JP7414661B2 - 風力発電システムおよび風力発電システム用保護・制御装置 - Google Patents
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Description
(1)予め定められた距離に離間して配置された、風力により電力を発電する複数の風力発電装置。
(2)複数の前記風力発電装置により発電された電力を変圧し、電力系統に送電する変電設備。
(3)ループを形成するように複数の前記風力発電装置を電気的に接続するとともに、複数の前記風力発電装置を前記変電設備に電気的に接続する電力ケーブル。
(4)前記電力ケーブルの間、または前記電力ケーブルと複数の前記風力発電装置との間を電気的に開閉する複数の開閉装置。
(5)複数の前記開閉装置の開閉を制御する保護・制御装置。
(6)前記電力系統と前記変電設備の接続点よりも前記風力発電装置側が電気的にループを形成するように構成される。
(7)前記保護・制御装置により複数の前記開閉装置が開閉された場合であっても、前記変電設備および前記電力ケーブルは、電力系統にかかる高調波による共振が発生しないインダクタンスおよび静電容量を有する。
[1-1.構成]
図1~図3を参照して本実施形態の一例として、風力発電システム1について説明する。本実施形態において、同一構成の装置や部材が複数ある場合にはそれらについて同一の番号を付して説明を行い、また、同一構成の個々の装置や部材についてそれぞれを説明する場合に、共通する番号にアルファベットの添え字を付けることで区別する。風力発電システム1の等価回路を図3に示す。
風力発電システム1は、一例として保護・制御装置2、変電設備6、6つの風力発電装置3、を有する。6つの風力発電装置3は、ループを形成するように電力ケーブル7により電気的に接続される。6つの風力発電装置3を電気的に接続する電力ケーブル7は、変電設備6に接続される。変電設備6は、電力ケーブル8により電力系統9と電気的に接続される。電力ケーブル7が請求項における電力ケーブルに相当する。
保護・制御装置2は、コンピュータ等により構成された装置である。保護・制御装置2は、電力系統9の監視制御を行う給電指令所、系統制御所、集中制御所などの指令室等に設置される。保護・制御装置2は、電力ケーブル7または風力発電装置3おいて事故が発生した場合、または電力ケーブル7または風力発電装置3の点検、改修を行う場合に、開閉装置4の開閉を制御する。保護・制御装置2は、入力部21、出力部22、記憶部23、演算部24を有する。
次に、図1~8に基づき本実施形態の風力発電システム1の動作の概要を説明する。図1~6は、あくまで実施形態における一例を示すものであり、風力発電システム1を構成する風力発電装置3、開閉装置4、測定装置5、電力ケーブル7の数量は任意であってよい。図3に示すように風力発電システム1を構成する各部は、下記のインダクタンスまたは静電容量を有する。
Ls:電力系統9のインダクタンス
Lx:電力ケーブル8全体のインダクタンス
C1:電力ケーブル8全体の静電容量
Ltr:変電設備6のインダクタンス
Ly:電力ケーブル7全体のインダクタンス
C2:電力ケーブル7全体の静電容量
図4に示すように、事故が発生しておらず、または点検、改修が行われず、開閉装置4が全て閉路状態とされた場合における、変電設備6のインダクタンスLtr、電力系統9のインダクタンスLs、電力ケーブル8のインダクタンスLxおよび静電容量C1、電力ケーブル7のインダクタンスLyおよび静電容量C2との関係について説明する。電力ケーブル7a、7b、7c、7d、7e、7f、7gは、遮断されず変電設備6と電気的に接続されている。風力発電装置3a、3b、3c、3d、3e、3fは、変電設備6と電気的に接続されている。
L1=Ls+Lx/2 ・・・・・(式2)
L2=Lx/2+Ltr+Ly/2 ・・・・・(式3)
上記(式2)(式3)において、各パラメータは下記の通りである。
Ls:電力系統9のインダクタンス
Lx:電力ケーブル8全体のインダクタンス
C1:電力ケーブル8全体の静電容量
Ltr:変電設備6のインダクタンス
Ly:電力ケーブル7全体のインダクタンス
C2:電力ケーブル7全体の静電容量
次に図5に示すように、事故発生または点検、改修により、開閉装置4aの遮断器4aoが開路状態とされた場合について説明する。
次に図6に示すように、事故発生または点検、改修により、開閉装置4aの遮断器4anおよび開閉装置4bの遮断器4bmが開路状態とされた場合について説明する。
次に、点検、改修時等に電力ケーブル7の一部を遮断したときに、共振の発生が予測される場合について説明する。
次に、事故発生時に電力ケーブル7の一部を遮断した後に、共振が発生した場合について説明する。
(1)本実施形態によれば、風力発電システム1は、予め定められた距離に離間して配置された、風力により電力を発電する複数の風力発電装置3と、複数の風力発電装置3により発電された電力を変圧し、電力系統9に送電する変電設備6と、ループを形成するように複数の風力発電装置3を電気的に接続するとともに、複数の風力発電装置3を変電設備6に電気的に接続する電力ケーブル7と、電力ケーブル7の間、または電力ケーブル7と複数の風力発電装置3との間を電気的に開閉する複数の開閉装置4と、複数の開閉装置4の開閉を制御する保護・制御装置2と、を有し、電力系統9と変電設備6の接続点よりも風力発電装置3側が電気的にループを形成するように構成され、保護・制御装置2により複数の開閉装置4が開閉された場合であっても、変電設備6および電力ケーブル7は、電力系統9にかかる高調波による共振が発生しないインダクタンスおよび静電容量を有するので、複数の風力発電装置3間を電気的に接続する電力ケーブル7に配置された開閉装置4が開閉され、電力系統9から電力ケーブル7または風力発電装置3が遮断された場合であっても、電力系統9にかかる高調波による共振を避けることができる風力発電システム1を提供することができる。
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
2・・・保護・制御装置
21・・・入力部
22・・・出力部
23・・・記憶部
24・・・演算部
3,3a,3b,3c,3d,3e,3f・・・風力発電装置
4, 4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g・・・開閉装置
4m,4n,4o,4am,4an,4ao,4bm,4bn,4bo,4cm,4cn,4co,4dm,4dn,4do,4em,4en,4eo,4fm,4fn,4fo,4gm,4gn・・・遮断器
5, 5a,5b,5c,5d,5e,5f・・・測定装置
50,50a,50b,50c,50d,50e,50f・・・電圧検出器
51,51m,51am,51bm,51cm,51dm,51em,51fm,51n,51an,51bn,51cn,51dn,51en,51fn,51o,51ao,51bo,51co,51do,51eo,51fo・・・電流検出器
52,52a,52b,52c,52d,52e,52f・・・送信部
6・・・変電設備
61・・・変圧器
62・・・タップ付き直列リアクトル
7,7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g・・・電力ケーブル
8・・・電力ケーブル
9・・・電力系統
Claims (11)
- 予め定められた距離に離間して配置された、風力により電力を発電する複数の風力発電装置と、
複数の前記風力発電装置により発電された電力を変圧し、電力系統に送電する変電設備と、
複数の前記風力発電装置を電気的に接続するとともに、複数の前記風力発電装置を前記変電設備に電気的に接続する電力ケーブルと、
前記電力ケーブルの間、または前記電力ケーブルと複数の前記風力発電装置との間を電気的に開閉する複数の開閉装置と、
複数の前記開閉装置の開閉を制御する保護・制御装置と、を有し、
前記電力系統と前記変電設備の接続点よりも前記風力発電装置側が電気的にループを形成するように構成され、
前記保護・制御装置により複数の前記開閉装置が開閉された場合であっても、前記変電設備および前記電力ケーブルは、電力系統にかかる高調波による共振が発生しないインダクタンスおよび静電容量を有する、
風力発電システム。 - 前記変電設備および前記電力ケーブルは、前記保護・制御装置により複数の前記開閉装置が開閉された場合であっても、電力系統に供給された電力の奇数次高調波による共振が発生しない共振周波数を有するように調整された、インダクタンスおよび静電容量を有する、
請求項1に記載の風力発電システム。 - 前記変電設備および前記電力ケーブルは、前記保護・制御装置により複数の前記開閉装置が開閉された場合であっても、電力系統に供給された電力にかかる基本波と第3次高調波の間、または第3次高調波と第5次高調波との間、または第5次高調波と第7次高調波との間に共振周波数を有するように調整された、インダクタンスおよび静電容量を有する、
請求項1に記載の風力発電システム。 - 前記開閉装置は、ループを形成するように電気的に接続された前記電力ケーブルと前記風力発電装置3との間を開閉する第1の遮断器と、ループを形成する前記電力ケーブルとの間を開閉する第2の遮断器と、を有する、
請求項1または3に記載の風力発電システム。 - 前記保護・制御装置は、前記電力ケーブルの一部の区間の遮断を前記開閉装置により行う前に、共振の発生の予測を行い、高調波による共振が発生すると予測される場合、複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルのうち複数の前記風力発電装置を接続する単数または複数の区間を遮断し、前記電力ケーブルを前記共振の発生が回避されるインダクタンスおよび静電容量とする、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の風力発電システム。 - 前記保護・制御装置は、前記電力ケーブルの一部の区間の遮断を前記開閉装置により行った後に、高調波による共振が発生したと判断した場合、複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルのうち複数の前記風力発電装置を接続する単数または複数の区間を遮断し、前記電力ケーブルを前記共振の発生が回避されるインダクタンスおよび静電容量とする、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の風力発電システム。 - 前記保護・制御装置は、通常運転時に、複数の前記開閉装置のうち一つの開閉装置を開路状態として、前記電力ケーブルの通電部分を二つに分割し、
前記電力ケーブルの遮断時に、通常運転時に開路状態とされた前記一つの開閉装置を閉路状態とした後に、複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルのうち単数または複数の区間を遮断する、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の風力発電システム。 - 予め定められた距離に離間して配置された、風力により電力を発電する複数の風力発電装置と、
複数の前記風力発電装置により発電された電力を変圧し、電力系統に送電する変電設備と、
複数の前記風力発電装置を電気的に接続するとともに、複数の前記風力発電装置を前記変電設備に電気的に接続する電力ケーブルと、
前記電力ケーブルの間、または前記電力ケーブルと複数の前記風力発電装置の間を電気的に開閉する複数の開閉装置と、を有し、
前記電力系統と前記変電設備の接続点よりも前記風力発電装置側が電気的にループを形成するように構成された風力発電システムにおいて、
複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルを前記電力系統にかかる高調波による共振の発生を避けるインダクタンスおよび静電容量とする、
風力発電システム用保護・制御装置。 - 前記電力ケーブルの一部の区間の遮断を前記開閉装置により行う前に、共振の発生の予測を行い、高調波による共振が発生すると予測される場合、複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルのうち、複数の前記風力発電装置を接続する単数または複数の区間を遮断し、前記電力ケーブルを前記共振の発生が回避されるインダクタンスおよび静電容量とする、
請求項8に記載の風力発電システム用保護・制御装置。 - 前記電力ケーブルの一部の区間の遮断を前記開閉装置により行った後に、高調波による共振が発生したと判断した場合、複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルのうち、複数の前記風力発電装置を接続する単数または複数の区間を遮断し、前記電力ケーブルを前記共振の発生が回避されるインダクタンスおよび静電容量とする、
請求項8に記載の風力発電システム用保護・制御装置。 - 通常運転時に、複数の前記開閉装置のうち一つの開閉装置を開路状態として、前記電力ケーブルの通電部分を二つに分割し、
前記電力ケーブルの遮断時に、通常運転時に開路状態とされた前記一つの開閉装置を閉路状態とした後に、複数の前記開閉装置の開閉を制御し、前記電力ケーブルのうち単数または複数の区間を遮断する、
請求項8乃至10のいずれか1項に記載の風力発電システム用保護・制御装置。
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