(57)【要約】【課題】  電力系統の電圧降下が発生しても，電力系統を安定させ，変換器の運転継続を可能とする。【解決手段】  系統側電圧センサの情報を元に電力系統の電圧状態を判定する系統電圧演算器を有し，風車制御装置ＷＴＣの情報を元に無効電流指令を出力する無効電流指令演算器を有し，前記無効電流指令演算器は，電力系統の電圧降下割合に合わせ，出力する無効電流指令を一時的に増加させ，無効電流の指令値への追従時間を変更するように構成する。【選択図】図２
2014050162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力による回転力から所定の周波数の発電電力を電力系統に供給するように電力変換する風力発電用変換装置において、前記電力系統の電圧を系統側電圧センサで検出することで系統電圧の状態を判定する系統電圧演算部と，前記系統電圧演算部の情報に基づいて前記電力系統における所定の電圧降下の発生を検出した場合に前記電力系統の無効電流が増加するような無効電流指令を演算する無効電流指令演算部と、前記無効電流指令に応じて前記電力系統に無効電流を供給する電流制御部を有することを特徴とする風力発電用変換装置。
【請求項２】
請求項１において、前記電力系統の電圧降下割合に合わせ，前記電力系統に供給する無効電流を変更することを特徴とする風力発電用変換装置。
【請求項３】
請求項１において、前記電力系統に無効電流を供給したとき，ある一定時間内に無効電流指令に無効電流が到達していないことを検出し，一時的に定格を越える無効電流指令を出力することを特徴とする風力用変換装置。
【請求項４】
請求項１において、前記電力系統に無効電流を供給したとき，ある一定時間内に無効電流指令に無効電流が到達していないことを検出し，一時的に定格を越える無効電流指令を出力し，かつ，出力する時間を変更することを特徴とする風力用変換装置。
【請求項５】
請求項１において、前記電力系統に無効電流を供給したとき，ある一定時間内に無効電流指令に無効電流が到達していないことを検出し，一時的に定格を越える無効電流指令を出力し，かつ，前記無効電流指令を出力する時間を変更し，前記無効電流が指令値に到達することで，前記無効電流指令を定格に戻すことを特徴とする風力用変換装置。
【請求項６】
風力による回転力から所定の周波数の発電電力を電力系統に供給するように電力供給を制御する風力発電用制御装置において、前記電力系統の電圧を系統側電圧センサで検出することで系統電圧の状態を判定する系統電圧演算部と，前記系統電圧演算部の情報に基づいて前記電力系統における所定の電圧降下の発生を検出した場合に前記電力系統の無効電流が増加するような無効電流指令を演算する無効電流指令演算部と、前記無効電流指令に応じて前記電力系統に無効電流を供給する電流制御部を有することを特徴とする風力発電用制御装置。
【請求項７】
電力系統の電圧を系統側電圧センサで検出することで，風力による回転エネルギーに基づいて所定の周波数の電力が供給される系統電圧の状態を判定し，前記系統電圧演算部の情報に基づいて前記電力系統における所定の電圧降下の発生を検出した場合に前記電力系統に無効電流が増加して供給されるように指令を演算する風力発電用変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用変換装置、風力発電用制御装置及び風力発電用変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生エネルギー需要の加速とともに、風力発電設備の建設が世界各地で進められている。風力発電は再生エネルギー分野のなかでは発電コストが安価なことがその理由である。風力発電では、一般に、翼で受けた風力エネルギーを回転エネルギーに変換し発電機を回転させて電力を発電するものであるが、風速及び風向が刻々と変化するに伴って発電機の回転数が変化するので、そのような変化に抗して所定の電力が得られるように電力変換器を利用している。このような、電力変換器を用いた風力発電の発電技術は、例えば、特開2012-102698号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-102698号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風力発電では，電力系統の電圧降下により発電量と負荷の均衡が崩れ，風力発電システムが停止する場合がある。特に、ウィンドファームのような風力発電システムが集中的に配備されている場合には，発電量と負荷の不均衡に拍車をかけ，別の風力発電システムへ飛び火する可能性が考えられている。
【０００５】
このように、風力発電用変換器の制御では，電力系統の電圧降下が発生した場合，一般的に，電力制御が一時的に困難になり，発電システムが停止に至る状態になる、という問題があった。 
本発明の目的は、電力系統の電圧降下が発生した直後でも，発電の維持が可能な風力発電用変換装置、風力発電用制御装置及び風力発電用変換装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、風力による回転力から所定の周波数の発電電力を電力系統に供給するように電力変換する風力発電用変換装置において、前記電力系統の電圧を系統側電圧センサで検出することで系統電圧の状態を判定する系統電圧演算部と，前記系統電圧演算部の情報に基づいて前記電力系統における所定の電圧降下の発生を検出した場合に前記電力系統の無効電流が増加するような無効電流指令を演算する無効電流指令演算部と、前記無効電流指令に応じて前記電力系統に無効電流を供給する電流制御部を有するように構成した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力系統の電圧降下が発生しても，風力発電システムを停止させることなく，発電の維持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の電力変換器の説明図。
【図２】実施例１の無効電流指令演算器１００９の説明図
【図３】実施例１の無効電流指令演算器１００９の説明図
【図４】実施例２の無効電流指令演算器１００９の説明図
【図５】実施例２の無効電流指令演算器１００９の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例を、図１，図２，図３を用いて説明する。
＜概略構成＞
図１に示す電力変換器１００４は、複数の装置から構成される風力発電用電力変換システムである。発電機１００３は、風を受けて回転する羽１００１の回転エネルギーを、軸１００２を介して受け取り、電力変換ユニット１００６にて発電機１００３で発生した電力を調整し，電力系統１００５に電力を供給する。
【００１１】
電力変換器１００４は、電力変換ユニット１００６、制御装置１００７で構成する。制御装置１００７は，発電機側電流センサ１０１３，系統側電流センサ１０１１，系統側電圧センサ１０１２，風車制御装置ＷＴＣからの情報が入力されている。なお、図１の制御装置１００７の各構成要素をブロック図で示してあるが、制御装置１００７を１つ又は複数の計算機で構成し、各機能をソフトウェアで構成しても良い。すなわち、各「…器」等と記されている各機能は、例えば、１つ又は複数の計算機の一部となる機能として成り立つものである。
【００１２】
電力変換ユニット１００６は、例えば、発電機１００３の出力を電力変換するものでもよく、また、発電機１００３のロータに供給される電力、いわゆる２次励磁の電力を制御するようにしても良い。後者の場合には、以下に説明するＡＣＲは、発電機１００３のロータに供給される電力に対する指令となる。
＜概略機能＞
図１に示す電力変換ユニット１００６は、各センサからの情報をもとに制御装置１００７によって、制御されている。系統側電圧演算器１００８は，系統側電圧センサ１０１２の情報を元に，系統電圧の変動を演算し，無効電流演算器１０１０と無効電流指令演算器１００９に演算結果を出力する。
無効電流演算器１０１０は，発電機側電流センサ１０１３と，系統側電流センサ１０１１と系統側電圧センサ１０１２からの情報を元に，無効電流を計算し，加減算器１０１４へ出力する。
無効電流指令演算器１００９は，風車制御装置ＷＴＣと，系統電圧演算器１００８の情報を元に，無効電流指令値を演算し，かつ，系統電圧演算器１００８の出力に応じて，風車制御装置ＷＴＣによって計算された無効電流指令と，系統電圧演算器１００８によって計算された無効電流指令を切り替え，加減算器１０１４へ出力する。
加減算器１０１４は，無効電流演算器１０１０からの電流検出値と無効電流指令演算器１００９からの指令値の差を計算し，無効電力演算器ＡＱＲに計算結果を出力する。
【００１３】
無効電力演算器ＡＱＲは，加減算器１０１４の出力結果を元に，電力を制御するための制御量を演算し，電流調整器ＡＣＲに出力する。
【００１４】
電流調整器ＡＣＲは，無効電力調整器ＡＱＲの出力結果を元に，電流を制御するための制御量を演算し，電力変換ユニット１００６に制御信号を送る。
上記、無効電力調整器ＡＱＲ、電流調整器ＡＣＲは、例えば、比例積分器によって構成する。
＜詳細機能＞
図２，図３を用いて，無効電流指令演算器１００９を説明する。
図２は，系統電圧演算器１００８によって演算される系統電圧，無効電流演算器によって計算される無効電流，無効電流指令演算器１００９によって計算される無効電流指令との関係を示す。無効電流指令演算器１００９は，系統電圧演算器１００８において，電圧降下が発生したことを検出し，残電圧が９０％以下になったとき，指令値を１００％に設定する。このとき，該指令値に対して，無効電流が出力されるが，無効電流の指令値への追従時間が追従時間１のように規定時間に収まらない場合がある。この場合，指令値にある倍率をかけ，一定時間だけ指令値を増加させることで，無効電流の追従時間を追従時間2のように規定時間内に収めることができる。ここで，９０％，１００％は，例示的であり，各々の発電機の特性に合わせて他の数値を選択することが可能である。以下の実施例でも同様である。
【００１５】
図３は，無効電流指令演算器１００９の処理フローを示す。無効電流指令演算器１００９では，系統電圧演算器１００８の情報が入力されたとき，判定３００１の判定を行う。
判定３００１に非該当の場合，演算３００４を実行して前記無効電流指令を定格無効電流指令０％で維持する情報を加減算器１０１４に出力する。判定３００１に該当する場合，判定３００２を実行する。判定３００２に該当する場合，演算３００５を実行して前記無効電流指令を定格無効電流指令０％で維持する情報を加減算器１０１４に出力する。判定３００２に非該当の場合，判定３００３を実行する。判定３００３に該当する場合，演算３００６を実行して前記無効電流指令を１００％で維持する情報を加減算器１０１４に出力する。判定３００３に非該当の場合，演算３００７（指令値＝１００％*倍率，指令値増加時間＝追従時間１-規定時間）を実行した結果を無効電流指令とし，加減算器１０１４に出力する。
【００１６】
本実施例１では、前記＜詳細機能＞を備えることにより、電力系統電圧が降下したとき，風力発電システムの継続運転を可能にする。
以上において、(1)電力系統の電圧降下割合に合わせ，電力系統に供給する無効電流を変更すること、(2)電力系統に無効電流を供給したとき，ある一定時間内に無効電流指令に無効電流が到達していないことを検出し，一時的に定格を越える無効電流指令を出力すること、(3)電力系統に無効電流を供給したとき，ある一定時間内に無効電流指令に無効電流が到達していないことを検出し，一時的に定格を越える無効電流指令を出力し，かつ，出力する時間を変更すること、あるいは、(4)電力系統に無効電流を供給したとき，ある一定時間内に無効電流指令に無効電流が到達していないことを検出し，一時的に定格を越える無効電流指令を出力し，かつ，無効電流指令を出力する時間を変更し，無効電流が指令値に到達することで，無効電流指令を定格に戻すこと、に技術的な特徴がある。
【００１７】
また、無効電流指令を変更する場合において、図２のような制御が実現できるのであれば、指令値を補正することでも良いし、あるいは、他の指令値に置き換えることでも良い。
【実施例２】
【００１８】
本実施例を、図１，図４，図５を用いて説明する。
＜概略構成＞
実施例１に同じ
＜概略機能＞
実施例１に同じ
＜詳細機能＞
図４，図５を用いて，無効電流指令演算器１００９を説明する。
図４は，系統電圧演算器１００８によって演算される系統電圧，無効電流演算器によって計算される無効電流，無効電流指令演算器１００９によって計算される無効電流指令との関係を示す。無効電流指令演算器１００９は，系統電圧演算器１００８において，電圧降下が発生したことを検出し，残電圧が９０％以下になったとき，指令値を１００％に設定する。このとき，該指令値に対して，無効電流の傾きが，傾きＡよりも大きい場合，指令値にある倍率をかけ，一定時間だけ指令値を増加させることで，無効電流の傾きを小さくし規定時間内に収めることができる。ここで，９０％，１００％は、例示的であり，各々の発電機の特性に合わせて他の数値を選択することが可能である。以下の実施例でも同様である。
[式]
傾きＡ＝100％÷規定時間
図５は，無効電流指令演算器１００９の処理フローを示す。無効電流指令演算器１００９では，系統電圧演算器１００８の情報が入力されたとき，判定５００１の判定を行う。
判定５００１に非該当の場合，演算５００４を実行して前記無効電流指令を定格無効電流指令０％で維持する情報を加減算器１０１４に出力する。判定５００１に該当する場合，判定５００２を実行する。判定５００２に該当する場合，演算５００５を実行して前記無効電流指令を定格無効電流指令０％で維持する情報を加減算器１０１４に出力する。判定５００２に非該当の場合，判定５００３を実行する。判定５００３に該当する場合，演算５００６を実行して前記無効電流指令を１００％で維持する情報を加減算器１０１４に出力する。判定５００３に非該当の場合，演算５００７（指令値＝１００％*倍率，指令値増加時間＝追従時間-規定時間）を実行した結果を無効電流指令とし，加減算器１０１４に出力する。
【００１９】
本実施例２では、前記＜詳細機能＞を備えることにより、電力系統電圧が降下したとき，風力発電システムの継続運転を可能にする。
【符号の説明】
【００２０】
１００１  羽
１００２  軸
１００３  発電機
１００４  電力変換器
１００５  電力系統
１００６  電力変換ユニット
１００７  制御装置
１００８  系統電圧演算器
１００９  無効電流指令演算器
１０１０  無効電流演算器
１０１１  系統側電流センサ
１０１２  系統側電圧センサ
１０１３  発電機側電流センサ
１０１４  加減算器
ＡＣＲ    電流調整器
ＡＱＲ    無効電力調整器
ＷＴＣ    風車制御装置
３００１，３００２，３００３，５００１，５００２，５００３  判定
３００４，３００５，３００６，３００７，５００４，５００５，５００６，
５００７  演算
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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