JPH1162814A - Dcリンク式風力発電装置の制御方法 - Google Patents

Dcリンク式風力発電装置の制御方法

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JPH1162814A
JPH1162814A JP9243413A JP24341397A JPH1162814A JP H1162814 A JPH1162814 A JP H1162814A JP 9243413 A JP9243413 A JP 9243413A JP 24341397 A JP24341397 A JP 24341397A JP H1162814 A JPH1162814 A JP H1162814A
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JP9243413A
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Yasuhiko Fujiwara
靖彦 藤原
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • Feedback Control In General (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は瞬時の風速変動等に対して適切な制
御を行うことが出来るDCリンク式風力発電装置の制御
方法を提供する事を目的とする。 【解決手段】 ブレードに連結された発電機の出力指令
制御器より出力されたトルク指令信号に基づいてトルク
制御器がコンバータに対し一定トルクを保つように周波
数指令信号をコンバータに出力し、該コンバータを介し
て発電機の駆動周波数を制御可能に構成したDCリンク
式風力発電装置の制御方法において、風速計を用いてト
ルク(出力)指令信号を作ることのかわりにコンバータ
を制御する周波数指令信号を用いて、ブレードの回転に
蓄積された運動エネルギーの増減を検知することによっ
てトルク指令信号(出力指令信号)を作る方式を適用
し、瞬時の変動に対し、不確実な風速信号を取り込まな
いことで安定したDCリンク制御ができることを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電装置に係
り、特に風の変動等による出力変動を極小に抑えるDC
リンク方式を採用した風力発電装置の制御方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のDC(直流)リンク方式による風
力発電装置の概要を図3に基づいて説明するに、DCリ
ンク方式は、ACリンク方式の欠点である風の変動等が
直接系統への出力の変動となることを抑制することを目
的に、コンバータ4とインバータ11からなるDCリン
ク機構16と、必要に応じて該リンク機構16内に蓄電
池(不図示)を設け、風20を受けて風力発電機22に
取り付けられたブレード21が回転し、該ブレード21
に連結された発電機22によって発電されたAC電力
は、前記コンバータ4によってDC変換した後、更にイ
ンバータ11によりDCからACに変換して電力系統に
供給するとともに、前記発電機22によって発電された
電力が過多の場合は一旦DCリンク機構16内の不図示
の蓄電池に貯蔵し、その後交流に変換して電力系統に供
給するように構成されている。
【0003】図4にかかるDCリンク方式の従来の制御
技術を示す。図4において、風力発電機側に設けられた
風速計01からの風速信号によって出力指令制御器02
は発電機22のトルク制御信号06を出し、トルク制御
器03がコンバータ4に対し一定トルクを保つように、
コンバータ4より出力されるすべり信号等07を使って
トルク制御器03より出力する駆動周波数を制御する。
すなわち駆動トルクが大き過ぎる場合に、駆動周波数を
上昇させ、大きくなっているすべり信号等07をトルク
制御信号06に追従させブレード21の回転数を上げ
る。トルク制御器03はすべり信号等の予定のトルク信
号07が得られない場合に適宜修正制御を行う。
【0004】一方インバータ11は電圧制御器10によ
って制御され、系統への出力電圧12が一定になるよう
に運用される。また一時的に蓄電池に電力を蓄えること
によって、風20等の変動による系統への出力変動は少
なくなるように制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる従
来の制御方法によると、風速計01からの信号を用いて
いるため、風速計01とブレード21の回転変動の応答
性が大幅に異なることから、瞬時の風速変動等の不規則
なブレード21の回転変動に対して適切な制御を行うこ
とが困難である。そこで本発明は瞬時の風速変動等に対
して適切な制御を行うことが出来るDCリンク式風力発
電装置の制御方法を提供する事を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、ブレードに連
結された発電機の出力指令制御器より出力されたトルク
指令信号(出力指令信号)に基づいてトルク制御器(出
力制御器)がコンバータに対し一定トルクを保つように
周波数指令信号をコンバータに出力し、該コンバータを
介して発電機の駆動周波数を制御可能に構成したDCリ
ンク式風力発電装置の制御方法において、特に請求項1
記載の発明においては、主として前記出力指令制御器側
を特定し、風速計を用いてトルク(出力)指令信号を作
るかわりにコンバータを制御する周波数指令信号を用い
て、ブレードの回転に蓄積された運動エネルギーの増減
を検知し、該増減量に基づいてPI演算(比例積分)を
行うことによってトルク制御器へ出力するトルク指令値
を生成することを特徴とするものである。
【0007】又請求項2記載の発明は、前記請求項1記
載の発明をより効果的に具体化させ、コンバータを制御
する周波数指令信号を用い、定格周波数と前記周波数指
令値との差を出力指令制御器内のPI演算(比例積分)
回路でPI演算を行って生成したトルク指令値をトルク
制御器に出力すると共に、該トルク制御器は前記トルク
指令値に追従するように、前記コンバータ出力側よりの
フィードバック信号を検出しながら前記周波数指令値を
制御することを特徴とするものである。
【0008】かかる発明によれば、定格周波数と前記周
波数指令値との差をPI演算(比例積分)を行った演算
値に基づいてトルク指令値を生成するために、瞬時の変
動に対し、不確実な風速信号を取り込まないことで安定
したDCリンク制御を行なう事が出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。図1に図4に対応する本発明の実施形
態に係るDCリンク方式の制御工程図を示す。本制御工
程は、図3に示すブレード21に連結された発電機22
の出力指令制御器2より出力されたトルク指令信号に基
づいてトルク制御器3がコンバータ4に対し一定出力を
保つように周波数指令信号8をコンバータ4に出力し、
該コンバータ4を介して発電機22の駆動周波数を制御
可能に構成したDCリンク式風力発電装置の制御工程
で、図中10は電圧制御器、11はインバータ、12は
系統への出力電圧であり、かかる構成は図4と同一であ
る。
【0010】次に図4との相違点を中心に説明する。1
は減算器で、トルク制御器3より出力されるコンバータ
4を制御する周波数指令信号8を減算器1にフィードバ
ックし、定格周波数と前記周波数指令値8との差信号1
aを出力指令制御器2に出力する。出力指令制御器2に
は、PI演算(比例積分)回路2aが内蔵されており、
前記減算器1よりの差信号1aをPI演算(比例積分)
した演算値に基づいて生成したトルク指令値6をトルク
制御器3に出力する。トルク制御器3は前記トルク指令
値6に追従するように、前記コンバータ4の出力側より
フィードバックされたトルク信号(すべり信号等)7を
検出しながら前記周波数指令値8を制御し、該制御され
た周波数指令値8をコンバータ4に送出する。コンバー
タ4からのDC電力は、電圧制御器10によって駆動さ
れるインバータ11によって交流変換されて、一定電圧
出力12にて系統へ供給される。
【0011】次に本実施形態の制御手順を詳細に説明す
る。本実施形態は、減算器1にて演算された定格周波数
と周波数指令値8との差信号1aを出力指令制御器2の
中でPI演算(比例積分)を行い、トルク指令信号6と
する。トルク制御器3は、トルク指令信号6に追従する
ように、コンバータ4の出力側よりトルク信号7を検出
しながら周波数指令信号8を制御しているので、コンバ
ータ4を介した発電機22のトルク(出力)信号7はト
ルク指令値6にほぼ一致する。このようなトルク制御の
一方で、図3に示すように、風20によってブレード2
1に入ってくるエネルギーが少ない場合はトルク制御器
3よりの周波数指令値8は小さくなり、逆に入ってくる
エネルギーが大きい場合は周波数指令値8は大きくなっ
ていく。
【0012】即ち、図2に示すように符号17で示す風
速エネルギーが大きい領域では、トルク指令値6を上昇
させる事により周波数指令値8は大きくなり、符号18
で示す風速エネルギーが少ない領域では、トルク指令値
6を下降させる事により周波数指令値8は小さくなる。
即ち17の領域の場合は、トルク指令値6を上げ、18
の領域の場合はトルク指令値6を下げないと過速度や停
止をまねく。
【0013】従って前記図2の17若しくは18の領域
の場合に、周波数指令信号8のフィードバック信号が減
算器1に入り、その差信号1aが出力指令制御器2に入
力されると、PI演算(比例積分)回路2aにより、前
記減算器1よりの差信号1aをPI演算(比例積分)し
た演算値に基づいてトルク指令値6を補正制御すること
によって、トルク指令値6の自動調整が可能となり、し
かもエネルギーの過不足を直接正確に周波数指令値8よ
り検出可能である。
【0014】すなわち、図4の従来技術におけるDCリ
ンク式風力発電装置の制御方法では、風速計01を用い
たマイナーループとしてトルク制御を行っているため、
次第に風20等の条件でブレード21の回転数が変わっ
てくるが、本実施形態では、回転数が下がってきたらト
ルク指令値6を下げることによって回転を上げ、回転数
が上がってきたらトルク指令値6を上げることによって
回転数を下げるメジャーループによる制御方法を用いた
ために、これによって瞬時の風の変動については回転数
を変動させることが出来、これによりトルク一定制御で
出力変動をおさえ、長周期の出力変動は風次第となるが
平均化された出力特性が得られる。
【0015】従って、風力発電装置においては、発電機
のトルク制御をしているなかで、風次第ではブレード2
1の回転数が変動するが、周波数指令信号8をフィード
バックし出力指令制御器2のPI演算をすることによっ
て、瞬時な回転数の変動はそのままとして、長い周期の
風の変動に対して適切なトルク指令値6を出力すること
ができる。すなわち図2に示すように、ブレード21の
回転数が下がってきたら(上がってきたら)トルク指令
値6を下げて(上げて)、ブレード21の回転数をバラ
ンスするところまで上げ(下げ)、安定した連続制御を
実現する事が出来る。
【0016】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、風速
計を用いてトルク指令信号6を作ることのかわりにコン
バータを制御する周波数指令信号を用いて、ブレードの
回転に蓄積された回転の運動エネルギーの増減を検知す
ることによって、トルク指令信号を作る方式を適用した
ため、瞬時の風速変動に対し応答性等の不確実さが含ま
れる風速信号を取り込むことなく、安定した制御が可能
となった。また、これによって瞬時の風の変動について
は回転数を変動させるトルク一定制御で出力変動をおさ
え、長周期の出力変動は風次第となるが、平均化された
出力特性を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るDCリンク方式の制御
工程図である。
【図2】風速とトルク指令値の関係を示すグラフ図であ
る。
【図3】DCリンク方式の風力発電装置の説明図であ
る。
【図4】図1に対応する従来技術に係るDCリンク方式
の制御工程図である。
【符号の説明】
1 減算器 2 出力指令制御器 3 トルク制御器 4 コンバータ 6 トルク指令値 7 トルク信号(すべり信号等) 8 周波数指令値 10 電圧制御器 11 インバータ 21 ブレード 22 発電機

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブレードに連結された発電機の出力指令
    制御器より出力されたトルク指令値その他の出力指令信
    号(以下トルク指令値という)に基づいてトルク制御器
    その他の出力制御器(以下トルク制御器という)がコン
    バータに対し一定出力を保つように周波数指令信号をコ
    ンバータに出力し、該コンバータを介して発電機の駆動
    周波数を制御可能に構成したDCリンク式風力発電装置
    において、 前記コンバータを制御する周波数指令信号を用いて、ブ
    レードの回転に蓄積された運動エネルギーの増減を検知
    し、該増減量に基づいてPI演算(比例積分)を行うこ
    とによってトルク制御器へ出力するトルク指令値を生成
    することを特徴としたDCリンク式風力発電装置の制御
    方法。
  2. 【請求項2】 ブレードに連結された発電機の出力指令
    制御器より出力されたトルク指令値その他の出力指令信
    号(以下トルク指令値という)に基づいてトルク制御器
    その他の出力制御器(以下トルク制御器という)がコン
    バータに対し一定出力を保つように周波数指令信号をコ
    ンバータに出力し、該コンバータを介して発電機の駆動
    周波数を制御可能に構成したDCリンク式風力発電装置
    において、 前記コンバータを制御する周波数指令信号を用い、定格
    周波数と前記周波数指令値との差を出力指令制御器内の
    PI演算(比例積分)回路で演算を行って生成したトル
    ク指令値をトルク制御器に出力すると共に、該トルク制
    御器は前記出力指令値に追従するように、前記コンバー
    タ出力側よりのフィードバック信号を検出しながら前記
    周波数指令値を制御することを特徴としたDCリンク式
    風力発電装置の制御方法。
JP9243413A 1997-08-25 1997-08-25 Dcリンク式風力発電装置の制御方法 Withdrawn JPH1162814A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6891281B2 (en) 2000-05-11 2005-05-10 Aloys Wobben Method for operating a wind power station and wind power station
JP2006296189A (ja) * 2005-03-18 2006-10-26 Yaskawa Electric Corp 風力発電装置の発電機制御方法およびその装置
JP2011041392A (ja) * 2009-08-10 2011-02-24 Tdk Corp スイッチング電源装置、発電機および電力供給装置
JP2013233045A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Meidensha Corp 風車の過速抑制制御方法とその装置

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Effective date: 20041102