專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將利用風(fēng)的能量而產(chǎn)生的電力提供給電力系統(tǒng)的風(fēng)
力發(fā)電裝置及由多個風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成的風(fēng)電場(wind farm)。
背景技術(shù)：
在以下的專利文獻(xiàn)l中公開了一種風(fēng)電場，在由多臺風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電裝置組(風(fēng)電場)中，在風(fēng)電場中設(shè)定目標(biāo)發(fā)電量，為了使構(gòu)成風(fēng)電場的各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出電力的合計(jì)接近該目標(biāo)發(fā)電量，而在風(fēng)力發(fā)電裝置之間交換維修履歷數(shù)據(jù)及運(yùn)轉(zhuǎn)特性數(shù)據(jù)等信息，決定風(fēng)力發(fā)電裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在專利文獻(xiàn)2中記載了一種控制方法，艮卩利用
節(jié)距控制(pitch control)等來變更輸出變動大的風(fēng)力發(fā)電裝置的功率曲
線的最大值，從而抑制輸出變動的控制方法。特開2002-349413號公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開2001-234845號公報(bào)
以往，如專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2中的記載，研究了或者調(diào)整風(fēng)電場內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)，或者限制功率曲線的最大值變小來緩和輸出變動。在限制功率曲線的最大值的方法中，變動能夠一定程度緩和，但是在風(fēng)速急劇降低時，發(fā)電輸出降低，所以發(fā)生變動，有可能在連接該電力系統(tǒng)的電源(如，火力發(fā)電站或原子能發(fā)電站等)、負(fù)載(消費(fèi)者)中產(chǎn)生電壓變動及頻率變動等的壞影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于抑制從風(fēng)電場向電力系統(tǒng)輸出的電力的變動，且在盡可能長的時間內(nèi)維持一定的輸出。
在由一臺以上的風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成、將風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電電力向電力系統(tǒng)輸出的風(fēng)力發(fā)電裝置組中，利用比相對于平均風(fēng)速而得到的可能發(fā)電電力PW小的發(fā)電電力指令值PM，并且不論風(fēng)速變動如何，都使發(fā)電電力指令值PM—定，從而能夠達(dá)成上述的本發(fā)明的目的。
另外，使風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出一定時，在旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到能運(yùn)轉(zhuǎn)的上限值、下限值時，通過變更發(fā)電電力指令值PM，能夠達(dá)成本發(fā)明的目的。
另外，在可能發(fā)電電力PW降低時，通過提高轉(zhuǎn)速，蓄積旋轉(zhuǎn)能量，能夠達(dá)成本發(fā)明的目的。(發(fā)明效果)
根據(jù)本發(fā)明，能夠長時間地維持風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出一定，能夠抑制向電力系統(tǒng)輸出的電力的變動。


圖1是表示電力系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電裝置的電路構(gòu)成的說明圖。
圖2是表示風(fēng)力發(fā)電裝置的構(gòu)成例的說明圖。
圖3是表示風(fēng)力發(fā)電裝置的構(gòu)成例的說明圖。
圖4是表示本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電指令作成方法的說明圖。
圖5是表示以前的風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電指令作成方法的說明圖。
圖6是說明轉(zhuǎn)速的電力指令值的關(guān)系的圖。
圖7是實(shí)施例2中的葉片角度控制器的構(gòu)成圖。
圖8是表示實(shí)施例2中的構(gòu)成例的說明圖。
圖9是說明交流勵磁型發(fā)電機(jī)用的電力變換器的構(gòu)成的圖。
圖IO是說明同步機(jī)型發(fā)電機(jī)用的電力變換器的構(gòu)成的圖。
圖11是表示在實(shí)施例4中的電力指令變更方法的說明圖。
圖12是表示在實(shí)施例4中的構(gòu)成例的說明圖。
符號說明
100 —風(fēng)力發(fā)電設(shè)備組，101 —變壓器，102—控制裝置，103 —通信線，104 —風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，105 —送電線，104-01 —發(fā)電機(jī)(交流勵磁型)，104-02一葉片及葉片角度變更裝置，104-03 —風(fēng)車控制裝置，104-04_電力變換器，104-05 —控制裝置，104-06 —斷路器，104-07 —聯(lián)系用變壓器，200一電力系統(tǒng)，304-01_發(fā)電機(jī)(同步機(jī))，304-04_同步機(jī)用電力變換器，304-05 —同步機(jī)用電力變換器的控制裝置，700—速度指令修正器，PW—可能發(fā)電電力，Umn—平均風(fēng)速，U—風(fēng)速，PM—發(fā)電電力指令值，PMAX—發(fā)電電力指令最大值，OMG0—轉(zhuǎn)速目標(biāo)值，OMGref—修正后旋轉(zhuǎn)速度指令，OMG—轉(zhuǎn)速檢測值，Pitch* —葉片角度指令值。
具體實(shí)施例方式
以下，分為兩個實(shí)施例，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。實(shí)施例1
圖l是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的裝置構(gòu)成的單線圖。電力系統(tǒng)200包括發(fā)電設(shè)備、工廠、家庭等負(fù)載。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備組100利用變壓器101連接電力系統(tǒng)200。
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備組100由一臺以上的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104構(gòu)成。各風(fēng)力發(fā)電設(shè)備經(jīng)由送電線105及變壓器101而連接電力系統(tǒng)。
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備組IOO具有控制用的控制裝置102。控制裝置102用通信線103與各風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104連接，收發(fā)用于控制的信號。
其次，利用圖2構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104的發(fā)電電力POUT如前述供給于電力系統(tǒng)200。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104在發(fā)電機(jī)104-01的軸上具有接收風(fēng)而旋轉(zhuǎn)的葉片104-02。風(fēng)力發(fā)電機(jī)104-01的定子及轉(zhuǎn)子連接電力變換器104-04。電力變換器104-04具有調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電流并調(diào)節(jié)輸出于電力系統(tǒng)的電力POUT的功能。發(fā)電電力POUT經(jīng)由斷路器104-06及聯(lián)系用變壓器104-07輸出到電力系統(tǒng)。如圖9所示，電力變換器104-04由連接兩臺變換器CNV的直流部的交流交流變換器構(gòu)成， 一個變換器連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子， 一個變換器與系統(tǒng)和定子(經(jīng)由斷路器)連接。另外，輸出各部的電流、電壓檢測值FB。
電力變換器104-04的控制裝置104-05按照發(fā)電電力指令值PM來控制輸出于電力系統(tǒng)的電力POUT。因此，電力POUT追隨發(fā)電電力指令值PM。另外，控制裝置104-05還接收無效電力的指令Qref和運(yùn)轉(zhuǎn)停止指令Run等，與發(fā)電電力POUT同樣也控制輸出于系統(tǒng)的無效電力QOUT。為了控制電力，控制裝置104-05從電力變換器104-04輸入利用傳感器檢測出的電流和電壓等的值的檢測值FB。
另外，控制裝置104-05還具有按照運(yùn)轉(zhuǎn)停止指令Run而進(jìn)行發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)的停止或啟動的功能。
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104的風(fēng)車控制裝置104-03從控制裝置102接收輸出一定指令CP。在接收了輸出一定指令CP的情況下，風(fēng)車控制裝置104-03從通常的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)變換到控制發(fā)電輸出POUT —定的模式。另外，風(fēng)車控制裝置104-03輸入風(fēng)速U，將由風(fēng)速U的平均值Unm求出的可能發(fā)電電力PW發(fā)送到控制裝置102。
另夕卜，風(fēng)車控制裝置104-03向控制裝置104-05發(fā)送發(fā)電電力指令值PM、無效電力指令值Qref、運(yùn)轉(zhuǎn)停止指令值，發(fā)送葉片104-02的葉片角度指令值Pitch、葉片104-02具備變更葉片角度的機(jī)構(gòu)，按照葉片角度指令值PitcC來變更角度。
在本圖中，以交流勵磁型發(fā)電機(jī)為例說明了構(gòu)成，但是在如圖3及圖10所示的同步發(fā)電機(jī)型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中也有同樣的效果。
其次，利用圖4、圖5、圖6，對于風(fēng)車控制裝置104-03進(jìn)行說明。圖4的曲線圖示出用于根據(jù)被輸入于風(fēng)車控制裝置104-03的風(fēng)速U的平均風(fēng)速Umn算出可能發(fā)電電力PW的特性曲線(功率曲線)PC。 Umn通過將被輸入的風(fēng)速U進(jìn)行如一分鐘平均等來計(jì)算平均風(fēng)速Umn。根據(jù)計(jì)算出的平均風(fēng)速Umn與特性曲線PC的交點(diǎn)，能夠求出可能發(fā)電電力PW。
<formula>formula see original document page 7</formula>發(fā)送于電力變換器的控制裝置104-05的發(fā)電電力指令值PM，如將由上述平均風(fēng)速Umn求出的某個時刻中的可能發(fā)電電力PW放大K倍的方式來算出。<formula>formula see original document page 7</formula>
或者，也可以K倍平均風(fēng)速Umn而求出。此時的發(fā)電電力指令值PM，
如旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的下限時再次變更。
由此，根據(jù)比由風(fēng)速求出的發(fā)電電力PW小的發(fā)電電力指令值PM來
控制電力變換器，從而控制發(fā)電電力，由此能夠使由風(fēng)速變動引起的發(fā)電電力的變動變無，能夠?qū)崿F(xiàn)一定電力輸出。圖5示出變更原來的輸出限制的例子，在原來的方式中變更功率曲線的上限值。雖然在該方式中，在風(fēng)速上升時發(fā)電電力的變動被抑制了，但是因?yàn)楫?dāng)風(fēng)速減小時發(fā)電電力減小，所以成為輸出變動。
圖6是說明本發(fā)明的發(fā)電電力指令值PM的決定方法的圖。在本發(fā)明中，因?yàn)榫S持發(fā)電電力指令值PM—定，所以發(fā)電機(jī)的速度變動變大。
圖6左圖是表示平均風(fēng)速Umn和轉(zhuǎn)速目標(biāo)值OMG的特性曲線，另外，右圖示出轉(zhuǎn)速檢測值和發(fā)電電力指令值PM的關(guān)系。因?yàn)轱L(fēng)速變動，所以根據(jù)由葉片接收的能量和在系統(tǒng)中發(fā)電的能量的差轉(zhuǎn)速變化。該速度為了成為風(fēng)速和轉(zhuǎn)速的特性曲線而變更葉片的角度從而調(diào)節(jié)由葉片接收的能量。通過短時間的風(fēng)速變動，雖然速度變動，但是進(jìn)行控制，以使通過葉片角度的調(diào)節(jié)，速度收納于規(guī)定的范圍內(nèi)(轉(zhuǎn)速目標(biāo)值OMG0附近)。此時，如圖6的左圖所示，旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值OMG0設(shè)定為風(fēng)速降低時變高。
另外，如右圖所示，直到旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到上限或下限控制發(fā)電電力指令值PM不變。直到旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到上限或下限能夠控制發(fā)電電力指令值PM不變。在轉(zhuǎn)速達(dá)到上限或下限的情況下，控制發(fā)電電力指令值PM使速度變化變小，即達(dá)到上限時使發(fā)電電力指令值PM增加，達(dá)到下限時使發(fā)電電力指令值PM減小。
由此，基于本發(fā)明，利用比相對于風(fēng)速得到的發(fā)電電量小的發(fā)電電力指令值PM，并且通過不論風(fēng)速變動如何，都使發(fā)電電力指令值PM—定，能夠使風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出一定。
另外，風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出一定時，旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到能運(yùn)轉(zhuǎn)的上限值、下限值時，通過變更發(fā)電電力指令值PM，能夠防止風(fēng)力發(fā)電裝置的停止。
另外，平均風(fēng)速Umn降低時，通過提高轉(zhuǎn)速，能夠蓄積旋轉(zhuǎn)能量，所以能夠提供一種難以發(fā)生由進(jìn)一步維持發(fā)電電力POUT —定時的速度降低引起的運(yùn)轉(zhuǎn)停止的風(fēng)力發(fā)電裝置。實(shí)施例2
其次，利用圖7對于其他的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖7是說明風(fēng)車控制裝置104-03的葉片角度指令值作成方法的圖。如在圖6中的說明，由平均風(fēng)速Umn作成轉(zhuǎn)速目標(biāo)值OMG0。在可能發(fā)電電力PW降低時，轉(zhuǎn)速指令修正器提高轉(zhuǎn)速目標(biāo)值OMG0。如，在發(fā)電電力指令值PM的上側(cè)(+a)，設(shè)定判定級別(PM+a)，在可能發(fā)電電力PW降低到上述判定級別(PM+a)以下時，提高轉(zhuǎn)速目標(biāo)值OMG0，將OMG0+A作為修正后的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值而作成節(jié)距角指令值。在本圖中，示出了為了節(jié)距角控制，將修正后轉(zhuǎn)速指令值OMGref和轉(zhuǎn)速檢測值OMG作為反饋值的比例積分器的葉片角度指令值Pitch 乍成方法。
由此，通過在可能發(fā)電電力PW降低時提高轉(zhuǎn)速，能夠蓄積旋轉(zhuǎn)能量，所以能夠提供一種難以發(fā)生由進(jìn)一步維持發(fā)電電力POUT —定時的速度降低引起的運(yùn)轉(zhuǎn)停止的風(fēng)力發(fā)電裝置。
其次，關(guān)于圖1中示出的控制裝置102利用圖8進(jìn)行說明。控制裝置102接收來自各風(fēng)力發(fā)電設(shè)備104的可能發(fā)電電力PW，計(jì)算其總和Pwsum。
(數(shù)3)
PWsum=PWl+PW2……PWN(1、 2、 ......、 N表示各風(fēng)力發(fā)電
設(shè)備)
與在實(shí)施例1的圖4中說明的同樣，作成比總和PWsum小的電力指令值P F ?？刂蒲b置102以與在實(shí)施例1的圖4中說明的同樣的方法，根據(jù)各風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電量PW1、 PW2、……、PWN，將各電力指令值
PFl (<PW1)、 PF2 (<PW2)、 ......、 PFN (<PWN)發(fā)送給各風(fēng)力發(fā)
電設(shè)備104。
在由總和PWsum計(jì)算電力指令值PF1……PFN時，利用風(fēng)速的預(yù)測等，當(dāng)預(yù)測風(fēng)速今后變?nèi)鯐r設(shè)定電力指令值PF1……PFN變小，當(dāng)預(yù)測風(fēng)速今后變強(qiáng)時設(shè)定電力指令值PF1……PFN變高，從而也能將使輸出一定。
由此，以由控制裝置102分配指令值的方式，能夠具有使風(fēng)力發(fā)電設(shè)
備組輸出的電力一定的功能。
其次，利用圖ll及圖12對于其他的實(shí)施例進(jìn)行說明。
首先，關(guān)于圖12進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中，控制裝置104-05通過電
壓的零交叉(cross)等的方法來檢測系統(tǒng)的頻率Freq，將該值Freq傳
送到風(fēng)車控制裝置104-03。
如圖11所示，在風(fēng)車控制裝置104-03中，在頻率Freq上升時，在電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備和負(fù)載之間的電力供給量中，判斷為發(fā)電量過剩，使
發(fā)電電力指令值PM降低。另外，相反地，風(fēng)車控制裝置104-03具有在頻率Freq降低時，在電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備和負(fù)載之間的電力供給量中，判斷為發(fā)電量不足，使發(fā)電電力指令值PM上升的功能。
這里，關(guān)于利用風(fēng)車控制裝置104-03來變更發(fā)電電力指令值PM的方法進(jìn)行了敘述，但是如在實(shí)施例3說明的，也可以利用控制裝置102對風(fēng)力發(fā)電裝置組分配指令值。
由此，以由系統(tǒng)頻率來調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電電力的方式，能夠具有有助于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定化的功能。
今后，因?yàn)榭紤]當(dāng)風(fēng)力發(fā)電裝置的導(dǎo)入量增加時則電力系統(tǒng)的電力變動成為問題，所以為了抑制輸出電力的變動，蓄電裝置等的變動補(bǔ)償裝置能夠預(yù)測有必要用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定化。因此，盡量使風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出變動變無，從而降低變動補(bǔ)償裝置的成本是為了使風(fēng)力發(fā)電裝置的導(dǎo)入量今后增加而不可避免的重要課題。因此，達(dá)成該課題的本發(fā)明在風(fēng)力發(fā)電的領(lǐng)域中是具有非常大的意義的發(fā)明。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
基于本發(fā)明，通過利用比相對于風(fēng)速得到的發(fā)電電量小的發(fā)電電力指令值PM，并且不論風(fēng)速變動如何，都使發(fā)電電力指令值PM—定，能夠使風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出一定。這并不限定于風(fēng)力，利用自然能量的裝置，如光伏系統(tǒng)、波力/潮力發(fā)電系統(tǒng)等也能夠適用。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，具備，用于調(diào)節(jié)輸出給電力系統(tǒng)的電力的變換裝置，和將根據(jù)風(fēng)速決定的發(fā)電電力指令值(PM)發(fā)送給所述變換裝置的發(fā)電控制裝置，所述變換裝置按照發(fā)電電力指令值對所述風(fēng)力發(fā)電裝置向電力系統(tǒng)發(fā)電的電力進(jìn)行控制，其中，所述發(fā)電控制裝置將比根據(jù)所述風(fēng)速決定的可能發(fā)電電力(PW)小的規(guī)定時間內(nèi)保持一定的發(fā)電電力指令值(PM)發(fā)送給所述變換裝置，所述發(fā)電控制裝置具備使所述發(fā)電電力指令值(PM)與葉片由風(fēng)接收的能量大致相等，將風(fēng)車的轉(zhuǎn)速維持在規(guī)定值的葉片角度控制裝置，所述變換裝置具備保持所述發(fā)電電力指令值(PM)直到轉(zhuǎn)速達(dá)到下限值附近或上限值附近的有效電力控制裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于， 所述葉片角度控制裝置在所述可能發(fā)電電力(PW)降低時，使所述葉片的轉(zhuǎn)速上升。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于， 具備在所述風(fēng)速的平均值降低時變更所述規(guī)定時間內(nèi)保持一定的發(fā)電電力指令值(PM)的機(jī)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于， 具備利用風(fēng)速預(yù)測值來變更所述發(fā)電電力指令值(PM)的機(jī)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，具備檢測連接風(fēng)力發(fā)電裝置的電力系統(tǒng)的頻率的檢測機(jī)構(gòu)；和調(diào)整 機(jī)構(gòu)，在頻率的檢測值中具有上限值和下限值，當(dāng)所檢測出的頻率超過所 述上限值時，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)使所述發(fā)電電力指令值(PM)降低，當(dāng)所述 所檢測出的頻率低于所述下限值時，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)使所述發(fā)電電力指令值 (PM)增加。
6. —種風(fēng)力發(fā)電裝置組，具備多臺權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的 風(fēng)力發(fā)電裝置，構(gòu)成與電力系統(tǒng)的同一線路連接的風(fēng)電場，所述風(fēng)力發(fā)電 裝置組具備用于控制所述風(fēng)電場輸出到電力系統(tǒng)的發(fā)電電力在規(guī)定值的 場控制裝置，場控制裝置，輸入場內(nèi)的各風(fēng)力發(fā)電裝置的可能發(fā)電電力(PW)，將 場輸出電力指令值PF設(shè)定為比所述發(fā)電電力指令值(PM)的總和小的值，場控制裝置具備用于將所述場輸出電力指令PF分配給各風(fēng)力發(fā)電裝 置的電力指令分配機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置組。在由一臺以上的風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成、將風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電電力向電力系統(tǒng)輸出的風(fēng)力發(fā)電裝置組中，具備利用比相對于風(fēng)速而得到的可能發(fā)電電力(PW)小的發(fā)電電力指令值(PM)，并且不論風(fēng)速變動如何，都使發(fā)電電力指令值(PM)一定的機(jī)構(gòu)。據(jù)此解決以下的課題，即隨著風(fēng)力發(fā)電裝置導(dǎo)入的推進(jìn)，對于電力系統(tǒng)的電源(如火力發(fā)電站等)和負(fù)載，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出發(fā)電電力時，給予電力系統(tǒng)的電源的影響變大的問題。
文檔編號H02P9/00GK101604947SQ20091014066
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者一瀨雅哉, 中山靖章, 二見基生, 內(nèi)山倫行, 松竹貢, 近藤真一 申請人:株式會社日立制作所