KR20120025499A - 풍력 발전 장치, 풍력 발전 장치의 제어 방법, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템의 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전 장치, 풍력 발전 장치의 제어 방법, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템의 제어 방법 Download PDF

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신지 아리나가
츠요시 와카사
다카토시 마츠시타
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

돌발적으로 전력 계통의 주파수에 변동이 생긴 경우이더라도, 전력 계통을 안정화시키는 것을 목적으로 한다. 풍력 발전 장치(1)는, 풍력에 의해서 회전하는 로터(7)와, 로터(7)의 회전에 의해 구동되는 발전기(5)와, 전력 계통(13)의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 발전기(5)의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 발전기(5)의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키도록 제어하는 제어 장치(20)를 구비한다. 이것에 의해, 전력 계통(13)의 주파수가 변동한 경우이더라도, 주파수 변동을 억제할 수 있어, 전력 계통(13)을 안정화시킬 수 있다.

Description

풍력 발전 장치, 풍력 발전 장치의 제어 방법, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템의 제어 방법{WIND-POWER GENERATION DEVICE, CONTROL METHOD FOR WIND-POWER GENERATION DEVICE, WIND-POWER GENERATION SYSTEM, AND CONTROL METHOD FOR WIND-POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은, 풍력 발전 장치, 풍력 발전 장치의 제어 방법, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력의 공급 시스템에서는, 전력량의 수급 밸런스, 전압, 주파수를 일정하게 유지하는 것이 요구된다. 종래, 풍력 발전 장치에 있어서는, 발전 출력이나 풍차 로터의 회전수 등을 검출하여, 검출 결과를 피드백하는 것에 의해 발전 출력을 제어하고 있지만, 전력 계통의 주파수나 전압의 변동을 저감시키는 것과 같은 제어는 이루어지고 있지 않다. 이 때문에, 전력 계통의 상태(전력 수요, 부하율, 주파수, 전압 등)와 무관하게 풍력 발전 장치로부터 발전 출력을 공급함으로써, 전력 계통이 불안정하게 되는 경우가 있다.
이 때문에, 풍력 발전 장치를 전력 계통에 접속하는 때에는, 전압이나 주파수의 안정성, 무효 전력의 공급 안정성 및 고장 시의 즉응성 등을 정한 송전망 규격에 적합시킬 필요가 있다. 예컨대, 전력 계통의 주파수에 소정의 정격 주파수를 기준으로 하여 변동이 있었던 경우이더라도, 이 변동이, 송전망 규격에서 정하는 소정의 시간 내(예컨대, 10초) 및 소정의 값 이내(예컨대, 기준 주파수의 5%)인 경우에는, 해열(解列)하는 일없이 풍력 발전 장치의 운전을 계속하는 것이 요구된다.
또한, 전력 계통이 불안정하게 된 경우에, 단지 해열하지 않을 뿐만 아니라, 보다 적극적으로 전력 계통의 안정화에 공헌하는 운전이 요구되고 있다. 그래서, 전력 계통의 상태를 고려하여 풍력 발전 장치의 발전 출력을 제어하는 기술로서, 특허 문헌 1에는, 전력 계통의 주파수가 상승한 경우에, 풍력 발전 장치로부터의 발전 출력을 저하시키는 기술이 개시되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 특허 제2003-535561호 공보
그러나 상기한 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 전력 계통의 주파수가 상승한 경우에 발전 출력을 제어할 뿐이며, 주파수가 저하된 경우에 대하여 고려되어 있지 않고, 반드시 전력의 품질을 유지할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 예컨대, 전력 계통의 주파수에 변동이 생긴 경우에, 전력 계통의 안정화에 공헌할 수 있는 풍력 발전 장치, 풍력 발전 장치의 제어 방법, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제 1 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기와, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 제어 장치는, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우에, 발전 출력을 증가시키도록 풍력 발전 장치를 제어한다. 일반적으로, 계통의 주파수는, 계통에 접속하는 발전 장치의 발전 출력과 계통에 있어서의 소비 전력의 밸런스로 변동하여, 소비 전력에 비하여 발전 출력이 작은 경우에는, 주파수가 저하된다. 그래서, 주파수가 저하된 경우에 발전 출력을 증가시킴으로써 주파수를 상승시켜 전력 계통의 안정화를 도모할 수 있다. 이 때, 충분한 풍력이 얻어지지 않고 블레이드 피치각의 조작만으로는 발전 출력을 증가할 수 없더라도, 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상이면, 인버터 장치를 제어하여, 풍차 로터의 관성 에너지를 발전 출력으로 변환함으로써, 발전 출력을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 제 1 측면은, 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에는, 회전수의 변동에 관계없이, 즉, 회전수가 감소하고 있는 경우이더라도 발전 출력을 증가시키도록 제어한다. 환언하면, 본 발명의 제 1 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기와, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을 증가시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
상기한 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 미만으로 된 경우에, 상기 발전 출력을 감소시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
발전기의 회전수가 제 1 소정치를 하회하는 경우에는, 회전수가 더 저하되면 운전을 계속할 수 없게 되기 때문에, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 미만으로 된 경우에, 상기 발전 출력을 감소시키도록 제어하여 발전기의 회전수 저하를 방지한다.
상기한 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 발전 출력이 소정의 정격 출력에 도달했을 때에, 상기 정격 출력을 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.
풍력 발전 장치의 발전 출력은, 풍력 발전 장치 및 전력 계통의 안정화 등의 관점에서, 그 변동이 적게, 정격 출력이 유지되는 것이 가장 바람직하다. 이 때문에, 발전 출력을 증가시켜, 정격 출력로 유지하도록 제어한다.
본 발명의 제 2 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기와, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 제어 장치는, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우에, 발전 출력을 감소시키도록 풍력 발전 장치를 제어한다. 일반적으로, 계통의 주파수는, 계통에 접속되는 발전 장치의 발전 출력과 계통에 있어서의 소비 전력의 밸런스로 변동하여, 소비 전력에 비하여 발전 출력이 큰 경우에는, 주파수가 상승한다. 그래서, 주파수가 상승한 경우에 발전 출력을 감소시킴으로써, 주파수를 저하시켜 전력 계통의 안정화를 도모할 수 있다. 이 때, 블레이드 피치각의 조작만으로는 발전 출력을 충분히 감소할 수 없더라도, 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만이면, 인버터 장치를 제어하여, 풍력을 풍차 로터의 관성 에너지로 변환함으로써, 발전 출력을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 제 2 측면은, 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에는, 회전수의 변동에 관계없이, 즉, 회전수가 증가하고 있는 경우이더라도 발전 출력을 감소시키도록 제어한다. 환언하면, 본 발명의 제 2 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기와, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을 감소시키도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
상기한 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 이상으로 된 경우에, 상기 발전 출력을 증가시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 발전기의 회전수가 제 2 소정치 이상으로 되는 경우에는, 회전수가 상승하면 과회전으로 발전 장치가 파손하는 경우가 또한 있기 때문에, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 이상으로 된 경우에, 상기 발전 출력을 증가시키도록 제어하여 발전기의 회전수 상승을 방지한다.
상기한 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 발전 출력이 소정의 발전 출력까지 저하되었을 때에, 상기 소정의 발전 출력을 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.
풍력 발전 장치의 발전 출력이 너무 저하하면, 일단 계통으로부터 해열하여, 풍력 발전 장치를 재기동하는 것이 필요하게 된다. 재기동에는 시간이 걸리기 때문에, 단시간의 주파수 변동이 일어나더라도 계통 연계를 유지하도록, 최저한의 발전 출력(소정의 출력)을 유지하도록 제어한다.
본 발명의 제 3 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 구비하는 풍량 발전 장치의 제어 방법으로서, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키도록 제어하는 풍력 발전 장치의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 4 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 구비하는 풍력 발전 장치의 제어 방법으로서, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키도록 제어하는 풍력 발전 장치의 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 5 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와, 상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하며, 상기 관리 제어 장치는, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 증가시키는 제 1 제어 신호를 송신하고, 상기 각 풍력 발전 장치는, 상기 제 1 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키는 풍력 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 6 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와, 상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하며, 상기 관리 제어 장치는, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 감소시키는 제 2 제어 신호를 송신하고, 상기 각 풍력 발전 장치는, 상기 제 2 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키는 풍력 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 7 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와, 상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템의 제어 방법으로서, 상기 관리 제어 장치에 의해, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 증가시키는 제 1 제어 신호를 송신하는 스텝과, 상기 각 풍력 발전 장치에 의해, 상기 제 1 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키는 스텝을 구비하는 풍력 발전 시스템의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 8 측면은, 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와, 상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템의 제어 방법으로서, 상기 관리 제어 장치에 의해, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 감소시키는 제 2 제어 신호를 송신하는 스텝과, 상기 각 풍력 발전 장치는, 상기 제 2 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키는 스텝을 구비하는 풍력 발전 시스템의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 예컨대, 전력 계통의 주파수에 변동이 생긴 경우이더라도, 전력 계통을 안정화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 전력 계통의 주파수가 저하된 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 전력 계통의 주파수가 저하되는 경우의, 주파수, 발전 출력, 회전수, 풍속의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 전력 계통의 주파수가 저하되는 경우의, 주파수, 발전 출력, 회전수, 풍속의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 전력 계통의 주파수가 상승한 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 전력 계통의 주파수가 상승하는 경우의, 주파수, 발전 출력, 회전수, 풍속의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 있어서, 전력 계통의 주파수가 상승하는 경우의, 주파수, 발전 출력, 회전수, 풍속의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치에 적용하는 발전기와 인버터 장치의 다른 예를 게시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 계통의 주파수가 저하된 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 계통의 주파수가 상승한 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
(제 1 실시 형태)
이하에, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 풍력 발전 장치(1)의 구성을 나타내는 측면도이다. 풍력 발전 장치(1)는, 타워(2), 타워(2)의 상부에 마련된 나셀(nacelle)(3) 및 풍차 로터(7)를 구비하고 있다. 나셀(3)은, 발전기(5) 및 증속기(6)를 구비하고 있고, 풍차 로터(7), 증속기(6) 및 발전기(5)는 기계적으로 연결되어, 회전이 전달되도록 되어 있다. 풍차 로터(7)는, 복수 개의 블레이드(8)와 허브(9)를 구비하고 있고, 블레이드(8)는, 허브(9)에 방사상으로, 또한, 그 피치각이 가변 제어 가능해지도록 마련되어 있다. 즉, 허브(9)는, 블레이드(8)를 구동하는 유압 실린더(도시하지 않음)와, 유압 실린더에 유압을 공급하는 서보 밸브(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 후술하는 피치 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 서보 밸브의 열림 정도를 조정함으로써 유압 실린더에 공급되는 유압을 제어하여, 블레이드(8)를 원하는 피치각으로 제어한다.
이와 같이, 풍력 발전 장치(1)는, 블레이드(8)가 풍력 에너지를 수취하여 풍차 로터(7)가 회전하며, 풍차 로터(7)의 회전을 증속기(6)에 의해서 증속한 후, 그 회전에 의해 발전기(5)를 구동하여 발전하는 것에 의해 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 되어 있다.
도 2는, 풍력 발전 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 풍력 발전 장치(1)는, 2중 공급 가변속 풍력 터빈 시스템(doubly-fed variable speed wind turbine system)의 1종이다. 즉, 본 실시 형태의 풍력 발전 시스템(1)은, 발전기(5)가 발생하는 전력이 스테이터 코일 및 로터 코일의 양쪽으로부터 전력 계통(13)에 출력 가능하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 발전기(5)는, 그 스테이터 코일이 전력 계통(13)에 직접적으로 접속되고, 로터 코일이 인버터 장치(17)를 거쳐서 전력 계통(13)에 접속되어 있다.
인버터 장치(17)는, 발전기측 인버터(14), DC 버스(15), 및 계통측 인버터(16)로 구성되어 있고, 로터 코일로부터 수취한 교류 전력을 전력 계통(13)의 주파수에 적합한 교류 전력으로 변환한다. 발전기측 인버터(14)는, 로터 코일에 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 그 직류 전력을 DC 버스(15)에 출력한다. 계통측 인버터(16)는, DC 버스(15)의 전압 제어를 행하고, 이것에 의해 계통측 인버터(16)는 계통측과 전력의 수급을 행한다. 즉, 계통측 인버터(16)는, DC 버스(15)로부터 수취한 직류 전력을 전력 계통(13)과 동일한 주파수의 교류 전력으로 변환하여, 그 교류 전력을 전력 계통(13)에 출력한다. 발전기(5)가 전력 계통(13)에 출력하는 발전 출력은, 발전기측 인버터(14)에 의해서 제어된다.
인버터 장치(17)는, 전력 계통(13)으로부터 수취한 교류 전력을 로터 코일의 주파수에 적합한 교류 전력으로 변환하는 기능도 갖고 있고, 풍력 발전 시스템(1)의 운전의 상황에 따라서는 로터 코일을 여기하기 위해서도 사용된다. 이 경우, 계통측 인버터(16)는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 그 직류 전력을 DC 버스(15)에 출력한다. 발전기측 인버터(14)는, DC 버스(15)로부터 수취한 직류 전력을 로터 코일의 주파수에 적합한 교류 전력으로 변환하여, 그 교류 전력을 발전기(5)의 로터 코일에 공급한다.
풍력 발전 시스템(1)의 제어계는, PLG(pulse logic generator)(18)와, 센서(19), 제어 장치(20)를 구비하고 있다. PLG(18)는, 발전기(5)의 회전수(이하, 「회전수」라고 함)를 측정하여, 측정 결과를 제어 장치(20)에 출력한다.
센서(19)는, 발전기(5)를 전력 계통(13)에 접속하는 전력선에 마련되어 있고, 전력 계통(13)의 전압 Vgrid, 발전기(5)로부터 전력 계통(13)에 출력되는 전류 Igrid 및 전력 계통(13)의 주파수(이하, 「계통 주파수」라고 함)를 측정하여, 측정 결과를 제어 장치(20)에 출력한다.
제어 장치(20)는, 컨버터 제어부(21), 피치 제어부(22) 및 주 제어부(23)를 구비하고 있다. 주 제어부(23)는, 센서(19)의 출력인 출력 전류 Igrid 및 전압 Vgrid로부터, 전력 계통(13)에 출력되는 발전 출력을 산출한다. 주 제어부(23)는, PLG(18)의 출력인 회전수 및 센서(19)의 출력인 출력 전류 Igrid, 전압 Vgrid 및 계통 주파수에 응답하여, 컨버터 제어부(21) 및 피치 제어부(22)에 대한 제어 신호를 생성한다. 컨버터 제어부(21)는, 주 제어부(23)로부터의 제어 신호에 기초하여 발전기측 인버터(14)의 파워 트랜지스터를 제어함으로써 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력을 제어한다. 계통측 인버터(16)의 파워 트랜지스터를 제어함으로써 DC 버스(15)의 전압을 소정의 값으로 제어한다.
피치 제어부(22)는, 주 제어부(23)로부터의 제어 신호에 기초하여, 블레이드(8)의 피치각을 제어한다.
컨버터 제어부(21)는, 계통 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 발전기(5)의 회전수가 하한치(제 1 소정치) 이상인 경우에는, 발전기(5)의 회전수의 변동에 관계없이, 발전 출력을 증가시키도록 제어한다. 보다 구체적으로는, 예컨대, 풍속이 저하되어, 발전기(5)의 회전수가 저하된 경우, 그 상태에서는 발전 출력도 저하되는 바, 본 실시 형태에 있어서의 컨버터 제어부(21)에서는, 발전기(5)의 회전수가 저하되더라도 발전 출력을 증가시키도록 제어한다. 발전 출력을 증가시키기 위해서는, 예컨대, 주 제어부(23)로부터의 제어 신호에 기초하여, 피치각 제어부(22)에 의해, 블레이드(8)의 피치각을 파인(fine)으로 되도록 제어한다. 주 제어부(23)로부터의 제어 신호에 기초하여, 컨버터 제어부(21)에 의해 인버터 장치(17)를 제어하여 발전기 토크를 높이며, 풍차 로터(7)의 관성 에너지를 발전 출력으로 변환?회수한다.
그리고, 피치각 제어부(22) 및 컨버터 제어부(21)는, 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 증가하고, 정격 출력에 도달한 경우에는, 정격 출력을 유지하도록 블레이드(8) 및 인버터 장치(17)를 각각 제어한다. 또한, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만으로 된 경우에는, 발전 출력을 감소시키도록 제어하여, 이것에 의해 발전기(5)의 회전수를 상승시킨다.
컨버터 제어부(21)는, 계통 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우이면서, 또한, 발전기(5)의 회전수가 상한치(제 2 소정치) 미만인 경우에, 발전 출력을 감소시키도록 제어한다. 발전 출력을 감소시키기 위해서는, 예컨대, 주 제어부(23)로부터의 제어 신호에 기초하여, 피치각 제어부(22)에 의해, 블레이드(8)의 피치각을 페더(feather)로 되도록 제어한다. 주 제어부(23)로부터의 제어 신호에 기초하여, 컨버터 제어부(21)에 의해 인버터 장치(17)를 제어하여 발전기 토크를 낮추며, 블레이드(8)에 작용하는 풍력을 풍차 로터(7)의 관성 에너지로 변환?보존함으로써 발전 출력을 저감한다.
그리고, 피치각 제어부(22) 및 컨버터 제어부(21)는, 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 감소하여, 발전 출력이 미리 정한 하한치(소정의 출력)까지 감소했을 때에, 하한치의 발전 출력을 유지하도록 제어한다. 또한, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상으로 된 경우에, 발전 출력을 증가시키도록 제어한다. 이것에 의해 발전기(5)의 과회전을 방지한다.
이하, 이와 같이 구성된 풍력 발전 장치(1)의 제어 방법에 대하여, 도 3 내지 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 3은, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 전력 계통(13)의 주파수가 저하된 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
풍력 발전 장치(1)에서는, 센서(19)에 의해 계통 주파수가 검출되어, 검출 결과가 제어 장치(20)에 출력된다. 도 3의 스텝 S11에 있어서, 제어 장치(20)에서는, 센서(19)로부터의 출력에 응답하여, 계통 주파수가 저하되며, 소정의 정격치 주파수 이하로 되었는지 여부를 판정한다. 계통 주파수가 정격 주파수 이하로 되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 스텝 S11의 처리를 반복하며, 계속해서 센서(19)로부터의 검출 결과에 대하여 소정의 시간 간격으로 계통 주파수가 저하되었는지 여부를 판정한다. 스텝 S11에서 계통 주파수가 소정의 정격치 주파수 이하로 되었다고 판정된 경우에는, 다음 스텝 S12로 진행한다.
다음 스텝 S12에서는, 제어 장치(20)가, 계통 주파수의 저하에 응답하여, 풍력 발전 장치(1)에 대하여 그 발전 출력을 증가시키도록 제어한다. 발전 출력을 상승시켜 계통 주파수의 변동을 억제하는 것에 의해 전력 계통(13)을 안정화시키기 위해서이다. 구체적으로는, 주 제어 장치(23)가, 발전 출력을 증가시키도록 컨버터 제어 장치(21) 및 피치각 제어부(22)에 출력 증가 제어 신호를 출력한다. 그리고, 이 출력 증가 제어 신호에 응답하여, 피치각 제어부(22)에 의해 블레이드(8)를 그 피치각이 파인으로 되도록 제어하거나, 또는, 컨버터 제어 장치(21)에 의해, 발전 출력을 증가시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
예컨대, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 풍속이 정격 풍속 부근인 경우에 있어서, 계통 주파수가 저하되면, 주 제어 장치(23)가 출력 증가 제어 신호를 출력한다. 피치각 제어부(22)는 출력 증가 제어 신호에 응답하여, 블레이드(8)를 그 피치각이 파인으로 되도록 제어하여 발전 출력을 증가시킨다. 풍속이 저하되어 블레이드(8)의 피치각이 파인이더라도 발전기(5)의 회전수가 저하되어, 피치각 제어에서는 발전 출력을 정격치로 유지하는 데 충분하지 않은 경우에는, 컨버터 제어 장치(21)에 의해, 로터 관성 에너지를 발전 출력으로 변환하여 발전 출력을 증가시키도록 발전기측 인버터(14)를 더 제어한다.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 풍속이 정격 풍속 미만인 경우에 있어서는, 발전 출력도 정격치 미만으로 되어 있다. 이 경우에 있어서, 통상은, 블레이드(8)의 피치각은 이미 파인으로 되어 있기 때문에, 계통 주파수가 저하된 경우에는, 컨버터 제어 장치(21)에 의해, 로터 관성 에너지를 발전 출력으로 변환하여 발전 출력을 증가시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
다음 스텝 S13에서는, 주 제어부(23)가, 센서(19)로부터 출력 전류 Igrid 및 전압 Vgrid의 검출 결과에 응답하여, 전력 계통(13)에 출력되는 발전 출력을 산출하고, 산출 결과인 발전 출력이 소정의 정격치 이상인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서, 발전 출력이 소정의 정격치 미만인 경우에는 스텝 S15로 진행하고, 소정의 정격치 이상인 경우에는 스텝 S14로 진행한다. 스텝 S14에서는, 제어 장치(20)에 의해, 블레이드(8)의 피치각, 발전기측 인버터(14)를 제어하는 것에 의해 발전 출력을 정격치로 유지한다.
스텝 S15에서는, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만이 아니라고 판단된 경우에는, 스텝 S13으로 되돌아가 상술한 처리를 반복하며, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만이라고 판정된 경우에는, 다음 스텝 S16으로 진행한다. 스텝 S16에서는, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만으로 된 경우에, 회전수가 더 감소하면 풍력 발전 장치(1)의 운전을 계속할 수 없게 되기 때문에, 이것을 방지하도록, 제어 장치(20)는 발전 출력을 감소시키도록 풍력 발전 장치(1)를 제어함으로써, 발전기(5)의 회전수를 상승시키고, 본 루틴을 종료한다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 전력 계통(13)의 주파수가 상승한 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
풍력 발전 장치(1)에서는, 센서(19)에 의해 계통 주파수가 검출되어, 검출 결과가 제어 장치(20)에 출력된다. 도 5의 스텝 S21에 있어서, 제어 장치(20)에서는, 센서(19)로부터의 출력에 응답하여, 계통 주파수가 상승하며, 소정의 정격치 주파수 이상으로 되었는지 여부를 판정한다. 계통 주파수가 정격 주파수 이상으로 되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 스텝 S21의 처리를 반복하며, 계속해서 센서(19)로부터의 검출 결과에 대하여 소정의 시간 간격으로 계통 주파수가 저하되었는지 여부를 판정한다. 스텝 S21에서 계통 주파수가 소정의 정격치 주파수 이상으로 되었다고 판정된 경우에는, 다음 스텝 S22로 진행한다.
다음 스텝 S22에서는, 제어 장치(20)가, 계통 주파수의 상승에 응답하여, 풍력 발전 장치(1)에 대하여 그 발전 출력을 감소시키도록 제어한다. 발전 출력을 감소시켜 계통 주파수의 변동을 억제하는 것에 의해 전력 계통(13)을 안정화시키기 위해서이다. 구체적으로는, 주 제어 장치(23)가, 발전 출력을 감소시키도록 컨버터 제어 장치(21) 및 피치각 제어부(22)에 출력 감소 제어 신호를 출력한다. 그리고, 이 출력 감소 제어 신호에 응답하여, 피치각 제어부(22)에 의해 블레이드(8)를 그 피치각이 페더로 되도록 제어하거나, 또는, 컨버터 제어 장치(21)에 의해, 발전 출력을 감소시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
예컨대, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 풍속이 정격 풍속 이상인 경우에 있어서, 계통 주파수가 상승한 경우에는, 피치각 제어부(22)에 의해, 출력 감소 제어 신호에 응답하여, 블레이드(8)를 그 피치각이 페더로 되도록 제어한다. 블레이드(8)의 피치각이 페더이더라도 충분히 발전 출력이 감소하지 않는 경우 또는 출력을 더 감소시키고자 하는 경우에는, 발전 출력을 감소시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
도 6b에 나타낸 바와 같이, 풍속이 정격 풍속 미만인 경우에 있어서는, 발전 출력도 정격치 미만으로 되어 있다. 이 경우에 있어서, 계통 주파수가 상승한 경우에는, 발전 출력을 더 감소시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
다음 스텝 S23에서는, 주 제어부(23)가, 센서(19)로부터 출력 전류 Igrid 및 전압 Vgrid의 검출 결과에 응답하여, 전력 계통(13)에 출력되는 발전 출력을 산출하며, 산출 결과인 발전 출력이 소정의 하한치 이하인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서, 발전 출력이 소정의 하한치 이하라고 판정된 경우에는 스텝 S25로 진행하고, 소정의 하한치 이하가 아니라고 판정된 경우에는 스텝 S24로 진행한다. 스텝 S24에서는, 제어 장치(20)에 의해, 블레이드(8)의 피치각, 발전기측 인버터(14)를 제어하는 것에 의해 발전 출력을 하한치로 유지한다.
스텝 S25에서는, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 S22의 인버터 제어는, 발전기(5)의 회전수가 상승하는 방향으로 작용하기 위해서이다. 이 판정에 있어서 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상이 아니라고 판정된 경우에는, 스텝 S23으로 되돌아가 상술한 처리를 반복하며, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상이라고 판정된 경우에는, 다음 스텝 S26으로 진행한다. 스텝 S26에서는, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상으로 된 경우에, 그대로 풍력 발전 장치(1)의 운전을 계속하면 과회전에 의해 발전 장치가 파손하는 경우가 있기 때문에, 이것을 방지하도록, 회전수가 저하하도록, 즉, 제어 장치(20)는 발전 출력을 증가시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어하여, 본 루틴을 종료한다.
상술한 바와 같이, 계통 주파수에 변동이 있었던 경우에, 발전 출력을 증가 또는 감소시키도록 제어함에도 불구하고, 소정의 시간이 경과하더라도 주파수가 소정의 정격 주파수 이하인 경우, 또는, 소정의 시간이 경과하더라도 주파수가 소정의 정격 주파수 이상인 경우에는, 전력 계통에의 영향을 고려하여, 풍력 발전 장치(1)의 운전을 정지시킨다.
상술한 실시 형태에 있어서는, 소정의 정격 주파수를 기준으로 주파수의 변동을 판단하는 구성으로 했지만, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니며, 소정의 정격 주파수에 대하여 허용 범위를 정하고, 주파수가 허용 범위 내에 들어가는지 여부에 기초하여 주파수의 변동을 판단하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
이와 같이, 전력 계통에 주파수 변동이 발생한 경우에, 통상은 발전 출력은 풍황이나 발전기 회전수에 의존하는 바, 본 실시 형태에 의하면, 폭넓은 풍황?발전기 회전수 조건 하에서, 전력 계통의 주파수의 변동에 대응하여, 풍력 발전 장치의 발전 출력을 임의로 증가 또는 감소시키는 것에 의해, 전력 계통의 안정화를 도모할 수 있다.
상술한 본 실시 형태에 있어서는, 발전기(5)로서 소위 코일형 유도 발전기를 이용함과 아울러, 발전기측 인버터(14), DC 버스(15) 및 계통측 인버터(16)로 구성되는 인버터 장치(17)를 이용하여, 발전기(5)의 스테이터 코일이 전력 계통(13)에 직접 접속되고, 로터 코일이 인버터 장치(17)를 거쳐서 전력 계통(13)에 접속되는 구성으로 하였다(도 2 참조). 이 경우, 발전기의 고정자 코일이 직접 전력 계통과 접속되어 있기 때문에, 전력 계통의 주파수가 변동하면, 발전기 출력에 직접 영향이 생긴다.
한편, 상술한 구성 뿐만 아니라, 도 7에 나타낸 바와 같이, 발전기로서 다극 동기 발전기를 이용하여, 그 스테이터 코일이 인버터와 컨버터로 이루어지는 인버터 장치를 거쳐서 전력 계통에 접속되는 구성으로 하는 것도 가능하다.
이러한 구성에서는, 발전기와 전력 계통이 인버터 장치를 거쳐서 접속되어 있기 때문에, 전력 계통의 주파수 변동은 발전기에 영향을 주지 않는다. 즉, 전력 계통의 주파수가 변동했을 때의 발전기측 인버터의 제어는 상술한 도 2에 나타내는 발전기(5)의 구성과 비교하면 용이하게 된다.
(제 2 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여, 도 8 또는 도 9를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태는, 상술한 제 1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치(1)가 복수 마련된, 윈드 파크 내지는 윈드 폼이라 지칭되는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다. 본 실시 형태의 풍력 발전 시스템은, 복수의 풍력 발전 장치(1)와, 이 복수의 풍력 발전 장치(1)와 제어 신호 등의 정보를 송수신 가능하도록 통신 라인으로 서로 접속되어, 각 풍력 발전 장치를 관리?제어하는 관리 제어 장치를 구비하고 있다.
관리 제어 장치로서는, CPU(중앙 연산 장치), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 구비한 범용 또는 전용의 컴퓨터 및 이 컴퓨터상에서 동작하는 프로그램을 이용하여 실현할 수 있다. 이 경우, CPU 등에 의해, 상기 처리의 전부 혹은 일부를 실현시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램을 판독하고, 프로그램을 ROM이나 RAM 등에 전개하여, 정보의 가공?연산 처리를 실행함으로써, 관리 제어 장치로서 기능하여, 풍력 발전 장치를 관리?제어한다.
여기서 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다. 이 컴퓨터 프로그램을 통신 회선에 의해서 컴퓨터에 배신하며, 이 배신을 수취한 컴퓨터가 상기 프로그램을 실행하도록 하더라도 된다.
이하에, 도 8 및 도 9를 참조하여, 풍력 발전 시스템에 있어서의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 8은, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 계통의 주파수가 저하된 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
스텝 S31에 있어서, 관리 제어 장치에서는, 계통 주파수를 검출하고, 계통 주파수가 소정의 정격치 이하로 된 것을 검출하며, 다음 스텝 S32로 진행한다. 계통 주파수의 검출은, 각 풍력 발전 장치에 마련된 센서로부터의 출력에 근거하는 것이어도 되고, 또한 관리 제어 장치가 독자적으로 계통 주파수를 검출하는 센서를 구비하고 있어도 되며, 전력 계통을 관리하는 전력 회사로부터의 지령을 이것으로 변경하더라도 된다.
다음 스텝 S32에서는, 관리 제어 장치가, 계통 주파수의 저하에 응답하여, 풍력 발전 시스템의 발전 출력을 증가시키는 취지를 결정하여, 다음 스텝 S33으로 진행한다. 발전 출력을 상승시켜 계통 주파수의 변동을 억제하는 것에 의해 전력 계통을 안정화시키기 위해서이다. 스텝 S33에서는, 관리 제어 장치로부터, 관리 제어 장치와 접속된 모든 풍력 발전 장치(1)에 대하여, 각 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력을 증가시키기 위한 발전 증가 지령(제 1 제어 신호)을 송신한다.
스텝 S34에서는, 각 풍력 발전 장치(1)의 제어 장치(20)가 관리 제어 장치로부터의 발전 증가 지령을 수신하고, 이 발전 증가 지령에 응답하여, 자기의 발전 출력을 증가시키도록 제어한다. 구체적으로는, 상술한 제 1 실시 형태에 있어서의 풍력 발전 장치(1)와 마찬가지로, 피치각 제어부(22)에 의해 블레이드(8)를 그 피치각이 파인으로 되도록 제어하거나, 또는, 컨버터 제어 장치(21)에 의해, 발전 출력을 증가시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
다음 스텝 S35에서는, 풍력 발전 장치(1)의 주 제어부(23)가, 센서(19)로부터 출력 전류 Igrid 및 전압 Vgrid의 검출 결과에 응답하여, 전력 계통(13)에 출력되는 발전 출력을 산출하며, 산출 결과인 발전 출력이 소정의 정격치 이상인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서, 발전 출력이 소정의 정격치 미만인 경우에는 스텝 S37로 진행하고, 소정의 정격치 이상인 경우에는 스텝 S36으로 진행한다. 스텝 S36에서는, 제어 장치(20)에 의해, 블레이드(8)의 피치각, 발전기측 인버터(14)를 제어하는 것에 의해 발전 출력을 상한치(정격치)로 고정한다.
스텝 S37에서는, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만이 아니라고 판단된 경우에는, 스텝 S35로 되돌아가 상술한 처리를 반복하며, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만이라고 판정된 경우에는, 다음 스텝 S38로 진행한다. 스텝 S38에서는, 발전기(5)의 회전수가 하한치 미만으로 된 경우에, 회전수가 더 저하되면 풍력 발전 장치(1)의 운전을 계속할 수 없게 되기 때문에, 이것을 방지하도록, 제어 장치(20)는 발전 출력을 감소시키도록 풍력 발전 장치(1)를 제어한다. 제어 장치(20)는, 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력을 감소시킨 경우에는, 그 정보를 관리 제어 장치에 송신한다.
스텝 S39에서는, 관리 제어 장치가 각 풍력 발전 장치(1)로부터의 발전 출력을 감소시킨 취지의 정보를 수취하여, 모든 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 감소하였는지 여부를 판정한다. 이 판정은, 모든 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 감소할 때까지 반복되고, 모든 풍력 발전 장치의 발전 출력이 감소했다고 판정된 경우에, 다음 스텝 S40으로 진행한다. 스텝 S40에서는, 모든 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 감소한 것에 응답하여, 모든 풍력 발전 장치(1)에 대하여, 스텝 S33에서 송신한 발전 증가 지령을 해제하는 취지의 해제 지령을 송신하여, 본 루틴을 종료한다.
도 9는, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템에 있어서, 전력 계통의 주파수가 상승한 경우의 제어의 과정을 나타내는 흐름도이다.
스텝 S41에 있어서, 관리 제어 장치에서는, 계통 주파수를 검출하고, 계통 주파수가 소정의 정격치 이상으로 된 것을 검출하여, 다음 스텝 S42으로 진행한다. 계통 주파수의 검출은, 각 풍력 발전 장치에 마련된 센서로부터의 출력에 근거하는 것이라도 되고, 또한 관리 제어 장치가 독자적으로 계통 주파수를 검출하는 센서를 구비하고 있더라도 되며, 전력 계통을 관리하는 전력 회사로부터의 지령을 이것으로 변경하더라도 된다.
다음 스텝 S42에서는, 관리 제어 장치가, 계통 주파수의 상승에 응답하여, 풍력 발전 시스템의 발전 출력을 감소시키는 취지를 결정하여, 다음 스텝 S43으로 진행한다. 계통 주파수를 저하시켜 계통 주파수의 변동을 억제하는 것에 의해 전력 계통을 안정화시키기 위해서이다. 스텝 S43에서는, 관리 제어 장치로부터, 관리 제어 장치와 접속된 모든 풍력 발전 장치(1)에 대하여, 각 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력을 저하시키기 위한 발전 감소 지령(제 2 제어 신호)을 송신한다.
스텝 S44에서는, 각 풍력 발전 장치(1)의 제어 장치(20)가 관리 제어 장치로부터의 발전 감소 지령을 수신하고, 이 발전 감소 지령에 응답하여, 자기의 발전 출력을 감소시키도록 제어한다. 구체적으로는, 상술한 제 1 실시 형태에 있어서의 풍력 발전 장치(1)와 마찬가지로, 피치각 제어부(22)에 의해 블레이드(8)를 그 피치각이 페더로 되도록 제어하거나, 또는, 컨버터 제어 장치(21)에 의해, 발전 출력을 감소시키도록 발전기측 인버터(14)를 제어한다.
다음 스텝 S45에서는, 풍력 발전 장치(1)의 주 제어부(23)가, 센서(19)로부터 출력 전류 Igrid 및 전압 Vgrid의 검출 결과에 응답하여, 전력 계통(13)에 출력되는 발전 출력을 산출하며, 산출 결과인 발전 출력이 소정의 하한치 이상인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서, 발전 출력이 소정의 하한치 미만인 경우에는 스텝 S47로 진행하고, 소정의 하한치 이상인 경우에는 스텝 S46으로 진행한다. 스텝 S46에서는, 제어 장치(20)에 의해, 블레이드(8)의 피치각, 발전기측 인버터(14)를 제어하는 것에 의해 발전 출력을 하한치로 고정한다.
스텝 S47에서는, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상이 아니라고 판단된 경우에는, 스텝 S45로 되돌아가 상술한 처리를 반복하며, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상이라고 판정된 경우에는, 다음 스텝 S48로 진행한다. 스텝 S48에서는, 발전기(5)의 회전수가 상한치 이상으로 된 경우에, 회전수가 더 상승하면 풍력 발전 장치(1)가 파손하는 경우가 있기 때문에, 이것을 방지하도록, 제어 장치(20)는 발전 출력을 증가시키도록 풍력 발전 장치(1)를 제어한다. 제어 장치(20)는, 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력을 증가시킨 경우에는, 그 정보를 관리 제어 장치에 송신한다.
스텝 S49에서는, 관리 제어 장치가 각 풍력 발전 장치(1)로부터의 발전 출력을 증가시킨 취지의 정보를 수취하여, 모든 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 증가하였는지 여부를 판정한다. 이 판정은, 모든 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 증가할 때까지 반복되고, 모든 풍력 발전 장치의 발전 출력이 증가했다고 판정된 경우에, 다음 스텝 S50으로 진행한다. 스텝 S50에서는, 모든 풍력 발전 장치(1)의 발전 출력이 감소한 것에 응답하여, 모든 풍력 발전 장치(1)에 대하여, 스텝 S43에서 송신한 발전 감소 지령을 해제하는 취지의 해제 지령을 송신하여, 본 루틴을 종료한다.
해제 지령은, 계통 주파수가 회복하여 정격 주파수로 된 경우, 또는, 소정의 시간이 경과한 경우에 송신되는 구성으로 하는 것도 가능하다. 상술한 실시 형태에 있어서는, 관리 제어 장치로부터의 발전 증가 지령 또는 발전 감소 지령 등의 제어 신호는, 모든 풍력 발전 장치에 대하여 송신하고 있지만, 반드시 이러한 구성일 필요는 없고, 일부의 풍력 발전 장치에 대하여 송신하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 각 풍력 발전 장치가, 관리 제어 장치로부터의 발전 증가 지령 또는 발전 감소 지령을 수신한 것에 의해, 이들의 지령에 기초하여 즉시 발전 출력을 제어하는 구성으로 할 수 있다. 이 외에, 각 풍력 발전 장치가, 관리 제어 장치로부터의 발전 증가 지령 또는 발전 감소 지령에 기초하여, 각각 자기의 풍력 발전 장치의 제어 장치에 있어서 발전 출력의 제어를 행하는지 여부를 판단하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
상술한 실시 형태에 있어서는, 소정의 정격 주파수를 기준으로 주파수의 변동을 판단하는 구성으로 했지만, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니고, 소정의 정격 주파수에 대하여 허용 범위를 정하여, 주파수가 허용 범위 내에 들어가 있는지 여부에 기초하여 주파수의 변동을 판단하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 전력 계통에 주파수 변동이 발생한 경우에, 폭넓은 풍황?발전기 회전수 조건 하에서, 전력 계통의 주파수의 변동에 대응하여, 복수의 풍력 발전 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템의 발전 출력을 임의로 증가 또는 감소시키는 것에 의해, 전력 계통의 안정화를 도모할 수 있다.
1 : 풍력 발전 장치
2 : 타워
3 : 나셀
5 : 발전기
6 : 증속기
7 : 풍차 로터
8 : 블레이드
9 : 허브
13 : 전력 계통
14 : 발전기측 인버터
15 : DC 버스
16 : 계통측 인버터
17 : 인버터 장치
18 : PLG
19 : 센서
20 : 제어 장치
21 : 컨버터 제어부
22 : 피치 제어부
23 : 주 제어부

Claims (12)

  1. 풍력에 의해서 회전하는 로터와,
    상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기와,
    전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키도록 제어하는 제어 장치
    를 구비하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 미만으로 된 경우에, 상기 발전 출력을 감소시키도록 제어하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 발전 출력이 소정의 정격 출력에 도달한 경우에, 상기 정격 출력을 유지하도록 제어하는 풍력 발전 장치.

  4. 풍력에 의해서 회전하는 로터와,
    상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기와,
    전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키도록 제어하는 제어 장치
    를 구비하는 풍력 발전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 이상으로 된 경우에, 상기 발전 출력을 증가시키도록 제어하는 풍력 발전 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 발전 출력이 소정의 발전 출력까지 저하한 때에, 상기 소정의 발전 출력을 유지하도록 제어하는 풍력 발전 장치.
  7. 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 구비하는 풍량 발전 장치의 제어 방법으로서,
    전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키도록 제어하는
    풍력 발전 장치의 제어 방법.
  8. 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 구비하는 풍력 발전 장치의 제어 방법으로서,
    전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우이면서, 또한, 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키도록 제어하는
    풍력 발전 장치의 제어 방법.
  9. 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와,
    상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하며,
    상기 관리 제어 장치는, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 증가시키는 제 1 제어 신호를 송신하고,
    상기 각 풍력 발전 장치는, 상기 제 1 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키는
    풍력 발전 시스템.
  10. 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와,
    상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하며,
    상기 관리 제어 장치는, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 감소시키는 제 2 제어 신호를 송신하고,
    상기 각 풍력 발전 장치는, 상기 제 2 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키는
    풍력 발전 시스템.
  11. 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와, 상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 관리 제어 장치에 의해, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이하로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 증가시키는 제 1 제어 신호를 송신하는 스텝과,
    상기 각 풍력 발전 장치에 의해, 상기 제 1 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 1 소정치 이상인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 감소를 수반하면서 증가시키는 스텝을 구비하는
    풍력 발전 시스템의 제어 방법.
  12. 풍력에 의해서 회전하는 로터와, 상기 로터의 회전에 의해 구동되는 발전기를 갖는 복수의 풍력 발전 장치와, 상기 복수의 풍력 발전 장치에 대하여 소정의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 상기 복수의 풍력 발전 장치를 제어하는 관리 제어 장치를 구비한 풍력 발전 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 관리 제어 장치에 의해, 전력 계통의 주파수가 소정의 정격 주파수 이상으로 된 경우에, 상기 풍력 발전 장치에 대하여 발전 출력을 감소시키는 제 2 제어 신호를 송신하는 스텝과,
    상기 각 풍력 발전 장치는, 상기 제 2 제어 신호에 응답하여, 자기의 상기 발전기의 회전수가 제 2 소정치 미만인 경우에, 상기 발전기의 발전 출력을, 상기 회전수의 증가를 수반하면서 감소시키는 스텝을 구비하는
    풍력 발전 시스템의 제어 방법.
KR1020117028946A 2009-08-06 2010-05-21 풍력 발전 장치, 풍력 발전 장치의 제어 방법, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 시스템의 제어 방법 KR20120025499A (ko)

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