WO2011016278A1 - 風力発電装置、風力発電装置の制御方法、風力発電システム及び風力発電システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1の態様は、風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機と、電力系統の周波数が所定の定格周波数以下となった場合であって、かつ、前記発電機の回転数が第一の所定値以上である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の減少を伴いつつ増加させるように制御する制御装置と、を備える風力発電装置を提供する。
以下に、本発明の第一の実施形態に係る風力発電装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態における風力発電装置1の構成を示す側面図である。風力発電装置1は、タワー2、タワー2の上部に設けられたナセル3及び風車ロータ7を備えている。ナセル3は、発電機5及び増速器6を備えており、風車ロータ7、増速機6及び発電機5は機械的に連結され、回転が伝達されるようになっている。風車ロータ7は、複数枚のブレード8とハブ9を備えており、ブレード8は、ハブ9に放射状に、且つ、そのピッチ角が可変制御可能となるように設けられている。即ち、ハブ9は、ブレード8を駆動する油圧シリンダ(図示せず)と、油圧シリンダに油圧を供給するサーボバルブ(図示せず)とを備えており、後述するピッチ制御部からの制御信号に基づいてサーボバルブの開度を調整することで油圧シリンダに供給される油圧を制御し、ブレード8を所望のピッチ角に制御する。
このように、風力発電装置1は、ブレード8が風力エネルギーを受けて風車ロータ7が回転し、風車ロータ7の回転を増速機6によって増速した後、その回転により発電機5を駆動して発電することにより風力エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。
variable speed wind turbine system)の一種である。即ち、本実施形態の風力発電システム1は、発電機5が発生する電力がステータ巻線及びロータ巻線の両方から電力系統13に出力可能であるように構成されている。具体的には、発電機5は、そのステータ巻線が電力系統13に直接に接続され、ロータ巻線がインバータ装置17を介して電力系統13に接続されている。
ピッチ制御部22は、主制御部23からの制御信号に基づいて、ブレード8のピッチ角を制御する。
上述した実施形態においては、所定の定格周波数を基準に周波数の変動を判断する構成としたが、このような構成に限られることはなく、所定の定格周波数に対して許容範囲を定め、周波数が許容範囲内に入るか否かに基づいて周波数の変動を判断する構成とすることもできる。
一方、上述した構成のみならず、図7に示すように、発電機として多極同期発電機を用い、そのステータ巻線がインバータとコンバータからなるインバータ装置を介して電力系統に接続される構成とすることもできる。
このような構成では、発電機と電力系統がインバータ装置を介して接続されているため、電力系統の周波数変動は発電機に影響を与えない。すなわち、電力系統の周波数が変動したときの発電機側インバータの制御は上述した図2に示す発電機5の構成に比べると容易となる。
次に、本発明の第二の実施形態について、図8又は図9を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第一の実施形態に係る風力発電装置1が複数設けられた、ウィンドパークないしはウィンドファームと称される風力発電システムに関する。本実施形態の風力発電システムは、複数の風力発電装置1と、この複数の風力発電装置1と制御信号等の情報を送受信可能なように通信ラインで相互に接続され、各風力発電装置を管理・制御する管理制御装置を備えている。
ステップS31において、管理制御装置では、系統周波数を検出し、系統周波数が所定の定格値以下となったことを検出し、次のステップS32に進む。系統周波数の検出は、各風力発電装置に設けられたセンサからの出力に基づくものでもよく、また管理制御装置が独自に系統周波数を検出するセンサを備えていてもよいし、電力系統を管理する電力会社からの指令をこれに換えても良い。
ステップS34では、各風力発電装置1の制御装置20が管理制御装置からの発電増指令を受信し、この発電増指令に応答して、自己の発電出力を増加させるように制御する。具体的には、上述した第一の実施形態における風力発電装置1と同様に、ピッチ角制御部22によりブレード8をそのピッチ角がファインとなるように制御する、又は、コンバータ制御装置21により、発電出力を増加させるよう発電機側インバータ14を制御する。
ステップS44では、各風力発電装置1の制御装置20が管理制御装置からの発電減指令を受信し、この発電減指令に応答して、自己の発電出力を減少させるように制御する。具体的には、上述した第一の実施形態における風力発電装置1と同様に、ピッチ角制御部22によりブレード8をそのピッチ角がフェザーとなるように制御する、又は、コンバータ制御装置21により、発電出力を減少させるよう発電機側インバータ14を制御する。
さらに、各風力発電装置が、管理制御装置からの発電増指令又は発電減指令を受信したことにより、これらの指令に従って直ちに発電出力を制御する構成とすることができる。この他、各風力発電装置が、管理制御装置からの発電増指令又は発電減指令に基づいて、夫々自己の風力発電装置の制御装置において発電出力の制御を行うか否かを判断する構成とすることもできる。
上述した実施形態においては、所定の定格周波数を基準に周波数の変動を判断する構成としたが、このような構成に限られることはなく、所定の定格周波数に対して許容範囲を定め、周波数が許容範囲内に入るか否かに基づいて周波数の変動を判断する構成とすることもできる。
2 タワー
3 ナセル
5 発電機
6 増速機
7 風車ロータ
8 ブレード
9 ハブ
13 電力系統
14 発電機側インバータ
15 DCバス
16 系統側インバータ
17 インバータ装置
18 PLG
19 センサ
20 制御装置
21 コンバータ制御部
22 ピッチ制御部
23 主制御部
Claims (12)
- 風力によって回転するロータと、
前記ロータの回転により駆動される発電機と、
電力系統の周波数が所定の定格周波数以下となった場合であって、かつ、前記発電機の回転数が第一の所定値以上である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の減少を伴いつつ増加させるように制御する制御装置と、を備える風力発電装置。 - 前記制御装置は、前記発電機の回転数が第一の所定値未満となった場合に、前記発電出力を減少させるように制御する請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記制御装置は、前記発電出力が所定の定格出力に達した場合に、該定格出力を維持するように制御する請求項1又は請求項2に記載の風力発電装置。
- 風力によって回転するロータと、
前記ロータの回転により駆動される発電機と、
電力系統の周波数が所定の定格周波数以上となった場合であって、且つ、前記発電機の回転数が第二の所定値未満である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の増加を伴いつつ減少させるように制御する制御装置と、を備える風力発電装置。 - 前記制御装置は、前記発電機の回転数が第二の所定値以上となった場合に、前記発電出力を増加させるように制御する請求項4に記載の風力発電装置。
- 前記制御装置は、前記発電出力が所定の発電出力まで低下ときに、該所定の発電出力を維持するように制御する請求項4又は請求項5に記載の風力発電装置。
- 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機と、を備える風量発電装置の制御方法であって、
電力系統の周波数が所定の定格周波数以下となった場合であって、かつ、前記発電機の回転数が第一の所定値以上である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の減少を伴いつつ増加させるように制御する風力発電装置の制御方法。 - 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機と、を備える風力発電装置の制御方法であって、
電力系統の周波数が所定の定格周波数以上となった場合であって、かつ、前記発電機の回転数が第二の所定値未満である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の増加を伴いつつ減少させるように制御する風力発電装置の制御方法。 - 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機とを有する複数の風力発電装置と、
前記複数の風力発電装置に対して所定の制御信号を送信することにより前記複数の風力発電装置を制御する管理制御装置と、を備え、
前記管理制御装置は、電力系統の周波数が所定の定格周波数以下となった場合に、前記風力発電装置に対して発電出力を増加させる第一の制御信号を送信し、
前記各風力発電装置は、前記第一の制御信号に応答して、自己の前記発電機の回転数が第一の所定値以上である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の減少を伴いつつ増加させる風力発電システム。 - 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機とを有する複数の風力発電装置と、
前記複数の風力発電装置に対して所定の制御信号を送信することにより前記複数の風力発電装置を制御する管理制御装置と、を備え、
前記管理制御装置は、電力系統の周波数が所定の定格周波数以上となった場合に、前記風力発電装置に対して発電出力を減少させる第二の制御信号を送信し、
前記各風力発電装置は、前記第二の制御信号に応答して、自己の前記発電機の回転数が第二の所定値未満である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の増加を伴いつつ減少させる風力発電システム。 - 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機とを有する複数の風力発電装置と、前記複数の風力発電装置に対して所定の制御信号を送信することにより前記複数の風力発電装置を制御する管理制御装置と、を備える風力発電システムの制御方法であって、
前記管理制御装置により、電力系統の周波数が所定の定格周波数以下となった場合に、前記風力発電装置に対して発電出力を増加させる第一の制御信号を送信するステップと、
前記各風力発電装置により、前記第一の制御信号に応答して、自己の前記発電機の回転数が第一の所定値以上である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の減少を伴いつつ増加させるステップと、を備える風力発電システムの制御方法。 - 風力によって回転するロータと、前記ロータの回転により駆動される発電機とを有する複数の風力発電装置と、前記複数の風力発電装置に対して所定の制御信号を送信することにより前記複数の風力発電装置を制御する管理制御装置と、を備えた風力発電システムの制御方法であって、
前記管理制御装置により、電力系統の周波数が所定の定格周波数以上となった場合に、前記風力発電装置に対して発電出力を減少させる第二の制御信号を送信するステップと、
前記各風力発電装置は、前記第二の制御信号に応答して、自己の前記発電機の回転数が第二の所定値未満である場合に、前記発電機の発電出力を、前記回転数の増加を伴いつつ減少させるステップと、を供える風力発電システムの制御方法。
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