JP6245467B2

JP6245467B2 - 風力発電用電力変換装置

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Publication number: JP6245467B2
Application number: JP2013148141A
Authority: JP
Inventors: 昇小塩; 貴之渋谷
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: JP2015023616A

Description

本発明は、分散型電源としての風力発電システムに適用される風力発電用電力変換装置に関する。

近年、分散型電源の一つとして風力発電システムを商用電力系統に組み入れる動きが進みつつある。
風力発電システムを商用電力系統に連系するための機能として、系統電圧の低下時にも運転を継続できる機能（ＦＲＴ：Fault Ride Through、または、ＬＶＲＴ：Low Voltage Ride Through）を備えることが義務付けられている。この機能は、系統電圧の低下等の異常発生時に分散型電源を系統から一斉に解列すると、系統全体の電圧や周波数に影響を与えて系統の安定性を損なうため、風力発電機を継続的に運転させるためのものである。

ここで、図２は、ＦＲＴ機能を備えた従来の風力発電用電力変換装置を示しており、特許文献１に記載されているものである。
図２の主回路において、１は風力発電機、２は風力発電機１の交流出力電力を直流電力に変換する発電機側コンバータ、３は発電機側コンバータ２の直流出力電力を交流電力に変換して系統電源４に供給する系統側コンバータ、５は上記コンバータ２，３の直流電力を所定の大きさの直流電力に変換して抵抗（放電用抵抗）６により消費させるためのチョッパである。

次に、この従来技術における発電機側コンバータ２の制御手段について説明する。
系統側コンバータ３の出力電力は第１の電力演算部１０１により演算されて減算器１０３に入力される。また、抵抗６の消費電力が第２の電力演算部１０２により演算されて熱モデル１０６に入力される。
発電機制御システム１００から出力された第１のトルク指令は、電力換算部１０５により電力指令に換算され、この電力指令と前記出力電力との電力偏差が減算器１０３により求められて熱モデル１０６に入力されている。なお、第１のトルク指令は減算器１０４にも入力される。

熱モデル１０６は、入力された電力偏差に基づいて第２のトルク指令を演算する。第１のトルク指令と第２のトルク指令との偏差が減算器１０４により求められ、発電機トルク指令として発電機側コンバータ２に与えられる。発電機側コンバータ２を発電機トルク指令に従って運転することにより、風力発電機１のトルク制御が実施される。
更に、熱モデル１０６は、抵抗６の消費電力に基づいて発電電力抑制要求指令を生成する。発電機制御システム１００では、この発電電力抑制要求指令を第１のトルク指令に反映させることにより、風力発電機１のトルク、ひいては発電量を制限し、風力発電機１の回転数が過大になるのを抑制している。

なお、熱モデル１０６から出力される第２のトルク指令は当初は０であり、その後、電力偏差に応じた値が出力される。このため、電力偏差が大きいほど、発電機側コンバータ２に与えられる発電機トルク指令は小さくなり、風力発電機１の発電電力、抵抗６の消費電力が減少するような制御が行われる。

図３は、熱モデル１０６内の発電電力抑制要求指令を出力させるためのアルゴリズム、及び、熱モデル１０６の動作を説明する図であり、系統電圧が低下する都度、ＦＲＴが実行される。この例では、ＦＲＴが３回行われており、図３の上段のＡ_１は、１回目のＦＲＴによる抵抗６の消費電力レベルを示し、Ｐ_１ｏｆｆ，Ｐ_２ｏｆｆ，Ｐ_３ｏｆｆは各回のＦＲＴにおけるチョッパ５の動作時間（抵抗６による電力消費時間）を示している。また、図３の右上のグラフは、風力発電機１の回転数に応じて変化する電力設定値を示しており、回転数が過大にならない範囲で安全電力設定値が規定されている。

図３の中段及び下段には、系統電圧、系統側コンバータ３の出力電力、チョッパ電力（抵抗６の消費電力）、発電機出力電力、発電電力抑制要求指令、発電機トルク指令（第１のトルク指令と第２のトルク指令との偏差）のタイミングチャートと、超過電力値ΔＰのサンプルホールド値を発電電力抑制要求指令として出力するためのブロック図が示されている。なお、系統側コンバータ３の出力電力は、（発電機出力電力−チョッパ電力）という関係にある。

ＦＲＴ１回目では、系統側へ出力できない電力偏差分の全てを抵抗６が消費するようにチョッパ５が動作し、発電機側コンバータ２はトルク低減のための制御運転を行わない。このため、発電機出力電力は一定である。そして、系統電圧が復帰すると、チョッパ５は動作を停止する。そうすると、図３の上段に示した抵抗６の消費電力レベルＡ_１は、設備固有の熱容量等に応じて設定された時限に従って減衰する。
しかし、消費電力レベルＡ_１が零になる前にＦＲＴ２回目が発生すると、その時点の消費電力レベルＡ_１にＦＲＴ２回目の消費電力レベルが加算され、抵抗６による電力消費時間が短くなってＰ_２ｏｆｆとなる。同様にして、ＦＲＴ３回目の電力消費時間Ｐ_３ｏｆｆは、Ｐ_３ｏｆｆ＝０となる。これらの時間Ｐ_２ｏｆｆ，Ｐ_３ｏｆｆの経過後は、発電機出力電力も低下していく。

また、ＦＲＴ３回目において、抵抗６による消費電力が安全電力設定値を超えた場合、その超過電力値ΔＰが熱モデル１０６内のサンプルホールド回路ＳＨによりホールドされ、発電電力抑制要求指令として図２の発電機制御システム１００に出力される。発電機制御システム１００は、この発電電力抑制要求指令を反映させて第１のトルク指令を低下させることにより発電電力を抑制する。更に、抵抗６による消費電力（熱レベル）が零になった時点でサンプルホールド回路ＳＨにデータリセット信号が入力され、ホールドされた超過電力値ΔＰをリセットすることで発電電力抑制要求指令が解除される。

特許文献１に記載された従来技術では、以上のような動作により、ＦＲＴが複数回にわたる場合には、チョッパ５及び抵抗６を過熱から保護するために通電時間をＰ_１ｏｆｆ→Ｐ_２ｏｆｆ→Ｐ_３ｏｆｆと変更する制御が実行され、風力発電機１の回転数が過大になるのを防ぎながら風力発電システムの運転を継続させている。

特開２０１２−２３１６２４号公報（段落［００２２］〜［００２６］、図１，図３等）

しかし、上述した従来技術において、ＦＲＴ２回目、同３回目はチョッパ電力を抑制する制御が行われるが、ＦＲＴ１回目はチョッパ電力の抑制制御を行わないため、抵抗６の消費電力量が大きくなり、熱容量が大きい大型の抵抗６を使用する必要が生じる。すなわち、抵抗６が小型で熱容量が小さいと、発電機側コンバータ２と系統側コンバータ３との電力差を抵抗６によって消費することができなくなり、電力差により生じた直流電圧の異常上昇により運転継続が不可能になるという問題がある。
更に、図３におけるＦＲＴ３回目以降からデータリセットされるまでの期間は、発電機出力電力（系統側コンバータ３の出力電力）を抑制する制御を行っているため、風力エネルギーを効率良く系統に供給することができない等の問題もある。

そこで、本発明の解決課題は、系統電圧低下時において系統へ電力を供給できなくなったときに風力発電機の発電電力を適切に抑制し、抵抗の小型化、及び風力エネルギーの有効利用を可能にしつつ風力発電システムの運転を安定的に継続可能とした風力発電用電力変換装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、風力発電機が発電した交流電力を直流電力に変換する発電機側コンバータと、前記発電機側コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して系統電源に供給する系統側コンバータと、前記発電機側コンバータと前記系統側コンバータとの間の直流回路に接続されたチョッパと、を少なくとも備え、
系統電圧が設定値以上である通常運転モードでは、前記発電機側コンバータを所定のトルク指令に従って運転すると共に、前記系統側コンバータの直流電圧検出値が第１の直流電圧指令値に一致するように前記系統側コンバータにより直流電圧制御を行う風力発電用電力変換装置であって、
前記系統電圧が低下して前記設定値未満になった時に、
前記通常運転モードから、前記トルク指令を制御して前記発電機側コンバータにより前記風力発電機の発電電力を抑制する制御を行う系統電圧低下運転モードに切り替えて運転を継続するようにした風力発電用電力変換装置において、
前記系統電圧低下運転モードでは、
前記直流電圧検出値が、前記第１の直流電圧指令値より高めに設定された第２の直流電圧指令値未満になるように前記発電機側コンバータの直流電圧を制御するために、前記第２の直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との偏差と、前記風力発電機に対するトルク抑制量初期値と、に基づいてトルク抑制量を演算する発電機側コンバータ直流電圧制御手段と、
前記発電機側コンバータ直流電圧制御手段の出力が零以上であれば当該出力を零に制限し、前記発電機側コンバータ直流電圧制御手段の出力が零未満であれば当該出力の符号を反転させた値をトルク抑制量として出力するトルク抑制量生成手段と、
前記トルク抑制量生成手段の出力により補正されたトルク指令に従って前記発電機側コンバータを制御する手段と、を備えたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記系統電圧の正相電圧の最大値を演算する手段と、
前記正相電圧の最大値が前記設定値未満になった時に前記通常運転モードから前記系統電圧低下運転モードに切り替える手段と、を備えたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した風力発電用電力変換装置において、前記直流電圧検出値から直流電圧変化量を演算する直流電圧変化量演算手段と、前記チョッパがオンしたときに前記直流電圧変化量を保持する手段と、系統電圧の低下に伴って前記系統側コンバータの出力電力と前記発電機側コンバータの出力電力との差分から生じる前記直流電圧変化量と前記トルク指令とに基づいて、前記トルク抑制量初期値を演算する手段と、を備えたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、前記第２の直流電圧指令値を前記第１の直流電圧指令値よりも大きく設定するための比例ゲインを２つ有し、前記２つの比例ゲインを、前記通常運転モードと前記系統電圧低下運転モードとで切り替えて前記第２の直流電圧指令値を設定するものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、前記系統側コンバータの出力電力を演算する電力演算手段と、前記電力演算手段が演算した出力電力を前記チョッパがオンした期間だけ積分手段に入力する手段と、前記積分手段の出力を第１のトルク補正値として前記トルク抑制量に加算する手段と、前記第１のトルク補正値と前記トルク抑制量と前記トルク指令との加算結果に基づいて、前記チョッパのオフ期間における有効電流指令を生成し、この有効電流指令に従って前記発電機側コンバータを制御する手段と、を備えたものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、前記系統側コンバータの出力電力の変化量を前記トルク抑制量に加算する手段を備えたものである。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、前記直流電圧検出値が設定値より大きくなった時に前記チョッパをオンさせると共に、前記風力発電機に対する発電電力量指令を０に制御する手段を備えたものである。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、前記系統電圧低下運転モードでは、前記第１の直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との偏差を０以上に制限する制限手段と、前記制限手段の出力に基づいて演算した電圧指令に従って前記系統側コンバータの直流電圧を制御する手段と、を備えたものである。

請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、前記系統電圧低下運転モードでは、前記発電機側コンバータの直流電圧制御系と前記系統側コンバータの直流電圧制御系とを分離して両コンバータの直流電圧制御を同時に実行可能としたものである。

本発明によれば、系統電圧低下運転モードにおいて、チョッパを用いた放電用抵抗による電力消費よりも風力発電機のトルクを適切に制御して発電電力を抑制する制御を優先させることにより、抵抗の消費電力を低減してその小型化、小容量化を図ることができる。また、直流電圧を異常上昇させるおそれもなく、風力エネルギーの有効利用を可能にしつつ風力発電システムの運転を安定的に継続することができる。

本発明の実施形態に係る風力発電用電力変換装置の構成図である。従来技術の構成図である。図２の熱モデル内の発電電力抑制要求指令を出力させるためのアルゴリズム及び熱モデルの動作を説明する図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る風力発電用電力変換装置の構成図である。主回路の構成は図２と同様であり、１は風力発電機（以下、単に発電機ともいう）、２は発電機１の交流出力電力を直流電力に変換する発電機側コンバータ、３は発電機側コンバータ２の直流出力電力を交流電力に変換して系統電源４に供給する系統側コンバータ、５は上記コンバータ２，３の直流電力を所定の大きさの直流電力に変換して抵抗（放電用抵抗）６に供給し、消費させるためのチョッパである。

次に、制御手段の構成を説明する。
まず、系統側コンバータ３の制御手段について説明する。図１において、第１の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊と、コンバータ２，３の直流電圧検出値Ｅ_ｄｃとの偏差が減算手段１１により演算され、この偏差は、下限値が「０」の第１のリミッタ１２を介して第１のセレクタ１３の「ＯＮ」側に入力されると共に、第１のセレクタ１３の「ＯＦＦ」側に直接入力されている。

ここで、系統の三相交流電圧から正相電圧最大値を演算する正相電圧最大値演算部４１が設けられており、正相電圧最大値が設定値１未満の時に第１のコンパレータ４２から出力される系統電圧異常検出信号が第１のセレクタ１３に入力される。セレクタ１３は、この系統電圧異常検出信号が入力された時に「ＯＮ」側に切り替わる。なお、系統電圧異常検出信号は、後述するセレクタ２１，４５にも入力されている。
セレクタ１３の出力側には系統側コンバータ直流電圧制御部１４及び系統側コンバータ電圧指令演算部１５が接続されており、系統側コンバータ直流電圧制御部１４の出力に基づいて演算した電圧指令に従って系統側コンバータ３が制御されるようになっている。

次に、チョッパ５の制御手段について説明する。
直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが設定値２より大きい時に第２のコンパレータ４８からチョッパオン信号が出力され、チョッパ５が動作する。これにより、チョッパ５は抵抗６に直流電力を供給し、熱として消費させる。なお、チョッパオン信号は、後述するセレクタ２８，３１，４６にも入力されている。

次いで、発電機側コンバータ２の制御手段について説明する。
第１の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊は、何れも１より大きく設定された比例ゲインＫ１，Ｋ２と乗算されて第２のセレクタ２１の「ＯＦＦ」側、「ＯＮ」側にそれぞれ入力されている。ここで、セレクタ２１は、系統電圧異常検出信号により「ＯＮ」側に切り替わるようになっている。

セレクタ２１の出力は、第２の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^’＊として減算手段２２に入力されており、直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^’＊と直流電圧検出値Ｅ_ｄｃとの偏差が演算されて発電機側コンバータ直流電圧制御部２３に入力される。
また、直流電圧検出値Ｅ_ｄｃは直流電圧変化量演算部３０にも入力されており、その出力である直流電圧変化量は第３のセレクタ３１の「ＯＦＦ」側を介して乗算手段３２に入力されている。ここで、セレクタ３１は、その「ＯＮ」側にセレクタ３１の出力が加えられており、チョッパオン信号によって「ＯＮ」側に切り替わるようになっている。

乗算手段３２では、セレクタ３１の出力とトルク指令Torque^＊とが乗算され、その結果がトルク抑制量初期値として発電機側コンバータ直流電圧制御部２３に入力されている。発電機側コンバータ直流電圧制御部２３では、トルク抑制量初期値と減算手段２２の出力とに基づいてトルク抑制量を演算する。発電機側コンバータ直流電圧制御部２３は、例えばＰＩ補償器によって構成されており、比例ゲイン及び積分ゲインは正数である。
発電機側コンバータ直流電圧制御部２３から出力されたトルク抑制量は、上限値が「０」の第２のリミッタ２４及び符号反転手段３３を介して加算手段２５に入力されている。

また、系統側コンバータ３の出力電力が電力演算部４３により演算され、この出力電力は第４のセレクタ４６の「ＯＮ」側に入力されると共に、その「ＯＦＦ」側には「０」が入力されている。セレクタ４６は、チョッパオン信号によって「ＯＮ」側に切り替わるものである。
セレクタ４６の出力は積分手段４７により積分され、第１のトルク補正値として前記加算手段２５に入力されており、符号反転手段３３から出力されるトルク抑制量との加算結果が総合トルク抑制量として減算手段２６に入力されている。このように、積分手段４７にはチョッパ５がオンした時間だけ電力演算部４３の出力電力が入力され、積分手段４７による積分結果が第１のトルク補正値となる。

電力演算部４３により演算された系統側コンバータ３の出力電力は、電力変化量演算部４４に入力されて出力電力の変化量が演算され、この変化量は、第５のセレクタ４５の「ＯＮ」側に入力されると共に、その「ＯＦＦ」側には「０」が入力されている。セレクタ４５は、系統電圧異常検出信号によって「ＯＮ」側に切り替わり、電力変化量を第２のトルク補正値として出力するためのものである。

セレクタ４５から出力される第２のトルク補正値と前記減算手段２６の出力とは加算手段２７により加算され、その結果が第６のセレクタ２８の「ＯＦＦ」側に入力されると共に、その「ＯＮ」側には「０」が入力されている。このセレクタ２８は、チョッパオン信号によって「ＯＮ」側に切り替わるものである。
セレクタ２８の出力は、有効電流指令（発電電力量指令）として発電機側コンバータ電圧指令演算部２９に入力されており、この演算部２９により演算された電圧指令値（交流電圧指令値）が発電機側コンバータ２に送られている。

次に、この実施形態の動作を説明する。
系統電圧が正常である通常運転モードにおいて、系統側コンバータ３は、直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが第１の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊に一致するように直流電圧制御を行う。この時、セレクタ１３，２１，４５は全て「ＯＦＦ」側にあり、チョッパ５がオフしている場合にはセレクタ２８，３１，４６も全て「ＯＦＦ」側にある。

前述したように、比例ゲインＫ１は１より大きく設定されているため、通常運転モードにおいて、第２の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^’＊は第１の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊よりも大きくなる。従って、発電機側コンバータ直流電圧制御部２３に入力される減算手段２２の出力（直流電圧偏差）は正数となり、発電機側コンバータ直流電圧制御部２３の出力はリミッタ２４により制限されて「０」となる。すなわち、発電機側コンバータ２の直流電圧制御系と系統側コンバータ３の直流電圧制御系とを分離して両コンバータ２，３による直流電圧制御を同時に実行可能であり、それぞれの直流電圧制御部２３，１４の間で動作上の干渉が生じるのを防ぐことができる。

次に、系統電源４の電圧が低下した場合の動作を説明する。
この場合、系統側コンバータ３は系統電源４に電力を供給することができなくなるが、系統電圧が低下してから、その後に系統電圧異常検出信号が入力されるセレクタ１３以降の制御によって系統側コンバータ３が系統電圧の低下を検出するまでの期間は、発電機側コンバータ２の出力電力は一定である。このため、発電機側コンバータ２の出力電力は系統側コンバータ３の出力電力よりも大きくなり、その差分によって直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが上昇する。
一方、直流電圧検出値Ｅ_ｄｃの上昇と同時に、正相電圧最大値演算部４１により演算された正相電圧最大値が設定値１より小さくなると、コンパレータ４２が系統電圧異常検出信号を出力し、系統電圧低下時にも運転を継続するための系統電圧低下運転モードに移行する。

この場合、トルク抑制量を高速で発電機側コンバータ直流電圧制御部２３の収束値とするために、直流電圧変化量を直流電圧変化量演算部３０により演算し、セレクタ３１及び乗算手段３２を介してトルク抑制量初期値を発電機側コンバータ直流電圧制御部２３に入力することにより、系統電圧低下運転モードに移行したときの発電機側コンバータ直流電圧制御部２３の出力の初期値とする。なお、チョッパ５がオンしているときは直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが低下するので、セレクタ３１は、チョッパオン信号が入力された時に「ＯＮ」側に切り替わって前回の出力値を保持する。

系統電圧低下運転モードでは、系統電圧異常検出信号によってセレクタ１３，２１，４５は全て「ＯＮ」側に切り替わる。
これにより、第１の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊と１より大きく設定された比例ゲインＫ２との乗算結果が、セレクタ２１を介して第２の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^’＊となり、減算手段２２によって直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^’＊と直流電圧検出値Ｅ_ｄｃとの偏差が求められる。発電機側コンバータ直流電圧制御部２３は、上記の偏差に基づいてトルク抑制量を演算する。このとき、前述したように直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが上昇しているため、トルク抑制量はリミッタ２４等の影響を受けずに所定の値を持つため、発電機トルクの抑制が有効となる。

符号反転手段３３から出力されるトルク抑制量は、加算手段２５により、積分手段４７から出力される第１のトルク補正値と加算され、総合トルク抑制量として減算手段２６に入力される。減算手段２６においてトルク指令Torque^＊から総合トルク抑制量を減算し、更に加算手段２７において第２のトルク補正値を加算することで有効電流指令が演算され、この有効電流指令はセレクタ２８の「ＯＦＦ」側を介して発電機側コンバータ電圧指令演算部２９に入力される。
なお、セレクタ２８は、チョッパ５がオンした時に「ＯＮ」側に切り替わり、トルク指令Torque^＊やトルク抑制量に関わらず有効電流指令を「０」とするように動作する。

この系統電圧低下運転モードでは、第１のセレクタ１３が「ＯＮ」側であるため、第１の直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊と直流電圧検出値Ｅ_ｄｃとの偏差がリミッタ１２を通って系統側コンバータ直流電圧制御部１４に入力される。リミッタ１２は下限値「０」が設定された片側だけのリミッタであるため、直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊より上昇しても、リミッタ１２によって下限値が「０」に制限される。直流電圧検出値Ｅ_ｄｃが直流電圧指令値Ｅ_ｄｃ ^＊より上昇した場合、系統側コンバータ３は、系統電源４により多くの電力を供給するために系統電流を増加させようとするが、リミッタ１２を設けたことにより、系統電流を増加させない制御が行われる。

なお、系統電圧が正常時の値に復帰し、正相電圧が設定値１より大きくなると第１のコンパレータ４２からの系統電圧異常検出信号がオフし、系統電圧低下運転モードから通常運転モードに復帰する。すなわち、発電機側コンバータ２及び系統側コンバータ３により直流電圧を制御していた方式から、前述したごとく系統側コンバータ３のみで直流電圧を制御する方式に切り替わることになる。

１：風力発電機
２：発電機側コンバータ
３：系統側コンバータ
４：系統電源
５：チョッパ
６：抵抗（放電用抵抗）
１１，２２，２６：減算手段
１２，２４：リミッタ
１３，２１，２８，３１，４５，４６：セレクタ
１４：系統側コンバータ直流電圧制御部
１５：系統側コンバータ電圧指令演算部
２５，２７：加算手段
２９：発電機側コンバータ電圧指令演算部
３０：直流電圧変化量演算部
３２：乗算手段
３３：符号反転手段
４１：正相電圧最大値演算部
４２，４８：コンパレータ
４３：電力演算部
４４：電力変化量演算部
４７：積分手段

Claims

風力発電機が発電した交流電力を直流電力に変換する発電機側コンバータと、前記発電機側コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して系統電源に供給する系統側コンバータと、前記発電機側コンバータと前記系統側コンバータとの間の直流回路に接続されたチョッパと、を少なくとも備え、
系統電圧が設定値以上である通常運転モードでは、前記発電機側コンバータを所定のトルク指令に従って運転すると共に、前記系統側コンバータの直流電圧検出値が第１の直流電圧指令値に一致するように前記系統側コンバータにより直流電圧制御を行う風力発電用電力変換装置であって、
前記系統電圧が低下して前記設定値未満になった時に、
前記通常運転モードから、前記トルク指令を制御して前記発電機側コンバータにより前記風力発電機の発電電力を抑制する制御を行う系統電圧低下運転モードに切り替えて運転を継続するようにした風力発電用電力変換装置において、
前記系統電圧低下運転モードでは、
前記直流電圧検出値が、前記第１の直流電圧指令値より高めに設定された第２の直流電圧指令値未満になるように前記発電機側コンバータの直流電圧を制御するために、前記第２の直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との偏差と、前記風力発電機に対するトルク抑制量初期値と、に基づいてトルク抑制量を演算する発電機側コンバータ直流電圧制御手段と、
前記発電機側コンバータ直流電圧制御手段の出力が零以上であれば当該出力を零に制限し、前記発電機側コンバータ直流電圧制御手段の出力が零未満であれば当該出力の符号を反転させた値をトルク抑制量として出力するトルク抑制量生成手段と、
前記トルク抑制量生成手段の出力により補正されたトルク指令に従って前記発電機側コンバータを制御する手段と、
を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記系統電圧の正相電圧の最大値を演算する手段と、
前記正相電圧の最大値が前記設定値未満になった時に前記通常運転モードから前記系統電圧低下運転モードに切り替える手段と、
を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１または２に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記直流電圧検出値から直流電圧変化量を演算する直流電圧変化量演算手段と、
前記チョッパがオンしたときに前記直流電圧変化量を保持する手段と、
系統電圧の低下に伴って前記系統側コンバータの出力電力と前記発電機側コンバータの出力電力との差分から生じる前記直流電圧変化量と前記トルク指令とに基づいて、前記トルク抑制量初期値を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記第２の直流電圧指令値を前記第１の直流電圧指令値よりも大きく設定するための比例ゲインを２つ有し、
前記２つの比例ゲインを、前記通常運転モードと前記系統電圧低下運転モードとで切り替えて前記第２の直流電圧指令値を設定することを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記系統側コンバータの出力電力を演算する電力演算手段と、
前記電力演算手段が演算した出力電力を前記チョッパがオンした期間だけ積分手段に入力する手段と、
前記積分手段の出力を第１のトルク補正値として前記トルク抑制量に加算する手段と、
前記第１のトルク補正値と前記トルク抑制量と前記トルク指令との加算結果に基づいて、前記チョッパのオフ期間における有効電流指令を生成し、この有効電流指令に従って前記発電機側コンバータを制御する手段と、
を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１〜５の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記系統側コンバータの出力電力の変化量を前記トルク抑制量に加算する手段を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１〜６の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記直流電圧検出値が設定値より大きくなった時に前記チョッパをオンさせると共に、前記風力発電機に対する発電電力量指令を０に制御する手段を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１〜７の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記系統電圧低下運転モードでは、前記第１の直流電圧指令値と前記直流電圧検出値との偏差を０以上に制限する制限手段と、
前記制限手段の出力に基づいて演算した電圧指令に従って前記系統側コンバータの直流電圧を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。
請求項１〜８の何れか１項に記載した風力発電用電力変換装置において、
前記系統電圧低下運転モードでは、前記発電機側コンバータの直流電圧制御系と前記系統側コンバータの直流電圧制御系とを分離して両コンバータの直流電圧制御を同時に実行可能としたことを特徴とする風力発電用電力変換装置。