JP6314112B2 - 再生エネルギー型発電装置及びモータコントローラ並びに再生エネルギー型発電装置の運転方法 - Google Patents
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Description
この風力発電装置では、電力系統の周波数に基づく同期速度で同期発電機が回転する状態を維持しながら、風(再生エネルギー)の流速に対して回転シャフトの回転数が可変となるように油圧ポンプ及び油圧モータの押しのけ容積をそれぞれ調節されるようになっている。また、この風力発電装置では、電力系統において短絡や断線等の異常事象が発生して同期発電機の端子電圧が低下したときには、同期発電機の脱調を防止するために、油圧モータから同期発電機に入力されるトルクの同期発電機の負荷トルクに対する偏差が小さくなるように油圧モータの押しのけ容積が調節されるようになっている。すなわち、油圧モータの押しのけ容積を減少させるようになっている。
また、特許文献1には、風力発電装置において、複数のシリンダ及びピストンにより形成される複数の作動室を有する油圧モータを採用することが記載されている。この油圧モータでは、各作動室に対して設けられた高圧弁及び低圧弁の開閉制御により、作動室への作動油の供給及び作動室からの作動油の排出が制御されるようになっている。そして、各作動室について、高圧弁及び低圧弁の開閉制御により、押しのけ容積を生成するアクティブ状態と、押しのけ容積を生成しないアイドリング状態(非アクティブ状態)との間で切り替えることができ、全作動室数に対するアクティブ状態にある作動室の割合を変化させることで、油圧モータ全体としての押しのけ容積を調節することが記載されている。
しかしながら、本発明者らの鋭意検討の結果、このような風力発電装置において、グリッドにおける異常事象の発生を検出してから、実際に油圧モータの押しのけ容積を低減させて、油圧モータから同期発電機に入力されるトルクが低下するまでにある程度の時間を要し、同期発電機の脱調を十分に防止できない場合があることがわかった。
再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成される。
ここで、アクティブ状態にある作動室を非アクティブ状態に切り替えようとするとき、ピストンが上死点から下死点に向かって下降中の作動室について、ピストンが下死点に到達するまで高圧弁を閉じるのを待つ場合には、ピストンが下死点に到達して高圧弁が閉じられるまでの期間はモータトルクが生成される。
よって、グリッドの異常事象の発生時に、各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記(1)の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記(1)の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが1回転する期間の中で設定された1以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成される。
上記(2)の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、直前のデシジョンポイントにてアクティブ状態に決定されて、アクティブ状態となっている作動室について、次回のデシジョンポイントで非アクティブ状態に決定されることを待たずに、上死点から下死点に向かって下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じる。よって、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。このため、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室を前記非アクティブ状態に決定し、前記高圧弁を閉じたまま維持するように構成される。
上記(3)の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁が閉じられた作動室について、次回のデシジョンポイントにて作動室を非アクティブ状態に決定して高圧弁を閉じたまま維持する。よって、次回のデシジョンポイントにおいて該作動室を非アクティブ状態のままに維持することができる。
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室が前記非アクティブ状態となるように前記低圧弁を開いたまま維持するように構成される。
上記(4)の構成によれば、グリッドの異常事象発生時に、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁が閉じられた作動室について、次回のデシジョンポイントにて作動室を非アクティブ状態に決定して低圧弁を開いたまま維持する。よって、次回のデシジョンポイントにおいて該作動室を非アクティブ状態のままに維持することができる。
前記高圧弁は、ノーマルクローズ電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記高圧弁に与える励磁電流または前記高圧弁および前記低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから前記高圧弁への励磁電流供給を停止するように構成される。
ノーマルクローズ電磁弁である高圧弁には、該高圧弁を開状態にするために励磁電流が供給される。ここで、高圧弁を開状態から閉状態に切り替えるために励磁電流の供給を突然停止すると、高圧弁に損傷を与える可能性がある。この点、上記(5)の構成によれば、高圧弁を開状態から閉状態に切り替える際には、高圧弁に与える励磁電流または高圧弁および低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁への励磁電流の供給を停止するようにしたので、高圧弁を損傷から保護することができる。
前記低圧弁は、ノーマルオープン電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記低圧弁への励磁電流供給を停止するように構成される。
ノーマルオープン電磁弁である低圧弁には、該低圧弁を閉状態にするために励磁電流が供給される。上記(6)の構成によれば、グリッドの異常発生時に低圧弁への励磁電流の供給が停止されるので、低圧弁が開かれた状態が維持され、作動室を非アクティブ状態とすることができる。
前記グリッドの電圧を測定するためのグリッド電圧測定部と、
前記グリッド電圧測定部と前記モータコントローラとの間の配線の少なくとも一部として設けられ、前記グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号を前記モータコントローラに向けて伝達するための通信線と、をさらに備える。
上記(7)の構成によれば、グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号が通信線を介してモータコントローラに伝達されるので、モータコントローラにて、該測定結果に基づいて、グリッドに異常事象が発生したか否かを判定することができる。
前記モータコントローラに対して指令を送るための上位コントローラをさらに備え、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記上位コントローラからの前記指令に基づいて前記油圧モータを制御し、
前記グリッドの異常事象発生時、前記上位コントローラを経ずに前記通信線を介して前記グリッド電圧測定部から前記信号を直接受け取り、該信号に基づいて前記油圧モータを制御するように構成される。
上記(8)の構成によれば、グリッドの異常発生時には、モータコントローラは、上位コントローラを経ずにグリッド電圧測定部からの信号を直接受け取るので、上位コントローラの指令に基づいて油圧モータを制御する場合に比べて、油圧モータを迅速に制御することができる。このため、グリッドの異常発生時に、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
前記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するための励磁機と、
前記励磁機を制御するための励磁機制御部と、をさらに備え、
前記励磁機制御部は、前記グリッドの電圧低下直後、前記界磁電流を増加させるように構成される。
グリッドの電圧低下を引き起こすような異常事象がグリッドで発生すると、発電機端子電圧が瞬時に低下し、これに伴って発電機の電気的出力(有効電力)も瞬時に低下する。そのため、油圧モータからの機械的入力が発電機の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機の回転子が加速され、同期発電機の脱調が起きてしまうおそれがある。
上記(9)の構成では、グリッドおける異常事象の発生により同期発電機の端子電圧が低下した直後、界磁電流を増加させることで、発電機内部誘起電圧が大きくなり、発電機の電気的出力が上昇する。そのため、同期発電機の同期化力が大きくなって、異常事象発生後の同期発電機の第一波動揺が抑制され、過渡安定度が向上する。よって、上記(9)によれば、グリッドの電圧低下直後に発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を増加させることによって、同期発電機の脱調をより効果的に防止することができる。
前記異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下に前記グリッドの電圧が低下した状態である。
前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成するように構成された風力発電装置である。
上述したように、グリッドの異常事象の発生時に各シリンダを非アクティブ状態に切り替えて油圧モータの押しのけ容積を低減させても、各ピストンが下死点に到達するまでの期間に生成されるトルクにより、発電機が加速して脱調につながる場合がある。
この点、上記(11)の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記(11)の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
上記(1)〜(11)の何れかの構成を有する再生エネルギー型発電装置の前記油圧モータを制御するためのモータコントローラであって、
前記モータコントローラは、グリッドの異常事象発生時、前記油圧モータの前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成される。
この点、上記(12)の構成では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記(12)の構成によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備える再生エネルギー型発電装置の運転方法であって、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記運転方法は、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるステップを備える。
この点、上記(13)の方法では、グリッドの異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する作動室について、ピストンが下死点に到達する前に高圧弁を閉じるので、ピストンが下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。よって、上記(13)の方法によれば、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
油圧トランスミッション10及び同期発電機20は、ナセル22又はこれを支持するタワー24の内部に収納されていてもよい。なお、図1には、タワー24が地上に立設された陸上風力発電装置を示したが、風力発電装置1は洋上を含む任意の場所に設置されていてもよい。
なお、図1及び図2には、油圧モータ14を1個だけ含む油圧トランスミッション10を示したが、複数の油圧モータ14を設けて、それぞれの油圧モータ14を油圧ポンプ12に接続してもよい。
高圧弁96は、各作動室93と高圧油ライン16との間の高圧連通路97に設けられ、各作動室93と高圧油ライン16との間の連通状態を切り替え可能に構成されている。また、低圧弁98は、各作動室93と低圧油ライン18との間の低圧連通路99に設けられ、各作動室93と低圧油ライン18との間の連通状態を切り替え可能に構成されている。
油圧モータ14は、高圧弁96および低圧弁98の開閉制御によって、各作動室93をアクティブ状態又は非アクティブ状態に切替えることができる。作動室93がアクティブ状態である場合、下降行程において高圧弁96を開き低圧弁98を閉じることで高圧油ライン16から作動室93内に作動油を流入させるとともに、上昇行程において高圧弁96を閉じ低圧弁98を開くことで作動室93内で仕事をした作動油を低圧油ライン18に送り出す。一方、作動室93が非アクティブ状態である場合、下降行程及び上昇行程の両方において、高圧弁96が閉じて低圧弁98が開いた状態を維持して、作動室93と低圧油ライン18との間で作動油を往復させる(すなわち、高圧油ライン16からの高圧油を作動室93に受け入れない)。これにより、油圧モータ14は、油圧ポンプ12と同様に、アクティブ状態にある作動室93の個数の全作動室数に対する割合を変化させることで、全体としての押しのけ容積を調節することができる。油圧モータ14の全体としての押しのけ容積の調節は、後述のトランスミッション制御部40によって行われる。
また、油圧モータ14の各作動室93に対して設けられる低圧弁98は、ノーマルオープン式の電磁弁であってもよい。一実施形態において、低圧弁98は、作動室93内の圧力が低圧油ライン18の圧力以下になったときに受動的に開き、一旦開弁すると励磁電流が供給されていない間は開弁状態が維持されるが、励磁電流の供給により閉じるように作動するノーマルオープン式電磁弁である。
高圧弁96及び低圧弁98は、後述するモータコントローラ48からのバルブ開閉指令(制御信号)に従って励磁電流の供給が制御されるようになっている。
そして、高圧弁96を励磁・非励磁とするパルス状の電圧信号の供給を停止すると、スプリングの付勢力によって、高圧弁96は閉じられる。
この後、ピストン92が下死点に達する直前に高圧弁96に対するパルス状の電圧信号の供給が停止されると、高圧弁96が閉じて作動室93内の圧力が低下し、作動室93が引き続き膨張する結果、作動室93と低圧油ライン18との圧力差が小さくなり、低圧弁98が自動的に開く。
このように、油圧モータ14のピストン92が上死点に達した後、下死点に達する直前まで高圧弁96の励磁・非励磁を繰り返すことで、高圧弁96を励磁するために与える電力を削減しながら、高圧弁96が開いた状態を維持することができる。
なお、界磁巻線21に供給される界磁電流の大きさは、励磁機制御部110によって制御される。励磁機制御部110は、端子電圧検出器(計器用変圧器:Potential Transformer)59による同期発電機20の端子電圧の計測値に基づいて、該端子電圧が設定値(指令値)となるように励磁機100を制御してもよい。
この場合、励磁機100は油圧モータ14の回転シャフト(出力軸)15に直結された交流励磁機であり、励磁機100の回転電機子から出力される交流電流を整流器(回転整流器)104によって直流に変換した後、これを界磁電流として同期発電機20の界磁巻線21に供給する。界磁巻線21と、励磁機100の電機子と、整流器103とが、油圧モータ14の回転シャフト(出力軸)15とともに回転する部分である。このように、励磁機100の回転電機子からの交流電流を整流器(回転整流器)103で整流して、回転子である界磁巻線21に供給することで、ブラシを省略することができ、ブラシの保守(定期的交換)が不要になる。
この場合、励磁機制御部110は、図5で示すように、電圧設定器112と、比較回路113と、自動電圧調整器(AVR:Automatic Voltage Regulator)114と、サイリスタ116とで構成してもよい。電圧設定器112は、同期発電機20の端子電圧の設定値を比較回路113に出力する。比較回路113では、端子電圧検出器59による同期発電機20の端子電圧の計測値と、電圧設定器112から入力された設定値とを比較して、両者の偏差をAVR114に出力する。AVR114では、比較回路113から出力された上記偏差に基づいて、サイリスタ116にゲート信号を供給する。サイリスタ116は、励磁機100の界磁巻線102と、油圧モータ14の回転シャフト(出力軸)15に直結された永久磁石発電機(PMG:Permanent Magnetic Generator)106からなる副励磁機との間に設けられている。サイリスタ116は、永久磁石発電機(副励磁機)106を電源として用いて、励磁機100の界磁巻線(固定界磁)102を励磁する。
このように、油圧モータ14の回転シャフト(出力軸)15に直結され、同期発電機20と同軸上に設けられた永久磁石発電機104をサイリスタ116の電源として用いることで、同期発電機20のグリッド50への併入前であっても、外部電源を必要とせずに同期発電機20の励磁を行うことができる。このことは、一般的に外部電源を得にくい性質がある風力発電装置において非常に有利である。
トランスミッション制御部40は、油圧ポンプ12及び油圧モータ14の押しのけ容積要求値を算出するための要求値算出部42を含む。
また、トランスミッション制御部40は、油圧ポンプ12を制御するためのポンプコントローラ44と、油圧モータ14を制御するためのモータコントローラ48を含む。ポンプコントローラ44及びモータコントローラ48は、要求値算出部42にて算出された押しのけ容積要求値を表す指令信号を受け取って、該指令信号に基づいて、バルブ制御信号を油圧ポンプ12及び油圧モータ14に送出するようになっている。すなわち、要求値算出部42はポンプコントローラ44及びモータコントローラ48の上位コントローラである。要求値算出部42で算出された押しのけ容積要求値に基づいて高圧弁及び低圧弁の開閉制御がされることによって、油圧ポンプ12及び油圧モータ14において所期の押しのけ容積が得られるようになっている。
グリッド電圧測定部53は、グリッド50そのものの電圧を測定するようになっていてもよい。また、グリッド電圧測定部53は、グリッド50の電圧を示すパラメータとして同期発電機20の端子電圧を測定する端子電圧検出器59であってもよい(図5参照)。
一実施形態では、グリッド電圧測定部53とモータコントローラ48とが上述の通信線によって接続され、グリッド電圧測定部53による測定結果を示す信号が、該通信線を介して、要求値算出部42を経由せずに、モータコントローラ48に直接伝達されるようになっている。
このために、要求値算出部42は、計測された風速に対して運転効率が最大となるロータ回転数が得られる油圧ポンプ12の目標トルクを算出し、該目標トルクに基づいて、油圧ポンプ12の押しのけ容積要求値DPを算出するようになっていてもよい。
また、要求値算出部42は、油圧ポンプ12の目標出力に基づいて算出される油圧モータ14の目標出力に基づいて、同期発電機20の回転数がグリッド50の周波数に応じた同期速度となるように、油圧モータ14の押しのけ容積の要求値DMを算出するようになっていてもよい。
モータコントローラ48は、油圧モータ14の回転シャフト15が1回転する期間の中で設定された1以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々のデシジョンポイントに対応する作動室93をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定する。
デシジョンポイントは、ピストン92が下死点から上死点に向かって上昇する期間において設定されてもよい。
あるいは、デシジョンポイントは、回転シャフト15の回転角度によって定義されてもよい。例えば、ピストン92が上死点を通過するときの回転シャフト15の回転角度を0°(360°)とし、ピストン92が下死点を通過するときの回転シャフト15の回転角度を180°としたときに、回転シャフト15が240°であるときをデシジョンポイントとしてもよい。
グリッド50の異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下にグリッド50の電圧が低下した状態であってもよい。このような異常事象は、グリッド50又は送電線54において生じる線間短絡、断線、地絡(送電線が地面に接触すること)等に起因して発生することがある。このようなグリッド50の異常事象が発生すると、グリッド50側に送ることのできる電力が制限され、同期発電機20の電気的出力(有効電力)が瞬時に低下する。その結果、油圧モータ14からの機械的入力が同期発電機20の電気的出力に対して過剰になり、同期発電機20の内部相差角が急激に増加して、同期発電機20の脱調が起きてしまうおそれがある。
このような現象は、グリッド50の異常事象発生直後の極めて短い期間(例えば数ミリ秒〜数秒)に起きる。このため、グリッド50の異常事象による影響が同期発電機20に直接及ぶ可能性がある風力発電装置1では、グリッド50の異常事象発生直後から迅速な対応を採ることが望ましい。
このように、グリッド50の異常事象発生時には、上死点から下死点に向かって下降中のピストン92に対応する作動室93について、ピストン92が下死点に到達する前に高圧弁96を閉じることで、ピストン92が下死点に到達する前にトルクの生成を止めることができる。これにより、油圧モータ14から同期発電機20に入力されるトルクを迅速に低減できるので、同期発電機20の脱調をより確実に防止できる。
この場合、モータコントローラ48が、上位コントローラの指令に基づいて油圧モータを制御する場合に比べて、グリッド異常事象の発生時に、油圧モータ14を迅速に制御することができる。このため、グリッドの異常発生時に、油圧モータから発電機に入力されるトルクを迅速に低減できるので、発電機の脱調をより確実に防止できる。
デシジョンポイントAにおいて作動室93をアクティブ状態とすることが決定されると、ピストンが上死点近傍にあるときに高圧弁96が開かられるように、上死点の少し手前から高圧弁96に対して励磁電流が供給される。ピストン92が上死点を通過する付近で高圧弁96が開くと、高圧油ライン16から圧油が作動室93に流れ込み、ピストン92を押し下げるトルクが生成される。
このように、グリッド50の異常事象の検出から実際にトルクをゼロにするまでに時間を要すると、この期間の過渡的なモータトルクにより同期発電機20が加速して脱調する場合がある。
あるいは、モータコントローラ48は、グリッド50の異常事象発生時、高圧弁96および低圧弁98に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから高圧弁96への励磁電流供給を停止するようになっていてもよい。なお、図6の時刻t0は、高圧弁96および低圧弁98に与える励磁電流の合計が閾値Ith以下となる時刻である。
グリッド50の異常事象発生時に、次回のデシジョンポイントの到来を待たずに、下降中のピストンが下死点に到達する前に高圧弁96が閉じられた作動室93について、後続のデシジョンポイントにて作動室93を非アクティブ状態にするように高圧弁96及び低圧弁98を制御することで、作動室93の非アクティブ状態を継続的に維持することができる。これにより、例えば、グリッド50の異常事象発生後、グリッド電圧が低下した状態が復旧しない限り、油圧モータ14の各作動室93を非アクティブ状態に維持して油圧モータ14により生成されるトルクを低下した状態を継続して維持することで、同期発電機20の脱調を防止することができる。
時刻t5にてグリッド異常事象が検出されるまでは、モータコントローラ48により油圧モータ14の各作動室93(C0〜C5)はアクティブ状態とされて、トルクを生成している。
時刻t5でグリッド異常事象が検出されると、油圧モータ14の各作動室93(C0〜C5)のうち、ピストン92が上死点から下死点に向かって下降中の作動室について、高圧弁96を閉じるように、モータコントローラ48にから制御信号が高圧弁96に付与される。各作動室93(C0〜C5)に対応する高圧弁96は、時刻t6にて該制御信号を受け取る。
また、グリッド異常事象が検出される時刻t5の時点において高圧弁96への励磁電流が供給されていない各作動室(C1〜C3)については、時刻t5以降、少なくともグリッド電圧の低下が復旧するまでは、高圧弁96及び低圧弁98への励磁電流は供給されず、一旦閉じた高圧弁96は閉じたままの状態で維持され、一旦開いた低圧弁98は開いたままの状態で維持される。
また、グリッド電圧がゼロまで瞬時に低下する異常事象が発生した場合には、グリッド電圧が低下している期間中、アクティブ状態のシリンダのすべてについて、上述したように、ピストン下降中に高圧弁を閉じることで、モータトルクを迅速にゼロ付近まで低減し、同期発電機20の脱調を防ぐことができる。このため、風力発電装置1はグリッド50に連系されたまま運転を継続することができる。すなわち、風力発電装置1をZVRT(Zero Voltage Ride Through)に対応させることができる。
これにより、発電機内部誘起電圧が大きくなり、同期発電機20の電気的出力が上昇する。そのため、同期発電機20の同期化力が大きくなって、異常事象発生後の同期発電機20の第一波動揺が抑制され、過渡安定度が向上する。よって、同期発電機20の脱調をより効果的に防止することができる。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
2 ロータ
4 ブレード
6 ハブ
8 回転シャフト
10 油圧トランスミッション
12 油圧ポンプ
14 油圧モータ
15 回転シャフト
16 高圧油ライン
18 低圧油ライン
20 同期発電機
21 界磁巻線
22 ナセル
24 タワー
31 圧力センサ
32 回転センサ
34 回転センサ
40 トランスミッション制御部
42 要求値算出部
44 ポンプコントローラ
48 モータコントローラ
50 グリッド
51 昇圧変圧器
52 母線
53 グリッド電圧測定部
54 送電線
55 変電所変圧器
56 回線
57 遮断器
58 遮断器
59 端子電圧検出器
90 シリンダ
92 ピストン
93 作動室
94 偏心カム
96 高圧弁
97 高圧連通路
98 低圧弁
99 低圧連通路
100 励磁機
102 界磁巻線
103 整流器
104 永久磁石発電機
110 励磁機制御部
112 電圧設定器
113 比較回路
116 サイリスタ
130 ピストンサイクル曲線
132 HPV制御信号
134 高圧弁ポジション
136 LPV制御信号
138 低圧弁ポジション
140 圧力曲線
Claims (12)
- 再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成され、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが1回転する期間の中で設定された1以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成された
ことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。 - 前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室を前記非アクティブ状態に決定し、前記高圧弁を閉じたまま維持するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記次回の前記デシジョンポイントにて、前記作動室が前記非アクティブ状態となるように前記低圧弁を開いたまま維持するように構成されたことを特徴とする請求項2に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、
前記油圧モータを制御するためのモータコントローラと、を備え、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成され、
前記高圧弁は、ノーマルクローズ電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記高圧弁に与える励磁電流または前記高圧弁および前記低圧弁に与える励磁電流の合計が閾値以下になるのを待ってから前記高圧弁への励磁電流供給を停止するように構成されたことを特徴とする再生エネルギー型発電装置。 - 前記低圧弁は、ノーマルオープン電磁弁であり、
前記モータコントローラは、前記グリッドの異常事象発生時、前記低圧弁への励磁電流供給を停止するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記グリッドの電圧を測定するためのグリッド電圧測定部と、
前記グリッド電圧測定部と前記モータコントローラとの間の配線の少なくとも一部として設けられ、前記グリッド電圧測定部による測定結果を示す信号を前記モータコントローラに向けて伝達するための通信線と、をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記モータコントローラに対して指令を送るための上位コントローラをさらに備え、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記上位コントローラからの前記指令に基づいて前記油圧モータを制御し、
前記グリッドの異常事象発生時、前記上位コントローラを経ずに前記通信線を介して前記グリッド電圧測定部から前記信号を直接受け取り、該信号に基づいて前記油圧モータを制御する
ように構成されたことを特徴とする請求項6に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記発電機の界磁巻線に界磁電流を供給するための励磁機と、
前記励磁機を制御するための励磁機制御部と、をさらに備え、
前記励磁機制御部は、前記グリッドの電圧低下直後、前記界磁電流を増加させるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記異常事象は、グリッドコードにおける規定電圧以下に前記グリッドの電圧が低下した状態であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記再生エネルギー型発電装置は、前記再生可能エネルギーとしての風から電力を生成するように構成された風力発電装置であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 請求項1乃至10の何れか一項に記載の再生エネルギー型発電装置の前記油圧モータを制御するためのモータコントローラであって、
前記モータコントローラは、グリッドの異常事象発生時、前記油圧モータの前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるように構成され、
前記モータコントローラは、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが1回転する期間の中で設定された1以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持し、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ように構成されたことを特徴とするモータコントローラ。 - 再生可能エネルギーによって回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの出口部と前記油圧モータの入口部とを接続するとともに、前記油圧ポンプで昇圧された前記作動油を前記油圧モータに供給するように構成された高圧油ラインと、
前記油圧モータの出口部と前記油圧ポンプの入口部とを接続するとともに、前記油圧モータを通過した前記作動油を前記油圧ポンプに戻すように構成された低圧油ラインと、
グリッドに連系されるとともに、前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備える再生エネルギー型発電装置の運転方法であって、
前記油圧モータは、
回転シャフトと、
前記回転シャフトと連動して往復動するように構成された複数のピストンと、
前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、
各々の前記作動室と前記高圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための高圧弁と、
各々の前記作動室と前記低圧油ラインとの間の連通状態を切り替えるための低圧弁と、
を含み、
前記運転方法は、
前記グリッドの異常事象発生時、前記複数のピストンのうち上死点から下死点に向かって下降中のピストンに対応する前記作動室について、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じるステップと、
前記グリッドの正常時、前記回転シャフトが1回転する期間の中で設定された1以上のデシジョンポイントが到来するごとに、到来した各々の前記デシジョンポイントに対応する前記作動室をアクティブ状態又は非アクティブ状態の何れとするか決定し、前記アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を開くとともに、前記非アクティブ状態の前記作動室について前記ピストンが前記上死点から前記下死点に向かって下降中に前記高圧弁を閉じたまま維持するステップと、を備え、
前記グリッドの異常事象発生時、直前の前記デシジョンポイントにて前記アクティブ状態に決定された前記作動室について、次回の前記デシジョンポイントの到来を待たずに、前記下降中のピストンが前記下死点に到達する前に前記高圧弁を閉じる
ことを特徴とする再生エネルギー型発電装置の運転方法。
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