JP6021121B2 - 風力発電装置の制御装置、風力発電装置、ウインドファーム、及び風力発電装置の制御方法 - Google Patents
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Description
電力系統に系統連系されて同期発電機が同期速度に達している状態とは、同期発電機が無負荷でも回転可能な状態である。このような状態では、同期発電機の界磁電流の大きさを制御することで、電力系統へ供給する無効電力の大きさを制御することができる。例えば、無風状態となりロータの回転が停止した場合等、同期発電機に動力が伝達されなくなった場合でも、系統連系されている同期発電機を電力系統へ無効電力を供給又は吸収する同期調相機として用いることができる。
所定値以下の動力とは、風力発電装置の消費電力に相当する有効電力を出力できる動力以下の動力である。すなわち、所定値以下の動力とは、同期発電機に伝達される動力が0(零)となった場合も含まれる。また、同期発電機に伝達される動力が0以上の所定値の場合に同期発電機を同期調相機として運転することによって、電力系統へ無効電力を供給すると共に、風力発電装置の消費電力を賄うための有効電力を電力系統へ供給できる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
本第1実施形態に係る風力発電装置10は、発生した電力を電力系統へ送電するために系統連系されており、一例として洋上に設置される。風力発電装置10は、基礎12上に立設されるタワー(支柱)14と、タワー14の上端に設置されるナセル16と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル16に設けられるロータ18とを有している。
カムの周囲には、ロータシャフト34を中心に放射状に配置された複数のピストンによって対応するシリンダ内の作動油を圧送する油圧ポンプ32が設けられている。そして、ロータ18の回転に伴ってカムが回転することによって、油圧ポンプ32が有するピストンが、カムの山部と谷部とに交互に当接することとなる。油圧ポンプ32が有するピストンがカムの山部に当接すると、ピストンは作動油をシリンダ外へ送出し、ピストンが谷部に当接すると、ピストンは作動油をシリンダ内へ吸引する。
このように、高圧マニホールド42は、油圧ポンプ32から油圧モータ38へ作動油を送油し、低圧マニホールド44は、油圧モータ38から油圧ポンプ32へ作動油を送油する。
また、風車制御装置60は、トルク指令値生成部64によってロータ回転数に応じたトルク指令値を生成し、油圧ポンプ32及び油圧モータ38を制御する油圧ドライブ制御部66へ出力する。なお、トルク指令値生成部64は、ロータ回転数に対する最適なトルク指令値を示したテーブル情報を記憶しており、該テーブル情報に基づいてトルク指令値を生成する。
図3に示されるグラフは、横軸が界磁電流、縦軸が固定子電流であり、界磁電流の大きさに応じてV字状に固定子電流が変化することを示している。
そして、上述したように、同期発電機30は、無負荷の状態において同期調相機として運転され、力率が1となる場合を境として、界磁電流を大きくすることで無効電力を電力系統54へ供給できる一方、界磁電流を小さくすることで無効電力を電力系統54から吸収することができる。
本第1実施形態に係る界磁制御部67は、風速計70による計測結果に基づいて、同期発電機30を同期調相機として用いる処理(以下、「調相処理」という。)を実行する。
ステップ104で肯定判定の場合とは、ロータ18を回転させることが可能な場合である。このような場合は、同期発電機30へ伝達される動力が所定値(本第1実施形態では0)を超える場合であり、ステップ106では、同期発電機30を同期調相機として用いることが停止され、同期発電機30が再起動されて発電が行われる。
そこで、同期発電機30が同期速度に達していない場合に、油圧ドライブ制御部66が、アキュムレータ46に蓄えられている加圧された作動油を高圧マニホールド42に供給し、油圧モータ38を回転させて、同期発電機30を同期速度とする。すなわち、アキュムレータ46に蓄えられている作動油の圧力エネルギーが、同期発電機30を加速するためのエネルギーとして用いられる。これにより、風力発電装置10は、風速に関係なく同期発電機30を同期調相機として運転することができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
ウインドファーム80は、複数の風力発電装置10、及び風力発電装置10に対して制御信号等を送信するウインドファーム制御装置82を備える。
なお、通常発電モードから無効電力モードへの切り替えのタイミングの決定、無効電力モードへ切り替える風力発電装置10の台数、及び切り替える風力発電装置10の選択等は、ウインドファーム制御装置82によって行われる。そして、通常発電モードから無効電力モードへ切り替えられる風力発電装置10には、ウインドファーム制御装置82から制御指令値が送信される。
また、モードを切り替える風力発電装置10の選択に際しては、個々の風力発電装置10の運転状況を比較し、有効電力出力の小さいものから優先して切り替えることとしてもよい。
このため、通常運転モードで運転されている風力発電装置10から無効電力を供給することも加味した無効電力の最大値Qtotal_maxが算出され、その後、無効電力の総量Qtotalが無効電力指令値Qtotal_demamdに達するように、通常運転モードで運転されている風力発電装置10からも無効電力が供給される。
図10は、ウインドファーム80の有効電力吸収処理の流れを示すフローチャートである。
なお、通常発電モードから有効電力吸収モードへの切り替えのタイミング、有効電力吸収モードへ切り替える風力発電装置10の台数、及び切り替える風力発電装置10の選択等は、ウインドファーム制御装置82によって行われる。そして、通常発電モードから有効電力吸収モードへ切り替えられる風力発電装置10には、ウインドファーム制御装置82から制御指令値が送信される。
また、モードを切り替える風力発電装置10の選択に際しては、個々の風力発電装置10の運転状況を比較し、有効電力出力の小さいものから優先して切り替えることとしてもよい。
18 ロータ
20 翼
30 同期発電機
32 油圧ポンプ
38 油圧モータ
46 アキュムレータ
60 風車制御装置
66 油圧ドライブ制御部
67 界磁制御部
68 発電機制御部
80 ウインドファーム
Claims (11)
- 翼を有するロータの回転により同期発電機が発電する風力発電装置の制御装置であって、
電力系統に系統連系されて前記同期発電機が同期速度に達している状態で、かつ前記同期発電機に伝達される動力が前記風力発電装置の消費電力に相当する有効電力を出力可能な動力とされる所定値となった場合、前記同期発電機を同期調相機として運転させ、前記同期発電機の界磁電流の大きさを制御する発電機制御手段
を備えた風力発電装置の制御装置。 - 前記風力発電装置は、前記ロータの回転によって作動油を圧送する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから圧送されてきた作動油によって回転することで、前記ロータの回転数以上の回転数で前記同期発電機を回転駆動させる油圧モータと、前記油圧ポンプから前記油圧モータへ作動油を送油する高圧側配管に設けられ、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータへ流入出する作動油を蓄えるアキュムレータと、を具備し、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを制御する油圧制御手段
を備えた請求項1記載の風力発電装置の制御装置。 - 前記油圧制御手段は、前記同期発電機が同期速度に達していない場合に、前記アキュムレータに蓄えられている作動油によって前記油圧モータを回転させて、前記同期発電機を同期速度とする請求項2記載の風力発電装置の制御装置。
- 前記発電機制御手段は、前記同期発電機を同期電動機として動作させることによって、前記油圧モータを油圧ポンプとして動作させて、前記ロータが回転していなくても前記アキュムレータに作動油を加圧して蓄えさせる請求項2又は請求項3記載の風力発電装置の制御装置。
- 前記同期発電機は、伝達される動力が前記所定値を超える場合に同期調相機として用いられることが停止されて、発電を行う請求項1から請求項4の何れか1項記載の風力発電装置の制御装置。
- 前記所定値以下となったか否かは、風速又は前記ロータの回転数に基づいて判定される請求項1から請求項5の何れか1項記載の風力発電装置の制御装置。
- 請求項1から請求項6の何れか1項記載の制御装置を備えた風力発電装置。
- 請求項7記載の風力発電装置を複数備えたウインドファーム。
- 前記電力系統へ供給する無効電力の総量に応じて、複数の前記風力発電装置が備える前記同期発電機を同期調相機として用いる請求項8記載のウインドファーム。
- 通常運転モードで運転されている前記風力発電装置の一部もしくは全ての発電出力を制限もしくは停止することで、調整可能な無効電力を増加させる請求項8又は請求項9記載のウインドファーム。
- 翼を有するロータの回転により同期発電機が発電する風力発電装置の制御方法であって、
電力系統に系統連系されて前記同期発電機が同期速度に達している状態で、かつ前記同期発電機に伝達される動力が前記風力発電装置の消費電力に相当する有効電力を出力可能な動力となった場合、前記同期発電機を同期調相機として運転させ、前記同期発電機の界磁電流の大きさを制御する風力発電装置の制御方法。
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