 系統システム、制御装置及び系統システムの制御方法
EP2822163A1 (en) Power supply system
JP6479516B2 (ja) 入力制御蓄電システム
JP2015192549A (ja) 電力変換装置及び電力変換方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090413

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111129

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120214

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120312

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4951403

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150316

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees