JPWO2009078073A1 - 風力発電システム及びその運転制御方法 - Google Patents

風力発電システム及びその運転制御方法 Download PDF

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Abstract

無効電力の調整精度を向上させることを目的とする。連系点Ａにおける所定の無効電力指令値を、各風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各風車に対応する無効電力指令値を決定する。

Description

本発明は、風力発電システム及びその運転制御方法に関するものである。
従来、ウィンドファームの連系点における電力制御に関しては、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されるように、中央制御装置から各風車に対して一様な無効電力指令を送信し、各風車がこの無効電力指令に基づいて発電機の制御を行うことが提案されている。
米国特許第７１６６９２８号明細書 米国特許第７２２４０８１号明細書
近年、電力系統の電圧の安定性を高めることが要請されており、そのためには、連系点における電圧の更なる安定化を図ることが必要となる。しかしながら、上述した従来の技術では、各風車に一様な無効電力指令が与えられるために、連系点における電圧を効率的に安定させることができないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、連系点における電圧を効率的に安定させることのできる風力発電システム及びその運転制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各前記風車の出力電力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムの運転制御方法であって、前記連系点における所定の無効電力指令値を、各前記風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各前記風車に対応する無効電力指令値をそれぞれ決定する風力発電システムの運転制御方法である。
上記風力発電システムの運転制御方法によれば、連系点における所定の無効電力指令値を各風車に応じた無効電力補正量を用いて補正するので、各風車に対して他の風車とは異なる無効電力指令値を設定することが可能となる。これにより、各風車に関する特性等が考慮された適切な無効電力指令値に基づいて各風車が電力制御を行うこととなるので、系統点における電力の安定性を高めることが可能となる。
上記風力発電システムの運転制御方法において、前記無効電力補正量は、各前記風車と前記連系点との間に存在するリアクタンス成分に基づいて決定されることとしてもよい。
このように、風車と連系点との間に存在するリアクタンス成分を加味した無効電力補正量を用いて、各風車の無効電力指令値が決定されるので、連系点における無効電力を効率的に所定の無効電力指令値に一致させることが可能となる。
例えば、各風車と連系点との間に存在するリアクタンス成分を考慮せずに、連系点における実無効電力を無効電力指令値に一致させる単なるフィードバック制御を行った場合、各風車が備える発電システムの出力端における無効電力を、各風車に与えられた無効電力指令値に一致させることはできても、連系点における無効電力を所定の無効電力指令値に一致させることは難しい。これは、風車の出力端から連系点を繋ぐ電力線のリアクタンス等により、無効電力が変動するからである。この点、本発明では、各風車と連系点との間に存在するリアクタンス成分を加味した無効電力指令値に基づいて各風車の制御が行われるので、連系点における無効電力の更なる安定化を容易に実現することが可能となる。
本発明の第２の態様は、複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムの運転制御方法であって、複数の前記風車として、可変速風車と固定速風車の両方を備える場合に、前記固定速風車全体としての前記連系点における無効電力を算出し、算出した前記無効電力と前記連系点における所定の無効電力指令値との差分を算出し、算出した前記差分を用いて前記所定の無効電力指令値を補正し、補正後の前記所定の無効電力指令値に基づいて、各前記可変速風車の無効電力指令値を決定する風力発電システムの運転制御方法を提供する。
この方法によれば、固定速風車による無効電力の変動を考慮して可変速風車の無効電力指令値が決定されるので、固定速風車による無効電力の変動分を可変速風車の無効電力制御によって吸収することが可能となる。これにより、固定速風車と可変速風車とが混在する場合であっても、連系点における無効電力の安定性を向上させることができる。
上記風力発電システムの運転制御方法において、補正後の前記所定の無効電力指令値を、各前記可変速風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各前記可変速風車に対応する無効電力指令値を決定することとしてもよい。
このように、固定速風車の無効電力の変動を考慮して補正された連系点における所定の無効電力指令値を、各可変速風車に対応してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて更に補正することで、各可変速風車の無効電力指令値を決定するので、各可変速風車に対して他の可変速風車とは異なる無効電力指令値を設定することが可能となる。これにより、各可変速風車に関する特性等が考慮された適切な無効電力指令値に基づいて各可変速風車が無効電力制御を行うこととなるので、連系点における無効電力の安定度を更に高めることが可能となる。
上記風力発電システムの運転制御方法において、各前記可変速風車に応じた無効電力補正量は、各前記可変速風車と前記連系点との間に存在するリアクタンス成分に基づいて決定されることとしてもよい。
このように、風車と連系点との間に存在するリアクタンス成分を加味して、各可変速風車の無効電力指令値が決定されるので、連系点における無効電力を効率的に無効電力指令値と一致させることが可能となる。
本発明の第３の態様は、複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各前記風車の出力電力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムであって、前記連系点における所定の無効電力指令値を、各前記風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各前記風車に対応する無効電力指令値をそれぞれ決定する風力発電システムである。
本発明の第４の態様は、複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムであって、複数の前記風車として、可変速風車と固定速風車の両方を備える場合に、前記中央制御装置が、前記固定速風車全体としての前記連系点における無効電力を算出し、算出した前記無効電力と前記連系点における所定の無効電力指令値との差分を算出し、算出した前記差分を用いて前記所定の無効電力指令値を補正し、補正後の前記所定の無効電力指令値に基づいて、各前記可変速風車の無効電力指令値を決定する風力発電システムである。
本発明によれば、無効電力の調整精度を向上させることができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る全体構成を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る無効電力補正量について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る風力発電システムの運転制御方法の手順を示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る風力発電システムの運転制御方法について説明するための図である。
符号の説明
１ 風力発電システム
１０ 中央制御装置
２０ 発電システム
３０ 電力線
ＷＴＧ１，ＷＴＧ１，ＷＴＧｎ 風車
以下に、本発明に係る風力発電システム及びその運転制御方法の各実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る風力発電システムの全体構成を示したブロック図である。図１に示されるように、風力発電システム１は、複数の風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎ（以下、全ての風車を示すときは単に符号「ＷＴＧ」を付し、各風車を示すときは符号「ＷＴＧ１」、「ＷＴＧ２」等を付す。）と、各風車ＷＴＧに対して制御指令を与える中央制御装置１０とを備えている。本実施形態において、全ての風力発電装置ＷＴＧは、可変速風車である。
各風車ＷＴＧは、発電システム２０を備えている。発電システム２０は、例えば、発電機と、発電機の有効電力および無効電力を制御可能な可変周波数コンバータ励磁システムと、該可変周波数コンバータ励磁システムに電力指令値を与える風車制御装置とを主な構成として備えている。
各風車が備える発電システム２０から出力される電力は、各電力線３０により共通の連系点Ａを経由して電力系統（utility grid）に供給される。
中央制御装置１０は、系統電力を管理する電力管理室（例えば、電力会社等）から通知される連系点Ａにおける要求無効電力指令に基づいて、連系点Ａにおける無効電力指令値を設定する。そして、この無効電力指令値を各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎに対応してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正し、補正後の無効電力指令値を各風車に対してそれぞれ送信する。ここで、各風車に対応して設定されている無効電力補正量の詳細については後述する。
各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎが備える発電システム２０は、中央制御装置１０から無効電力指令値を受信すると、この無効電力指令値と、発電機の回転数に応じて設定される有効電力指令値とに基づいて発電機の制御を行う。このとき、無効電力指令値及び有効電力指令値は、熱的制約、電圧制限で決まる動作範囲内となるように設定される。
具体的には、発電システム２０において、無効電力指令値及び有効電力指令値は、可変周波数コンバータ励磁システムに与えられる。可変周波数コンバータ励磁システムは、無効電力指令値及び有効電力指令値に基づいてｄ−ｑ軸のロータ電流指令を生成し、このロータ電流指令に基づいて発電機の可変速コンバータを制御する。これにより、所望の有効電力および無効電力が出力される。
上記ロータ電流制御が行われることにより、各風車に与えられた無効電力指令値を満足する無効電力等が各風車ＷＴＧから出力され、電力線３０を介して共通の連系点Ａに供給されることとなる。
次に、上述した各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎに対応してそれぞれ設定される無効電力補正量について詳細に説明する。
上記無効電力補正量は、各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎと連系点Ａとの間に存在するリアクタンス成分に基づいて決定される。
例えば、多くの風車を有するウィンドファームなどでは、各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎと連系点Ａとを結ぶ電力線３０の長さがかなり異なることとなるため、風車から出力された無効電力は、連系点Ａに到達するまでにそれぞれの電力線３０の距離に応じたリアクタンスの影響を受けることとなる。このため、例えば、各風車に対して一様な無効電力指令値を与えた場合には、連系点Ａにおける無効電力にバラツキが生じ、電圧調整精度が低下する可能性がある。
本実施形態では、上述したような電力線３０のリアクタンス成分による電力変動を考慮し、各風車に与える無効電力指令値を上記電力線のリアクタンス成分に応じて補正することとしている。
まず、図２に示すように、各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｉ，・・・，ＷＴＧｎの出力端における電力をそれぞれＰ1＋ｊＱ1，Ｐ2＋ｊＱ2，・・・，Ｐi＋ｊＱi，・・・，Ｐn＋ｊＱnとする。また、各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎと連系点Ａとの間の電力線のリアクタンスをそれぞれｊｘ1，ｊｘ2，・・・ｊｘi，・・・ｊｘnとし、また、連系点Ａにおける各風車の電力をＰ1´＋ｊＱ1´，Ｐ2´＋ｊＱ2´，・・・，Ｐi´＋ｊＱi´，・・・，Ｐn´＋ｊＱn´と定義する。
次に、各風車において潮流計算を行う。ここでは、ｉ番目の風車を例に挙げて説明する。便宜上、連系点電圧Ｖgrid＝１ｐｕ，連系点電圧位相角δgrid＝０とする。また、有効電力Ｐ、無効電力Ｑともに、各風車から連系点Ａへ向かう方向を正の符号とする。
このような条件において、風車ＧＴＷｉの出力端における有効電力Ｐi、無効電力Ｑi、並びに連系点Ａにおける有効電力Ｐi´、無効電力Ｑi´はそれぞれ以下の（１）〜（４）式のように表される。
Figure 2009078073
上記無効電力に関する（３）式及び（４）式を用いて、以下の（５）式が導出される。
Figure 2009078073
上記（５）式におけるＱiからの変化率をｗiとすると、以下の（６）式が得られる。
Figure 2009078073
上記（１）〜（４）式において、Ｐi、Ｑiを既知とすると、Ｐi´、Ｑi´、Ｖi、δiを解くことができる。
例えば、過去所定期間（例えば、１ヶ月、或いは３ヶ月、或いは１年等）において無効電力Ｑi及び有効電力Ｐiのデータを取得し、これらのデータを解析することにより（例えば、平均等することにより）、適切な無効電力Ｑi及び有効電力Ｐiを設定する。
上記（６）式に示される変化率ｗiは、無効電力補正量として設定される。
各風車に対して求められた変化率ｗiは、各風車と対応付けて中央制御装置１０が備えるメモリ内に格納され、風車の運転時における無効電力指令値の補正に用いられる。
なお、メモリに格納される上記無効電力補正量は、例えば、所定の時間間隔（例えば、１年または３ヶ月等）で更新されるものとしてもよい。更新時には、風車の出力端における無効電力Ｑi及び有効電力Ｐiを適切な値に設定し、例えば、上述したように過去所定期間におけるデータの解析結果等を用いて設定し、この値を上記（６）式に代入することにより各風車の無効電力補正量を更新すればよい。
次に、上述した構成を備える風力発電システムの運転制御方法について説明する。
まず、中央制御装置１０は、連系点の無効電力指令値Ｑgridを取得すると（図３のステップＳＡ１）、各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎに対応する無効電力補正量ｗiをメモリから読み出し、この無効電力補正量ｗiと以下の（７）式とを用いて無効電力指令値Ｑgridを補正し、各風車に対応する無効電力指令値Ｑiをそれぞれ算出する（ステップＳＡ２）。
Figure 2009078073
（７）式においてＮは風車の台数である。
中央制御装置１０は、各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎに対応する無効電力指令値Ｑ1,Ｑ2，・・・Ｑnを算出すると、これらを各風車にそれぞれ送信する（ステップＳＡ３）。
各風車ＷＴＧ１，ＷＴＧ２，・・・，ＷＴＧｎの発電システムは、中央制御装置１０から受信した無効電力指令値Ｑ1,Ｑ2，・・・，Ｑnと発電機の回転数から設定される有効電力指令値とに基づいて発電機を制御する。これにより、各風車に与えられた無効電力指令値に一致する無効電力が各風車の出力端から出力され、電力線３０を介して共通の連系点Ａに供給される。
中央制御装置１０は、連系点Ａにおける実際の無効電力Ｑgrid´を検出し、この実無効電力Ｑgrid´と無効電力指令値Ｑgridとの差分ΔＱgridを算出し、この差分ΔＱgridを解消するような無効電力指令値を新たに算出し、これを次の無効電力指令値として各風車に与える（ステップＳＡ４）。
新たな無効電力指令値は、以下に示す（８）式のように、差分ΔＱgridと無効電力補正量ｗiとを、ステップＳＡ１で取得した連系点Ａにおける無効電力指令値Ｑgridに加算することで求められる。
Figure 2009078073
そして、以降においては、所定の時間間隔で連系点Ａにおける実無効電力を検出し、この検出結果から求められる無効電力差分ΔＱgrid＝Ｑgrid−Ｑgrid´と無効電力補正値ｗiとを上記（８）式に代入することにより、各風車に対応する無効電力指令値を算出すればよい。
このようにして、フィードバック制御が行われることにより、連系点Ａにおける無効電力を安定させることが可能となる。
以上説明してきたように、本実施形態に係る風力発電システム１及びその運転制御方法によれば、連系点Ａにおける無効電力指令値を、各風車と連系点Ａとの間に存在するリアクタンスに応じた無効電力補正量ｗiを用いて補正することにより、各風車に適した無効電力指令値を求めるので、電力線３０に係るリアクタンスを考慮した無効電力制御を各風車において行わせることが可能となる。これにより、連系点Ａにおける無効電力の更なる安定化を実現することが可能となる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。
上述した第１の実施形態においては、全ての風車が可変速風車である場合について述べたが、本実施形態では、一部の風車が固定速風車である場合について説明する。
本実施形態に係る風力発電システムは、少なくとも１台の固定速風車と少なくとも１台の可変速風車を備えている。例えば、図４に示すように、１番目からｉ番目までの風車を可変速風車、ｉ＋１番目からｎ番目までの風車を固定速風車とする。この場合、まず、上述した第１の実施形態と同様の手順に基づく潮流計算により、風車の出力端における無効電力Ｑi、及び連系点Ａにおける無効電力Ｑi´を求める。
続いて、固定速風車のみの無効電力の合計を以下の（９）式〜（１０）式に示されるように求める。
Figure 2009078073
次に、固定速風車全体における風車の出力端の無効電力の合計と、連系点Ａにおける無効電力の合計との差分ΔＱfixを以下の（１１）式により求める。
ΔＱfix＝Ｑfix−Ｑfix´ （１１）
この差分ΔＱfixを可変速風車によって吸収する必要がある。
ここで、連系点Ａにおける無効電力指令に対する固定速風車の無効電力供給分の寄与率は、以下の（１２）式で表すことができ、この残りである（１−α）Ｑgridが可変速風車によって供給されればよいこととなる。
α＝Ｑfix´／Ｑgrid （１２）
したがって、可変速風車全体で供給しなければならない無効電力指令Ｑgrid_varは、上記固定速風車における無効電力の変動分を考慮して、以下の（１３）式で表される。
Figure 2009078073
そして、このようにして可変速風車全体で供給しなければならない無効電力指令が求められると、この無効電力指令を可変速風車の台数で割ることにより、各風車で一様に分担する無効電力指令を求め、更に、この無効電力指令を各風車に対応する無効電力補正量ｗiで補正する。これにより、最終的に各風車に与えられる無効電力指令値は以下の（１４）式で表されることとなる。（１４）式においてＭは、可変速風車の台数である。
Figure 2009078073
そして、上記（１３）式を用いて求めた補正後の無効電力指令値を各風車に対して送信する。
以上説明してきたように、本実施形態に係る風力発電システム及びその運転制御方法によれば、固定速風車と可変速風車とが混在する場合には、固定速風車における無効電力の変動分を考慮して可変速風車全体に対する無効電力指令値が決定されるので、固定速風車による無効電力変動を可変速風車により吸収することが可能となる。これにより、固定速風車が含まれる場合においても無効電力制御の精度向上を図ることが可能となる。
なお、上述した本実施形態に代えて、例えば、上記（１３）式で示される可変速風車全体に対する無効電力指令Ｑgrid_varを可変速風車の台数Ｍで割った指令値を、無効電力指令値として各可変速風車に与えることとしてもよい。この場合、各可変速風車と連系点Ａとの間に存在するリアクトルによる無効電力変動については解消されないが、固定速風車による無効電力変動を解消することが可能となる点で、相当の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した各実施形態においては、中央制御装置１０が無効電力指令値の補正を行っていたが、この態様に代えて、例えば、各風車において無効電力指令値の補正を行うこととしてもよい。この場合には、中央制御装置１０から各風車に対して一様の無効電力指令値が送信され、各風車において、各風車が保有する個々の無効電力補正量を用いて、中央制御装置１０から受信した一様の無効電力指令値の補正が行われる。
また、上記各実施形態においては、中央制御装置１０から通信によって補正後の無効電力指令値等が送信されることとしたが、例えば、オペレータが手動により各風車に対して無効電力指令値を入力するような構成としてもよい。
更に、上記各実施形態においては、連系点の無効電力指令値に基づいて各風車に与える無効電力指令値を決定していたが、これに代えて、例えば、中央制御装置１０が連系点における電圧指令値を入力情報として取得し、この連系点における電圧指令値と連系点における実際の電圧値とが一致するような無効電力指令値を生成する態様としてもよい。
また、上述した各実施形態においては、中央制御装置１０から各風車に無効電力指令値を与え、この無効電力指令値と発電機の回転数に基づいて決定される有効電力指令値とに基づいて各風車の発電機出力を制御していた。しかしながら、有効電力と無効電力の２乗和の平方根、即ち、皮相電力が定格容量を超えてしまった場合には、所望の有効電力、無効電力を出力できない。この場合には、有効電力を減らして、無効電力を優先とするか、或いは、無効電力を減らして有効電力を優先とするか２つのうち、いずれか一つを選択する必要が生ずる。
このような場合に備えて、予めどちらを優先させるかを設定しておき、上述のような事象が発生した場合には、その設定内容に基づいて制御を行うこととしてもよい。また、上記事象が発生した場合には、その旨をオペレータに通知することとし、その都度、オペレータがどちらを優先させるのかを入力することとしてもよい。

Claims (7)

  1. 複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各前記風車の出力電力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムの運転制御方法であって、
    前記連系点における所定の無効電力指令値を、各前記風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各前記風車に対応する無効電力指令値をそれぞれ決定する風力発電システムの運転制御方法。
  2. 前記無効電力補正量は、各前記風車と前記連系点との間に存在するリアクタンス成分に基づいて決定される請求項１に記載の風力発電システムの運転制御方法。
  3. 複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムの運転制御方法であって、
    複数の前記風車として、可変速風車と固定速風車の両方を備える場合に、前記固定速風車全体としての前記連系点における無効電力を算出し、
    算出した前記無効電力と前記連系点における所定の無効電力指令値との差分を算出し、
    算出した前記差分を用いて前記所定の無効電力指令値を補正し、
    補正後の前記所定の無効電力指令値に基づいて、各前記可変速風車の無効電力指令値を決定する風力発電システムの運転制御方法。
  4. 補正後の前記所定の無効電力指令値を、各前記可変速風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各前記可変速風車に対応する無効電力指令値を決定する請求項３に記載の風力発電システムの運転制御方法。
  5. 各前記可変速風車に応じた無効電力補正量は、各前記可変速風車と前記連系点との間に存在するリアクタンス成分に基づいて決定される請求項４に記載の風力発電システムの運転制御方法。
  6. 複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各前記風車の出力電力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムであって、
    前記連系点における所定の無効電力指令値を、各前記風車に対してそれぞれ設定されている無効電力補正量を用いて補正することで、各前記風車に対応する無効電力指令値をそれぞれ決定する風力発電システム。
  7. 複数の風車と、各前記風車に対して制御指令を与える中央制御装置とを備え、各風車の出力が共通の連系点を通じて電力系統に供給される風力発電システムであって、
    複数の前記風車として、可変速風車と固定速風車の両方を備える場合に、
    前記中央制御装置が、
    前記固定速風車全体としての前記連系点における無効電力を算出し、
    算出した前記無効電力と前記連系点における所定の無効電力指令値との差分を算出し、
    算出した前記差分を用いて前記所定の無効電力指令値を補正し、
    補正後の前記所定の無効電力指令値に基づいて、各前記可変速風車の無効電力指令値を決定する風力発電システム。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006027465A1 (de) * 2006-06-12 2007-12-13 Woodward Seg Gmbh & Co. Kg Strombegrenzung für eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine
CA2696844A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind-power generation system and operation control method therefor
ES2382631B1 (es) * 2009-09-03 2013-05-03 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Metodos y sistemas de control de aerogeneradores
JP5388769B2 (ja) * 2009-09-09 2014-01-15 株式会社日立製作所 風力発電システム、制御方法、制御装置、およびプログラム
JP5320311B2 (ja) * 2010-01-18 2013-10-23 三菱重工業株式会社 可変速発電装置及びその制御方法
EP2577831B1 (en) * 2010-06-03 2019-03-06 Vestas Wind Systems A/S Method and control arrangement for controlling central capacitors in wind power plants
WO2012062323A2 (en) 2010-11-10 2012-05-18 Vestas Wind Systems A/S Method and system for operating a wind turbine
EP2482418B1 (en) * 2011-02-01 2018-08-22 Siemens Aktiengesellschaft Active desynchronization of switching converters
JP5627529B2 (ja) * 2011-04-01 2014-11-19 三菱重工業株式会社 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
JP5485368B2 (ja) * 2011-11-16 2014-05-07 三菱重工業株式会社 風力発電システム及びその制御方法
US9252596B2 (en) 2011-11-28 2016-02-02 General Electric Company System and method for reactive power compensation in power networks
EP2607692B1 (en) * 2011-12-22 2015-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining a voltage bounding range
DK2679812T3 (en) * 2012-06-28 2015-02-02 Siemens Ag Wind farm management system
EP2693589B1 (en) * 2012-07-31 2015-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Wind park control system
US9556852B2 (en) 2012-09-17 2017-01-31 Vestas Wind Systems A/S Method of determining individual set points in a power plant controller, and a power plant controller
JP5946810B2 (ja) * 2013-10-18 2016-07-06 三菱重工業株式会社 電力システム及びその運転方法、並びに電力システムの制御装置
US9541062B2 (en) * 2013-11-20 2017-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Method of operating a wind park
JP2017158382A (ja) * 2016-03-04 2017-09-07 株式会社日立製作所 回転電機システムまたは回転電機システムの運転方法
DE102016106215A1 (de) * 2016-04-05 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Verfahren sowie Windenergieanlage zum Einspeisen elektrischer Leistung
DE102019105296A1 (de) * 2019-03-01 2020-09-03 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, Reglerstruktur, Windenergieanlage und Windpark
US10767630B1 (en) * 2019-05-28 2020-09-08 General Electric Company System and method for operating a wind farm during low wind speeds
US11726436B2 (en) * 2021-08-19 2023-08-15 General Electric Renovables Espana, S.L. System and method for controlling a power generating system
EP4187742A1 (en) 2021-11-30 2023-05-31 Nordex Energy SE & Co. KG Method and control system for operating a wind farm

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62242126A (ja) * 1985-11-14 1987-10-22 Minoru Suda 直動ころがり軸受
JPH08126204A (ja) * 1994-10-21 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp 系統安定化装置
JP3341967B2 (ja) * 1995-11-08 2002-11-05 日本車輌製造株式会社 エンジン発電機用自動並列運転装置
JPH1141990A (ja) * 1997-07-17 1999-02-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電プラントの力率制御装置
JP2000078896A (ja) * 1998-08-28 2000-03-14 Hitachi Engineering & Services Co Ltd 風力発電設備
DE19948196A1 (de) * 1999-10-06 2001-05-17 Aloys Wobben Verfahren zum Betrieb eines Windparks
NO20001641L (no) * 2000-03-29 2001-10-01 Abb Research Ltd Vindkraftanlegg
US6670721B2 (en) * 2001-07-10 2003-12-30 Abb Ab System, method, rotating machine and computer program product for enhancing electric power produced by renewable facilities
US7015595B2 (en) * 2002-02-11 2006-03-21 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine having a passive grid side rectifier with scalar power control and dependent pitch control
US6924565B2 (en) * 2003-08-18 2005-08-02 General Electric Company Continuous reactive power support for wind turbine generators
US7119452B2 (en) 2003-09-03 2006-10-10 General Electric Company Voltage control for wind generators
US7288921B2 (en) * 2004-06-25 2007-10-30 Emerson Process Management Power & Water Solutions, Inc. Method and apparatus for providing economic analysis of power generation and distribution
DE102004048341A1 (de) * 2004-10-01 2006-04-13 Repower Systems Ag Windpark mit robuster Blindleistungsregelung und Verfahren zum Betrieb
JP4495001B2 (ja) * 2005-02-17 2010-06-30 三菱重工業株式会社 発電システム
US8649911B2 (en) * 2005-06-03 2014-02-11 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
US7505833B2 (en) * 2006-03-29 2009-03-17 General Electric Company System, method, and article of manufacture for controlling operation of an electrical power generation system
US7642666B2 (en) * 2006-11-02 2010-01-05 Hitachi, Ltd. Wind power generation apparatus, wind power generation system and power system control apparatus
US7983799B2 (en) * 2006-12-15 2011-07-19 General Electric Company System and method for controlling microgrid
EP2218910B1 (en) * 2007-12-14 2014-01-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind power generation system and its operation control method
CA2696844A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind-power generation system and operation control method therefor

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