WO2010140247A1 - 系統安定化装置、方法、及び風力発電システム - Google Patents

系統安定化装置、方法、及び風力発電システム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a system stabilizing device, a method, and a wind power generation system.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a system stabilization device, method, and wind power generation system that do not require large-scale construction and that can supply stable reactive power. Objective.
  • the present invention employs the following parts.
  • a first aspect of the present invention includes a squirrel-cage induction generator, and is provided between a power generation device that generates power using natural energy, the power generation device and a power system, and the power generation device and the power system.
  • a system stabilizing device applied to a power generation system including a connection switching unit that switches between connection and non-connection, wherein the voltage of the power system satisfies a preset variation condition, and the power generation device and the power system Is a system stabilizing device that includes a reactive power adjustment unit that supplies reactive power to the power system or absorbs reactive power from the power system.
  • a voltage drop in the power system satisfies a preset variation condition due to a short time (several seconds or less) voltage drop due to a ground fault or a short circuit due to a lightning strike, etc.
  • the reactive power is supplied from the reactive power adjustment unit to the power system.
  • a dedicated device (reactive power adjustment unit) for adjusting the reactive power is provided, stable reactive power is supplied to the power system when the voltage variation condition set in advance in the power system is satisfied. It is possible to supply or absorb reactive current from the power system.
  • the system stabilization device may include a load connected to the power generation device via the connection switching unit when the power generation device and the power system are disconnected. In this way, when the power generation device and the power system are in a disconnected state, the power generation device and the load are connected by the connection switching unit, so that the output of the power generation device can be supplied to the load. Can be prevented from over-rotating.
  • the load is, for example, a discharge resistance.
  • the reactive power adjustment unit may include a power storage device and a power converter.
  • the power storage device may have a small capacity, and thus the reactive power adjustment unit can be downsized. This makes it possible to easily attach to an existing power generation system.
  • the power storage device is, for example, a battery or a capacitor.
  • the reactive power adjustment unit may include an attachment unit for attachment to the power system. Thereby, it becomes easy to install with respect to the existing power generation system.
  • a second aspect of the present invention includes a squirrel-cage induction generator, and is provided between a power generation device that generates power using wind energy, the power generation device and the power system, and the power generation device and the power system.
  • a connection switching unit that switches between connection and non-connection, and the power system voltage when the voltage of the power system satisfies a preset variation condition and the power generation device and the power system are in a disconnected state.
  • a reactive power adjustment unit that supplies reactive power to or absorbs reactive power from the power system.
  • the wind power generation system may further include a load connected to the power generation device via the connection switching unit when the power generation device and the power system are disconnected.
  • the connection switching unit when the output voltage on the power generation device side becomes smaller than a predetermined value in a state where the power generation device and the load are connected, the connection switching unit is configured to generate the power generation device.
  • the output terminal may be grounded.
  • a power generation device that has a squirrel-cage induction generator and generates power using natural energy, and is provided between the power generation device and a power system.
  • a system stabilization method applied to a power generation system including a connection switching unit that switches between connection and non-connection of the power system, wherein the voltage of the power system satisfies a preset variation condition, and the power generation apparatus and the power system Is a system stabilization method in which a reactive power adjustment unit that supplies reactive power to the power system or absorbs reactive power from the power system is provided separately from the power generation device when the power is disconnected.
  • the generator in this embodiment is a cage type induction generator, for example.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a wind power generation system 1 to which the system stabilizing device according to the present embodiment is applied.
  • the wind power generation system 1 according to the present embodiment includes a windmill blade 10, a windmill rotor 11, a gear 12, a generator (power generation device) 13, a connection switching unit 14, a generator-side voltage sensor 16, The system side voltage sensor 17, the generator side current sensor 19, the control part 18, and the system stabilization apparatus 2 are provided.
  • connection switching unit 14 switches between connection and disconnection to the power system 15.
  • the connection switching of the connection switching unit 14 is performed by the control unit 18.
  • the generator-side voltage sensor 16 measures the voltage on the generator 13 side relative to the connection switching unit 14 and outputs the measurement result to the control unit 18.
  • the system side voltage sensor 17 measures the voltage on the power system 15 side of the connection switching unit 14 and outputs the measurement result to the control unit 18.
  • the generator-side current sensor 19 measures the current on the generator 13 side relative to the connection switching unit 14 and outputs the measurement result to the reactive power adjustment unit 21.
  • the control unit 18 switches the connection of the connection switching unit 14 based on voltage values detected by the generator-side voltage sensor 16 and the system-side voltage sensor 17 and the system stabilization device 2 (details will be described later). Control.
  • the connection switching unit 14 operates in response to a signal from the control unit 18 when the power of the power system 15 satisfies a preset variation condition due to a system failure or the like, and the generator 13 and the power system 15 Switch from connected to disconnected state. Specifically, when the voltage detected by the system-side voltage sensor 17 satisfies a preset variation condition, the connection switching unit 14 disconnects the generator 13 and the power system 15 from each other. The generator 13 and the load 20 are connected. In addition, when the generator 13 and the load 20 are connected, and the voltage on the generator 13 side detected by the generator-side voltage sensor 16 falls below a predetermined value, the connection switching unit 14 sets the generator 13 and the load 20 are disconnected, and the output terminal of the generator 13 is grounded. Further, in this state, when the wind speed condition on the generator 13 side is adjusted and the power system 15 can be connected, the connection switching unit 14 connects the generator 13 and the power system 15 to each other. .
  • the system stabilizing device 2 includes a load 20 and a reactive power adjustment unit 21.
  • the load 20 is connected to the generator 13 via the connection switching unit 14 when the generator 13 and the power system 15 are disconnected.
  • the load 20 is a discharge resistor and consumes output power from the generator 13.
  • the wind turbine blade 10 is pitched by the control unit 18 or another control unit provided separately from the control unit 18. The angle is controlled, and control is performed to reduce the rotational speed of the windmill blade 10.
  • connection switching unit 14 In a state where the load 20 and the generator 13 are connected via the connection switching unit 14, the rapid increase in the rotational speed of the wind turbine rotor 11 immediately after the generator 13 is disconnected from the power system 15 is alleviated. .
  • the control unit 18 disconnects the connection between the generator 13 and the load 20, and the generator 13 outputs are grounded via the connection switching unit 14.
  • the reactive power adjustment unit 21 supplies reactive power to the power system 15 when the voltage of the power system 15 satisfies a preset fluctuation condition and the generator 13 and the power system 15 are disconnected. Alternatively, the reactive power is adjusted by absorbing the reactive power from the power system 15.
  • the reactive power adjustment unit 21 includes an attachment part (attachment part) for attachment to the power system 15.
  • the reactive power adjustment unit 21 includes a power storage device 211, a power converter 212, and a power adjustment control unit 213.
  • the power adjustment control unit 213 determines the amount of reactive current to be supplied to or absorbed from the power system 15 based on the voltage on the power system 15 side, and the reactive current at the determined flow rate is determined in the power system 15. And adjustment between the power storage devices 211.
  • the power adjustment control unit 213 has information in which the voltage of the power system 15 is associated with the reactive current, and based on this information, the power system detected by the system-side voltage sensor 17 The reactive current to be adjusted is determined from the voltage on the 15th side. In addition, the power adjustment control unit 213 performs control to reduce the amount of reactive current supplied to or absorbed from the power system 15 as the voltage of the power system 15 approaches the normal reference voltage value.
  • the power converter 212 is an AC / DC converter that converts AC and DC. For example, in order to supply a reactive current having a flow rate determined by the power adjustment control unit 213 to the power system 15, the power converter 212 stores power. The converted DC power is converted into AC power, and the converted AC power is output to the power system 15. In order to absorb the reactive current from power system 15, power converter 212 converts AC power acquired from power system 15 into DC power, and outputs the converted power to power storage device 211.
  • the power adjustment control unit 213 supplies the power amount corresponding to the change to the power storage device 211. It is good also as leveling the output of the generator 13 by making it discharge from or making it accumulate
  • the reactive power supply unit 21 can supply stable power to the power system 15 by leveling the output of the generator 13.
  • the generator-side voltage sensor 16 measures the voltage on the generator 13 side at a predetermined time interval, and the measured value is output to the reactive power adjustment unit 21.
  • the voltage value measured by the generator side voltage sensor 16 is within a predetermined first voltage range (for example, ⁇ 10% (0 .9 to 1.1 Pu)), it is determined whether or not the reference voltage has fluctuated (step SA1).
  • Step SA2 when the voltage value measured by the generator-side voltage sensor 16 fluctuates within the first voltage range, the electric storage device 211 is discharged or charged with the electric storage device 211 in order to level the fluctuation.
  • Step SA2 when the effective power calculated from the voltage / current measured by the generator-side voltage sensor 16 and the generator-side current sensor 19 is lower than the set value because the wind speed condition is not adjusted and the wind force is weak.
  • the power converter 212 performs DC-AC conversion on the power stored in the power storage device 211 by the power converter 212 in order to supplement the effective power corresponding to a decrease from the set value, and converts the converted power into the power system 15. To supply.
  • the power converter The power converter 212 performs DC / AC conversion of excess active power corresponding to the rise from the set value, and causes the power storage device 211 to store the converted power.
  • the power adjustment control unit 213 determines whether or not the output voltage of the generator side voltage sensor 16 is stable. If the output voltage is stable, the power adjustment control unit 213 returns to Step SA1 to change the output voltage of the generator side voltage sensor 16. Continue monitoring. If the output voltage of the generator-side voltage sensor 16 is not stable, the process returns to step SA2, and the discharging or charging is continued until the output fluctuation of the generator is stabilized (step SA3). In this manner, by monitoring the output power supplied from the generator 13 by the power adjustment control unit 213, charging and discharging of the power storage device 211 are controlled, and the power output from the generator 13 is leveled. .
  • Step SB1 the fluctuation condition is, for example, when a state of + 20% with respect to the reference voltage of the power system 15 continues for 150 milliseconds or more, and a state of + 10% with respect to the reference voltage continues for 3 seconds or more. Alternatively, it is set as when the state of ⁇ 10% continues for 40 milliseconds or more.
  • control unit 18 When the control unit 18 detects that the voltage of the power system 15 satisfies the fluctuation condition, the control unit 18 controls the connection switching unit 14 to disconnect the generator 13 and the power system 15 from each other.
  • the generator 13 is connected to the load 20.
  • the pitch angle of the windmill blade is controlled to the feather side in order to suppress the rotation speed of the windmill rotor 11, so that the output of the generator 13 gradually decreases.
  • the control unit 18 switches the connection destination of the connection switching unit 14 and grounds the generator 13 via the connection switching unit 14 (step SB3).
  • the voltage of the power system 15 is measured by the system side voltage sensor 17, and this measured value is output to the power adjustment control unit 213.
  • the power adjustment control unit 213 determines a reactive current corresponding to the voltage detected by the system side voltage sensor 17 based on a table held by itself.
  • the power adjustment control unit 213 discharges the power from the power storage device 211, converts the discharged DC power into AC power by the power converter 212, and outputs the power to the power system 15. (Step SB2).
  • step SB4 when the wind speed condition for rotating the wind turbine rotor 11 on the generator 13 side is satisfied and the voltage of the power system 15 approaches the reference voltage (step SB4), the connection switching unit 14 is controlled by the control unit 18. As a result, the generator 13 and the power system 15 are connected, and the generator 13 is connected to the system (step SB5).
  • the power generator 15 and the power system 15 are disconnected from each other, and a dedicated device for adjusting the reactive power ( Since the reactive power is adjusted by the reactive power adjustment unit 2), it is possible to supply stable reactive power to the power system 15 or absorb it from the power system 15.
  • the system stabilizing device 2 As described above, according to the system stabilizing device 2, the method, and the wind power generation system 1 according to the present invention, when the voltage of the power system 15 satisfies a preset fluctuation condition due to a system failure or the like, The machine 13 and the power system 15 are connected to the load 20 in a non-connected state by the connection switching unit 14, and a dedicated device (reactive power adjustment unit 21) for supplying reactive power is connected to the power system 15 side. .
  • a dedicated device reactive power adjustment unit 21
  • the generator 13 and the power system 15 are disconnected, the generator 13 and the load 20 (for example, a discharge resistor) are connected, and the output of the generator 13 is output to the discharge resistor. Power consumption due to resistance. Thereby, the rapid increase in the rotational speed of the windmill rotor 11 immediately after the generator 13 is disconnected from the power system 15 is mitigated, and overrotation of the windmill rotor 11 can be prevented.
  • the generator 13 and the load 20 for example, a discharge resistor
  • the system stabilizing device 2 is configured to include the load 20, the power storage device 211, the power converter 212, and the like, it can be installed in a wind power generation system including an existing squirrel-cage induction generator, It can be installed easily.

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Abstract

　大規模な土木工事が不要であり、かつ、安定した無効電力を供給できることを目的とする。かご型誘導発電機１３を有し、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、発電装置と電力系統１５との間に設けられ、発電装置と電力系統１５との接続及び非接続を切り替える接続切替部１４とを備える発電システムに適用される系統安定化装置２であって、電力系統１５の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、発電装置と電力系統１５とが非接続状態とされた場合に、電力系統１５に無効電力を供給する、または電力系統１５から無効電力を吸収する無効電力調整部２１を具備する系統安定化装置を提供する。

Description

系統安定化装置、方法、及び風力発電システム
　本発明は、系統安定化装置、方法、及び風力発電システムに関するものである。
　従来、系統連系させる風力発電装置には、かご型誘導発電機が用いられているものがあるが、電力系統に故障等が発生し、電力系統側の電圧に変動が生じた場合には、誘導発電機側が余剰な無効電力を系統側から吸収してしまい、系統連系規定に合致させることができない。このため、かご型誘導発電機が用いられる風力発電装置によって系統連系を行う場合には、ウィンドファーム内において、別途、無効電力を補償する装置等を設置し、系統連系規定に合致させることが知られている。
特開２０００－１７５３６０号公報
　しかしながら、上記のようにウィンドファーム内に別途無効電力補償装置を設置するには、土木工事等の大規模な工事が必要であるため、既存のかご型誘導発電機を有する風力発電システムの環境に対して無効電力補償装置を設置するのは困難である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、大規模な工事が不要であり、かつ、安定した無効電力を供給できる系統安定化装置、方法、及び風力発電システム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、本発明は以下の部を採用する。
　本発明の第１の態様は、かご型誘導発電機を有し、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、前記発電装置と電力系統との間に設けられ、該発電装置と電力系統との接続及び非接続を切り替える接続切替部とを備える発電システムに適用される系統安定化装置であって、前記電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記電力系統に無効電力を供給する、または前記電力系統から無効電力を吸収する無効電力調整部を具備する系統安定化装置である。
　このような構成によれば、落雷等によって地絡や短絡による短時間（数秒以下）の電圧低下が起こることによって電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、接続切替部により発電装置が電力系統から非接続状態とされた場合に、無効電力調整部から無効電力が電力系統に供給される。
　このように、無効電力を調整するための専用の装置（無効電力調整部）を備えるので、電力系統において予め設定されている電圧の変動条件を満たした場合に、安定した無効電力を電力系統に供給する、または無効電流を電力系統から吸収することが可能となる。
　上記系統安定化装置において、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記接続切替部を介して前記発電装置と接続される負荷を具備することとしてもよい。
　このように、発電装置と電力系統とが非接続状態とされた場合に、接続切替部によって発電装置と負荷とが接続されるので、発電装置の出力を負荷に供給させることができ、発電装置が過回転することを防止できる。負荷とは、例えば、放電抵抗である。
　上記系統安定化装置において、前記無効電力調整部は、蓄電装置と電力変換器とを具備することとしてもよい。
　このように、無効電力の補償を行う場合において、蓄電装置は小さい容量でよいため、無効電力調整部を小型化できる。これにより、既存の発電システムに容易に取り付けることが可能となる。また、蓄電装置は、例えば、バッテリ、キャパシタ等である。
　上記系統安定化装置において、前記無効電力調整部は、前記電力系統に取り付けるための取り付け部を有していてもよいこととする。
　これにより、既存の発電システムに対し、容易に設置可能となる。
　本発明の第２の態様は、かご型誘導発電機を有し、風力エネルギを利用して発電する発電装置と、前記発電装置と電力系統との間に設けられ、該発電装置と前記電力系統との接続及び非接続を切り替える接続切替部と、前記電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記電力系統に無効電力を供給する、または前記電力系統から無効電力を吸収する無効電力調整部とを具備する風力発電システムである。
　上記風力発電システムにおいて、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記接続切替部を介して前記発電装置と接続される負荷を具備することとしてもよい。
　上記風力発電システムにおいて、前記接続切替部は、前記発電装置と前記負荷とを接続している状態において、前記発電装置側の出力電圧が既定の所定値よりも小さくなった場合に、前記発電装置の出力端を接地することとしてもよい。
　本発明の第３の態様は、かご型誘導発電機を有し、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、前記発電装置と電力系統との間に設けられ、該発電装置と電力系統との接続及び非接続を切り替える接続切替部とを備える発電システムに適用される系統安定化方法であって、前記電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記電力系統に無効電力を供給する、または前記電力系統から無効電力を吸収する無効電力調整部を前記発電装置とは別個に設ける系統安定化方法である。
　本発明によれば、大規模な土木工事が不要であり、かつ、安定した無効電力を供給できるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る系統安定化装置を適用した風力発電システムの一例を示したブロック図である。 本発明の系統安定化装置の通常運転時の動作フローを示した図である。 本発明の系統安定化装置の系統電圧が低下した場合の動作フローを示した図である。
１　風力発電システム
２　系統安定化装置
１３　発電機　
１４　接続切替部
１５　電力系統
１６　発電機側電圧センサ
１７　系統側電圧センサ
１８　制御部
２０　負荷
２１　無効電力調整部
２１１　蓄電装置
２１２　交流直流変換器
２１３　電力調整制御部
　以下に、本発明に係る系統安定化装置、方法、及び風力発電システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
　本実施形態においては、本発明に係る系統安定化装置を適用した風力発電システムについて説明する。なお、本実施形態における発電機は、例えば、かご型誘導発電機である。
　図１は、本実施形態に係る系統安定化装置を適用した風力発電システム１の概略構成を示したブロック図である。
　図１に示されるように、本実施形態に係る風力発電システム１は、風車ブレード１０、風車ロータ１１、ギア１２、発電機（発電装置）１３、接続切替部１４、発電機側電圧センサ１６、系統側電圧センサ１７、発電機側電流センサ１９、制御部１８、及び系統安定化装置２を備えている。
　図１において、複数枚の風車ブレード１０は、風車ロータ１１に取り付けられている。風車ロータ１１の主軸には、所定の変速比を持ったギア１２を介して発電機１３が接続されている。発電機１３は、例えば、３相の電力線により、接続切替部１４と接続されており、電力系統１５への接続と非接続とが接続切替部１４により切り替えられる。なお、接続切替部１４の接続の切り替えは、制御部１８により行われる。
　発電機側電圧センサ１６は、接続切替部１４よりも発電機１３側の電圧を計測し、計測結果を制御部１８に出力する。系統側電圧センサ１７は、接続切替部１４よりも電力系統１５側の電圧を計測し、計測結果を制御部１８に出力する。
　また、発電機側電流センサ１９は、接続切替部１４よりも発電機１３側の電流を計測し、計測結果を無効電力調整部２１に出力する。
　制御部１８は、発電機側電圧センサ１６、および系統側電圧センサ１７等により検出される電圧値に基づいて、接続切替部１４の接続の切り替え、および系統安定化装置２（詳細は後述する）の制御を行う。
　接続切替部１４は、系統故障等が発生することにより電力系統１５の電力が予め設定されている変動条件を満たした場合に、制御部１８からの信号によって作動し、発電機１３と電力系統１５とを接続状態から非接続状態に切り替える。具体的には、系統側電圧センサ１７により検出される電圧が予め設定されている変動条件を満たした場合には、接続切替部１４は、発電機１３と電力系統１５とを非接続状態にし、発電機１３と負荷２０とを接続する。また、発電機１３と負荷２０とを接続している状態において、発電機側電圧センサ１６から検出される発電機１３側の電圧が所定値以下となった場合に、接続切替部１４は発電機１３と負荷２０とを非接続状態とし、発電機１３の出力端子を接地する。さらに、この状態で、発電機１３側の風速条件が整い、電力系統１５側と連系できる状態になった場合に、接続切替部１４は、発電機１３と電力系統１５とを接続状態とする。
　系統安定化装置２は、負荷２０と無効電力調整部２１とを備えている。
　負荷２０は、発電機１３と電力系統１５とが非接続状態とされた場合に、接続切替部１４を介して発電機１３と接続される。具体的には、負荷２０は、放電抵抗であり、発電機１３からの出力電力を消費する。
　また、負荷２０と発電機１３とが接続切替部１４を介して接続状態とされている場合、風車ブレード１０は、制御部１８または制御部１８とは別個に設けられた他の制御部によりピッチ角が制御され、風車ブレード１０の回転数を低減させる制御がなされる。
　負荷２０と発電機１３とが接続切替部１４を介して接続されている状態において、発電機１３が電力系統１５と非接続状態となった直後の風車ロータ１１の回転数の急上昇が緩和される。また、発電機側電圧センサ１６によって検出される発電機１３側の電圧が所定値以下となった場合には、制御部１８は、発電機１３と負荷２０との接続を非接続とし、発電機１３の出力を接続切替部１４を介して接地させる。
　無効電力調整部２１は、電力系統１５の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、発電機１３と電力系統１５とが非接続状態とされた場合に、電力系統１５に無効電力を供給する、または電力系統１５から無効電力を吸収することによって、無効電力を調整する。また、無効電力調整部２１は、電力系統１５に取り付けるための取り付け部（取り付け部）を備えている。
　具体的には無効電力調整部２１は、蓄電装置２１１、電力変換器２１２、および電力調整制御部２１３を備えている。
　電力調整制御部２１３は、電力系統１５側の電圧に基づいて電力系統１５に供給する、または電力系統１５から吸収する無効電流の量を決定するとともに、決定された流量の無効電流を電力系統１５および蓄電装置２１１間で調整する。
　より具体的には、電力調整制御部２１３は、電力系統１５の電圧と無効電流とを対応付けた情報を保有しており、この情報に基づいて、系統側電圧センサ１７によって検出される電力系統１５側の電圧から、調整する無効電流を決定する。また、電力調整制御部２１３は、電力系統１５の電圧が通常時の基準電圧値に近づくにつれて、電力系統１５に供給、または電力系統１５から吸収する無効電流の量を低減させる制御を行う。
　電力変換器２１２は、交流と直流を変換する交流直流変換器であって、例えば、電力調整制御部２１３によって決定された流量の無効電流を電力系統１５に供給するには、蓄電装置２１１に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統１５に出力する。また、電力系統１５から無効電流を吸収するには、電力変換器２１２は、電力系統１５から取得した交流電力を直流電力に変換し、変換後の電力を蓄電装置２１１に出力する。
　また、発電機１３と電力系統１５とが接続状態であり、発電機１３から出力される電力に変動がある場合には、電力調整制御部２１３は、この変動に応じた電力量を蓄電装置２１１から放電させる、または蓄電装置２１１に蓄電させることにより、発電機１３の出力を平準化させることとしてもよい。
　このように、無効電力供給部２１は発電機１３の出力を平準化させることにより、安定した電力を電力系統１５に供給することができる。
　次に、本実施形態に係る風力発電システム１の作用について、通常運転の場合と停電等の電力系統に異常が発生した場合とについて、順を追って説明する。
　まず、通常運転の場合について、図２を用いて説明する。
　発電機側電圧センサ１６によって発電機１３側の電圧が所定の時間間隔で計測され、この計測値が無効電力調整部２１に出力される。無効電力調整部２１の電力調整制御部２１３において、発電機側電圧センサ１６によって計測された電圧値が、予め決定されている第１電圧範囲内（例えば、基準電圧に対して±１０パーセント（０．９から１．１Ｐｕ））において、基準電圧から変動したか否かが判定される（ステップＳＡ１）。
　この結果、発電機側電圧センサ１６によって計測された電圧値が第１電圧範囲内で変動していた場合、その変動分を平準化させるべく、蓄電装置２１１から放電又は蓄電装置２１１の充電を行う（ステップＳＡ２）。例えば、風速条件が整わず、風力が弱い等の理由により、発電機側電圧センサ１６および発電機側電流センサ１９によって計測された電圧・電流から演算された有効電力が設定値よりも低下した場合には、電力変換器２１２は、設定値から低下した分の有効電力を補うべく、蓄電装置２１１に蓄電されている電力を電力変換器２１２によって直流交流変換し、変換後の電力を電力系統１５に供給させる。
　また、風力が強い等の理由により、発電機側電圧センサ１６および発電機側電流センサ１９によって計測された電圧・電流から演算された有効電力が設定値よりも上昇した場合には、電力変換器２１２は、設定値から上昇した分の過剰な有効電力を、電力変換器２１２によって直流交流変換し、変換後の電力を蓄電装置２１１に蓄電させる。
　続いて、電力調整制御部２１３は、発電機側電圧センサ１６の出力電圧が安定したか否かを判定し、安定した場合にはステップＳＡ１に戻り、発電機側電圧センサ１６の出力電圧の変動の監視を継続する。発電機側電圧センサ１６の出力電圧が安定していなければステップＳＡ２に戻り、上記放電または充電を発電機の出力変動が安定するまで継続して行う（ステップＳＡ３）。
　このように、発電機１３から供給される出力電力を電力調整制御部２１３によって監視することにより、蓄電装置２１１の充電及び放電が制御され、発電機１３から出力される電力の平準化が行われる。
　次に、電力系統１５に異常が生じた場合について、図３を用いて説明する。
　系統側電圧センサ１７によって電力系統１５の電圧が計測され、計測結果が制御部１８に通知される。電力系統１５において系統故障により電力系統１５の電圧が、変動の量と時間との組み合わせによって規定される変動条件を満たした場合に、制御部１８によって電力系統１５の電圧が変動したことが検出される（ステップＳＢ１）。なお、変動条件とは、例えば、電力系統１５の基準とする電圧に対して＋２０パーセントとなる状態が１５０ミリ秒以上継続したとき、基準電圧より＋１０パーセントとなる状態が３秒以上継続するとき、または－１０パーセントとなる状態が４０ミリ秒以上継続するとき等のように設定される。
　制御部１８によって電力系統１５の電圧が変動条件を満たしたことが検出されると、制御部１８は接続切替部１４を制御し、発電機１３と電力系統１５とを非接続状態とし、更に、発電機１３を負荷２０と接続させる。これにより、発電機１３が電力系統１５と非接続状態となった直後の風車ロータ１１の回転数の急上昇が緩和され、風車ロータ１１の過回転を防止することができる（ステップＳＢ２）。
　また、風車ロータ１１の回転数を抑えるために風車ブレードのピッチ角がフェザー側に制御されることにより、発電機１３の出力が徐々に低下する。そして、発電機１３の出力が所定値を下回った場合に、制御部１８は接続切替部１４の接続先を切替え、発電機１３を接続切替部１４を介して接地させる（ステップＳＢ３）。
　また、上記のような制御とともに、電圧系統１５側では、系統側電圧センサ１７によって電力系統１５の電圧が計測され、この計測値が電力調整制御部２１３に出力される。電力調整制御部２１３は、自身が保有するテーブルに基づいて系統側電圧センサ１７によって検出された電圧に対応する無効電流を決定する。電力調整制御部２１３は、決定した無効電流を電力系統１５に供給するべく、蓄電装置２１１から電力を放電させ、放電された直流電力を電力変換器２１２によって交流直流変換させ、電力系統１５に出力させる（ステップＳＢ２）。
　続いて、発電機１３側の風車ロータ１１を回転させるための風速条件等が整い、かつ、電力系統１５の電圧が基準電圧に近づくと（ステップＳＢ４）、制御部１８によって接続切替部１４が制御されることにより、発電機１３と電力系統１５とが接続され、発電機１３が系統連系された状態となる（ステップＳＢ５）。
　このように、電力系統１５の電圧が予め設定された変動条件を満たした場合には、発電機１３と電力系統１５とを非接続状態とし、かつ、無効電力を調整するための専用の装置（無効電力調整部２）によって無効電力を調整するので、安定した無効電力を電力系統１５に供給、または電力系統１５から吸収することが可能となる。
　以上説明してきたように、本発明に係る系統安定化装置２、方法、および風力発電システム１によれば、系統故障などによって電力系統１５の電圧が予め設定された変動条件を満たした場合、発電機１３と電力系統１５とを接続切替部１４によって非接続状態として負荷２０と接続し、電力系統１５側には、無効電力を供給するための専用の装置（無効電力調整部２１）を接続する。
　これにより、電力系統１５の電圧が変動条件を満たし、発電機１３と電力系統１５とを非接続にした場合に、無効電力調整部２１を接続することによって安定した無効電力を電力系統１５に供給、または電力系統１５から吸収することが可能となる。これにより、既存のかご型誘導発電機を用いた風力発電装置をそのまま利用した上で、系統故障時の無効電力を安定化させることができる。
　さらに、発電機１３と電力系統１５とを非接続状態とした場合には、発電機１３と負荷２０（例えば、放電抵抗）とを接続して発電機１３の出力を放電抵抗に出力させ、放電抵抗による電力消費を行わせる。これにより、発電機１３が電力系統１５と非接続状態とされた直後の風車ロータ１１の回転数の急上昇が緩和され、風車ロータ１１の過回転を防ぐことができる。
　また、系統安定化装置２は、負荷２０、蓄電装置２１１、および電力変換機２１２等を備えて構成されるので、既存のかご型誘導発電機を備える風力発電システム内に設置することができ、容易に設置することができる。
　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。
　

Claims (8)

  1. 　かご型誘導発電機を有し、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、前記発電装置と電力系統との間に設けられ、該発電装置と電力系統との接続及び非接続を切り替える接続切替部とを備える発電システムに適用される系統安定化装置であって、
    　前記電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記電力系統に無効電力を供給する、または前記電力系統から無効電力を吸収する無効電力調整部
    　を具備する系統安定化装置。
  2. 　前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記接続切替部を介して前記発電装置と接続される負荷を具備する請求項１に記載の系統安定化装置。
  3. 　前記無効電力調整部は、蓄電装置と電力変換器とを具備する請求項１または請求項２に記載の系統安定化装置。
  4. 　前記無効電力調整部は、前記電力系統に取り付けるための取り付け部を有している請求項３に記載の系統安定化装置。
  5. 　かご型誘導発電機を有し、風力エネルギを利用して発電する発電装置と、
    　前記発電装置と電力系統との間に設けられ、該発電装置と前記電力系統との接続及び非接続を切り替える接続切替部と、
    　前記電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記電力系統に無効電力を供給する、または前記電力系統から無効電力を吸収する無効電力調整部とを
    　具備する風力発電システム。
  6. 　前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記接続切替部を介して前記発電装置と接続される負荷を具備する
    　請求項５に記載の風力発電システム。
  7. 　前記接続切替部は、前記発電装置と前記負荷とを接続している状態において、前記発電装置側の出力電圧が既定の所定値よりも小さくなった場合に、前記発電装置の出力端を接地する
    　請求項５または請求項６に記載の風力発電システム。
  8. 　かご型誘導発電機を有し、自然エネルギーを利用して発電する発電装置と、前記発電装置と電力系統との間に設けられ、該発電装置と電力系統との接続及び非接続を切り替える接続切替部とを備える発電システムに適用される系統安定化方法であって、
    　前記電力系統の電圧が予め設定されている変動条件を満たし、前記発電装置と前記電力系統とが非接続状態とされた場合に、前記電力系統に無効電力を供給する、または前記電力系統から無効電力を吸収する無効電力調整部を前記発電装置とは別個に設ける
    　系統安定化方法。
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