(57)【要約】  二重給電非同期機と、制御手段により共に制御される系統側コンバータと発電機側コンバータとを有する風力発電プラントの運転方法であって、通常の運転モードにおいて、コンバータを通常運転モード用のコマンド変数によって制御手段により制御するステップと、系統障害時に、コンバータを少なくとも１個の制御モジュールにより制御するステップとを含み、この制御モジュールがコマンド変数によって、（ｉ）トルクおよび／または有効電力を制御し、（ｉｉ）無効電流および／または無効電力を制御し、系統電圧が所定の電圧−時間特性曲線の下側に降下した場合にだけ、系統からの非同期機の解列を行なうようにし、ここで電圧−時間特性曲線の形状を少なくとも１つの制御モジュール内の複数の予め選択可能なパラメータにより構成し、またここで少なくとも１つの第１のコマンド変数関数を設け、これが障害発生時にトルクおよび／または有効電力に関するコマンド変数を提供するとともに少なくとも２つの基本関数を含み、そのうちの第１の基本関数が障害発生に続きトルクおよび／または有効電力に関する設定点を決定し、そのうちの第２の基本関数が障害終結に続きトルクおよび／または有効電力に関する設定点を決定し、さらにここで無効電流および／または無効電力に関する少なくとも１個の第２のコマンド変数関数を設け、これが障害発生時にコンバータのうちの少なくとも１個を制御するコマンド変数を提供するとともに少なくとも２つの基本関数を含み、そのうちの第３の基本関数が障害発生に続く無効電力および／または無効電流に関する設定点を決定し、そのうちの第４の基本関数が障害終結に続く無効電力および／または無効電流に関する設定点を決定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重給電非同期機と、制御手段により共に制御される系統側コンバータと発電機側コンバータとを有する風力発電プラントの運転方法であって、前記方法は
通常の運転モードにおいて、コンバータを通常運転モード用のコマンド変数によって制御手段により制御するステップと、
系統障害時に、コンバータを少なくとも１個の制御モジュールにより制御するステップとを含み、前記制御モジュールがコマンド変数によって、（ｉ）トルクおよび／または有効電力を制御し、（ｉｉ）無効電流および／または無効電力を制御し、系統電圧が所定の電圧−時間特性曲線の下側に降下した場合にだけ、系統からの前記非同期機の解列を行なうようにし、前記電圧−時間特性曲線の形状を少なくとも１つの前記制御モジュール内の複数の予め選択可能なパラメータにより構成し、障害発生時にトルクおよび／または有効電力に関するコマンド変数を提供するとともに少なくとも２つの基本関数を含む少なくとも１つの第１のコマンド変数関数を設け、前記２つの基本関数のうちの第１の基本関数が障害発生に続きトルクおよび／または有効電力に関する設定点を決定し、前記２つの基本関数のうちの第２の基本関数が障害終結に続きトルクおよび／または有効電力に関する設定点を決定し、無効電流および／または無効電力に関する少なくとも１つの第２のコマンド変数関数を設け、前記第２のコマンド変数関数が障害発生時に前記コンバータのうちの少なくとも１つを制御するコマンド変数を提供するとともに、少なくとも２つの基本関数を含み、前記基本関数のうちの第３の基本関数が障害発生に続く無効電力および／または無効電流に関する設定点を決定し、前記基本関数のうちの第４の基本関数が障害終結に続く無効電力および／または無効電流に関する設定点を決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
障害発生時に、前記第１のコマンド変数関数に従って前記発電機側コンバータを制御することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
障害発生時に、前記第２のコマンド変数関数に従って前記系統側コンバータおよび／または前記発電機側コンバータを制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記系統電圧を計測し、前記系統電圧が所定の識別閾値未満に降下した場合に障害を検出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
障害は、前記系統電圧が少なくとも所定の期間にわたり前記識別閾値未満に降下した場合にのみ検出することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
障害は、ロータ電流および／または中間リンク電圧が所定の閾値を超えて上昇した場合に検出することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第１の基本関数は、第１の時間期間中のトルク設定点および／または有効電力設定点の低減と、第２の時間期間中の風力発電プラントの公称電力または公称トルク以下である所定の最小値までの設定点の増大とをそれぞれ行なうことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記所定の最小値はパラメータにて表わすことができることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の基本関数は、障害発生時に存在する系統電圧に応じてトルク設定点および／または有効電力設定点を規定することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の基本関数の系統電圧および／または所定の最小値に対する依存性は、系統の全ての配電段であるいは１つまたは２つの配電段でだけ障害が存在するかどうかに応じて選択されることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
第２の基本関数は、所定の第２の時点で設定点が風力発電プラントの公称トルクおよび／または公称電力に対応するまで、第１の時点を始端にしてトルクおよび／または電力に関する設定点を増大させることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の時点は、制御モジュール内でパラメータにて表わすことができることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の時点は、過去の障害の件数および／または期間に応じて制御モジュール内でパラメータにて表わすことができることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のコマンド変数関数は、障害期間中の公称系統電圧と系統電圧との間の差分絶対値が所定の差分値を上回る場合に、無効電流および／または無効電力に関する設定点の時間推移を規定することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記無効電流の設定点に関する前記第２のコマンド変数関数は、障害期間中の前記公称系統電圧と系統電圧との間の前記差分絶対値に応じて決定することを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
障害期間中の前記無効電力に関する最大の設定点は所定の最大値に制限することを特徴とする、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のコマンド変数関数およびそのパラメータは、障害が系統の全ての配電段であるいは１つまたは２つの配電段でのみ発生しているかどうかに応じて選択することを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
二重給電非同期機を有する風力発電プラントで、系統側コンバータと、発電機側コンバータと、設定点によりコンバータを制御する制御手段とを備える風力発電プラントであって、
少なくとも２つの制御モジュールを配設し、前記制御モジュールのうちの第１の制御モジュールが系統障害期間中に前記系統側および／または発電機側のコンバータを制御する第１のコマンド変数関数を供給し、
前記制御モジュールのうちの第２の制御手段が系統障害期間中に前記系統側および／または発電機側のコンバータを制御する第２のコマンド変数関数を供給し、
前記制御手段が、少なくとも１個の制御モジュールにより前記コンバータの制御をトリガーする障害検出モジュールを備え、
前記制御モジュール内に電圧−時間特性曲線が記憶され、前記制御モジュールが前記コンバータを制御し、系統電圧が所定の電圧−時間特性曲線の下側に降下した場合にのみ、系統からの前記非同期機の解列が行われるようにし、前記各制御モジュールが前記電圧−時間特性曲線の形状および／または前記コマンド変数関数を規定する複数の予め選択可能なパラメータを備えることを特徴とする、風力発電プラント。
【請求項１９】
障害検出モジュールにより制御されるスイッチを配設し、前記スイッチが前記制御手段から前記コンバータを切り離し、前記コンバータを前記制御モジュールへ接続することを特徴とする、請求項１８に記載の風力発電プラント。
【請求項２０】
前記第１のコマンド変数関数は少なくとも２つの基本関数を含み、前記基本関数のうちの第１の基本関数が障害発生に続きトルクおよび／または有効電力に関する設定点を定め、前記基本関数のうちの第２の基本関数が障害終結に続きトルクおよび／または無効電力に関する設定点を定めることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の風力発電プラント。
【請求項２１】
前記第２のコマンド変数関数は少なくとも２つの基本関数を含み、前記基本関数のうちの第３の基本関数が障害発生に続き無効電力および／または無効電流に関する設定点を定め、前記基本関数のうちの第４の基本関数が障害終結に続き無効電力および／または無効電流に関する設定点を定めることを特徴とする、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の風力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重給電非同期機を有する風力発電プラントの運転方法ならびに二重給電非同期機を有する風力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００５／０２７３０１（Ａ１）号から、発電機用の周波数コンバータを運転する方法は公知である。該方法は、発電機に接続されたコンバータと系統に接続されたコンバータとを備える周波数コンバータを有する風力発電プラントに関する。系統電圧の相当の降圧時に、該方法はコンバータ間の中間リンクにおける電圧を減少させ、かつ系統側コンバータの出力電流を増大させるよう規定している。また、系統側コンバータを制御する作動周波数は系統側コンバータの出力電流を増大させるべく低減することができる。
【０００３】
国際公開第２００４／０６７９５８（Ａ１）号から、系統障害を切り抜ける低電圧制御部を備える風力発電プラント用の発電機が公知である。系統内へ電力を確実に供給すべく制御部が配設され、ここで特に電力供給会社の系統規約を考慮しなければならない。この要件は「低電圧ライドスルー」（ＬＶＲＴ）を指し、系統内で電圧降下が発生した場合に風力発電プラントが電気系統内へ同期的に給電続行することを要求している。これらの要件を満たすべく、電圧降下が発生したときに１以上のロータブレードのピッチ角を可変することが提案されている。
【０００４】
これまで、風力発電プラント用の常に新しい系統規約は電力供給会社により規定され、風力発電プラントのＦＲＴ（「障害ライドスルー」）特性に格別の強調がなされてきた。風力発電プラントのＦＲＴ特性とは、運転停止や解列を伴わずに系統障害を切り抜ける風力発電プラントの能力を指す。数多くの異なるＦＲＴ変種が存在し、何度となく風力発電プラントの制御の適応が必要不可欠とされてきた。このことは、風力発電プラントの制御、特にコンバータの制御の再設計と新規制御方法の開発とを何度も繰り返し要求している。開発時間と新規に適合させた制御のその後の試験の結果、遅滞とコストが発生し、風力発電プラントの柔軟な適用とは相容れないものであった。
【０００５】
２００７年６月２４日〜２００７年６月２６日のＩＥＥＥ２００７年度電力工学会総会にて発表されたＩ．Ｅｒｌｉｃｈらによる「Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗｉｎｄ  ｐｏｗｅｒ  ｉｎｔｏ  ｔｈｅ  Ｇｅｒｍａｎ  ｈｉｇｈ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｇｒｉｄ（ドイツ高圧配電系統への風力発電の組み込み）」の１〜８頁から、ロータ側コンバータと系統側コンバータとを個別電気パラメータを用いて制御する風力発電プラント用の二重給電非同期機が公知である。さらに、この文献からは、系統電圧が所定の電圧−時間特性曲線よりも下側に降下した場合にだけ非同期機の系統からの解列が許容されることが公知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、二重給電非同期機を有する風力発電プラントの運転方法と、異なるＦＲＴ要件に容易に適合させることのできるそのような風力発電プラントとを提供するとの課題に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法により解決される。この課題は、請求項１８の特徴を有する風力発電プラントによっても解決される。本発明の好都合な特徴は、従属請求項に従うものである。
【０００８】
本発明方法は、二重給電非同期機を有する風力発電プラントの運転に役立つものであり、風力発電プラントは系統側コンバータと発電機側コンバータを備える。好ましくは、コンバータどうしは直流リンクによって接続する。さらに、本発明によれば、コンバータを制御する制御手段を配設する。通常運転モードでの本発明方法は、風力発電プラントのコンバータをコマンド変数によって制御手段により制御するステップを含んでいる。本発明によれば、系統障害発生時にコマンド変数によりトルクおよび／または有効電力と無効電流および／または無効電力を制御する少なくとも１つの制御モジュールによりコンバータを制御し、系統電圧が所定の電圧−時間特性曲線よりも下側に降下した場合にだけネットワークからの非同期機の解列を行なうようにする。本発明によれば、電圧−時間特性曲線の形状は少なくとも１個の制御モジュール内の複数の選択可能なパラメータにより決まる。本方法は、障害発生時にトルクおよび／または有効電力に関するコマンド変数を供給する第１のコマンド変数関数を用いる。障害発生時、第１のコマンド変数関数により一方あるいは両方のコンバータにおける制御向けにコマンド変数を供給することができる。コンバータの制御は障害発生時だけでなく通常運転モードにおいてもコマンド変数を通じて行われ、これによりコンバータにとってはそれらの制御方法における構造的な差異が皆無となる。本発明方法は、トルクおよび／または有効電力に関する第１のコマンド変数関数が少なくとも２つの基本関数を含んでいる。基本関数の中には、障害発生に続くトルクおよび／または有効電力に関する設定点の時間推移を定める第１の基本関数が存在し、一方で第２の基本関数が障害終結後のトルクおよび／または有効電力に関する設定点の時間推移を定める。第１のコマンド変数関数用の制御モジュールのこの設計では、制御モジュールは異なるＦＲＴ要件に対し制御モジュールをより容易に適合させるべく２つの基本関数に分割される。本発明によれば、無効電力および／または無効電流に関する設定点を規定する第２のコマンド変数関数がさらに供給される。第２のコマンド変数関数には２つの基本関数が含まれ、そのうちの第３の基本関数が障害発生に続く無効電力および／または無効電流に関する設定点の時間推移を定め、そのうちの第４の関数が障害終結後の無効電力および／または無効電流に関する設定点の時間推移を定める。
【０００９】
本発明方法では、それ自体公知の仕方で系統内への給電を制御する従来の制御手段に加え、少なくとも２つのコマンド変数関数が供給され、それが障害発生時に系統規約のＦＲＴ要件に適合するようコマンド変数によってコンバータの制御に完全にとって代わる。系統要件の変更が存在するときは、この種の風力配電プラントのモジュール式制御の利点は、通常の運転モードの制御から始め、制御全体を再設計する必要はもはやなく、ただ障害発生時用に１または複数のコマンド変数関数にその基本関数を適合させるだけでよい。電圧−時間特性曲線がパラメータにて表わせるため、異なるＦＲＴ要件に適合させるコマンド変数関数をパラメータの適切な選択により容易に適合させられる点が確実になる。全体的には、パラメータにて表わすことのできるモジュール式制御により、制御過程を妨害することなくパラメータ表示に従ったコマンド変数関数の適用が可能とされる。こうして、ＦＲＴ要件の変更に対する展開時間および必要な切り替え時間を著しく低減することができる。
【００１０】
好適な態様によれば、トルク関数および／または電力関数を有する第１のコマンド変数関数が発電機側コンバータ用にトルク設定点および／または電力設定点を規定する。この好都合な態様は、系統規約のＦＲＴ要件において、系統障害の期間中およびその後に風力発電プラントの有効電力生成（Ｐ）に対し規定済みの要件もまた存在するとの事実に基づくものである。有効電力（Ｐ）については、簡単な関係式
Ｐ＝２π・ｎ・Ｍ
が当てはまり、ここでｎは回転速度、Ｍはトルクすなわち空隙トルクをそれぞれ表わす。障害発生時に考えられる所与の有効電力に適合するよう、障害発生時に対応するトルク関数について個別コマンド変数関数を定義することが好都合であることが判明している。
【００１１】
好適な態様によれば、障害発生時に第２のコマンド変数関数が系統側コンバータに対しトルクおよび／または有効電力に関する設定点を供給する。
【００１２】
好適な態様では、系統電圧を計測し、系統電圧が所定の識別閾値未満に降下した場合に障害を検出する。系統電圧が所定の絶対値だけ降下し、系統電圧が障害発生時に識別閾値未満に降下した場合に、制御手段によって障害が検出される。障害発生の時期尚早の公表を阻止すべく、系統電圧が閾値未満に少なくとも所定期間にわたって降下した場合にのみ障害を検出する。閾値の値だけでなく所定の期間もまた、系統規約の要件に応じて制御に設定することのできるパラメータとなる。
【００１３】
代替態様によれば、系統障害はロータ電流および／または中間リンク電圧が所定の閾値を上回って上昇した場合に検出される。ここでは、ロータ電流はロータの電気回路内へ流れる電流である。中間リンク電圧は、発電機側コンバータと系統側コンバータとの間の直流リンク内に出現する電圧である。
【００１４】
好ましくは、第１の時間期間内での第１の基本関数がトルク設定点および／または有効電力設定点を好ましくはゼロに近い値へ低減し、第２の後続の時間期間において設定点を所定の最小値へ増大させる。有利には、最小値を制御モジュール内のパラメータにより定義し、これによりそれを容易に適合できるようにする。好ましくは、第１の基本関数の設定点は障害発生時に存在する系統電圧に依存する。特に好適な態様では、系統電圧に対する設定点および／または第１の基本関数の所定の最小値の依存性は、障害が系統の全配電段であるいは１または２個の配電段でだけ発生したかどうかに応じて選択される。すなわち、第１の基本関数のパラメータについて、いわゆる同期障害あるいは非同期障害が発生したかどうかが識別され、ここで３個の配電段での障害は同期障害を指し、系統の全ての配電段に影響するとは限らない障害は非同期障害を指す。この目的に適したパラメータ群の使用に関する同期障害と非同期障害の追加的な識別の結果、第１の基本関数が制御モジュールを異なるＦＲＴ要件に容易に適合させるべく大きな変動範囲を提供する。
【００１５】
第２の基本関数は、障害終結直後のトルク設定点および／または有効電力設定点を定めるものであり、所定時点で始まり、この時点を始端とするトルクおよび／または電力に関する設定点を、それが所定の第２の時点で公称電力および／または公称トルクに再び対応するまで増大させる。第２の基本関数についても、第１および第２の時点は好ましくは予め選択可能なパラメータとされる。第１の時点と第２の時点に関するパラメータは、過去の障害の件数および／または期間に応じて制御モジュール内で規定することができる。
【００１６】
第１のコマンド変数関数の２つの基本関数を用いることで、トルクおよび／または有効電力設定点用の制御モジュールを異なる電圧−時間特性曲線に対し非常に容易に適合させることができる。
【００１７】
本発明方法の特に好適な態様にあっては、無効電流に関する第２のコマンド変数関数の値は障害時の公称系統電圧と系統電圧との間の差分絶対値に応じて決定されることになる。こうして、風力発電プラントが障害発生期間中に系統を維持する上での必要な貢献をもたらすことが確実なものとされる。さらに、障害期間中の無効電流に関する最大設定点を所定の最大値に制限するよう規定することができる。第２のコマンド変数関数に関し第３と第４の基本関数を用いることで、第２のコマンド変数関数を異なる電圧−時間特性曲線に適用することも可能となる。
【００１８】
本発明によれば、課題は二重給電非同期機を有する風力発電プラントによっても解決され、該風力発電プラントは系統側コンバータと、発電機側コンバータと、コマンド変数により通常の運転モードにおいてコンバータを制御する制御手段とを備える。本発明の制御手段は、障害発生時に少なくとも１つの制御モジュールによりコンバータの制御をトリガーする障害検出モジュールを備える。この少なくとも１個の制御モジュールがコマンド変数によってコンバータを制御し、系統電圧が所定の電圧−時間特性曲線の下側に降下しない限り、非同期機の系統からの解列が起きないようにする。コマンド変数により、一方でトルクおよび／または有効電力、他方で無効電流および／または無効電力がコンバータへ供給される。本発明風力発電プラントの制御は、系統内での障害に反応すべく障害検出モジュールと少なくとも１つの制御モジュールとで構成され、ここで制御部のモジュール式設計により異なるＦＲＴ要件に対する容易な適合が可能になる。本発明によれば、電圧−時間特性曲線の形状は少なくとも１つの制御モジュール内で予め選択可能なパラメータにより規定される。こうして、本発明風力発電プラントのモジュール式制御は系統オペレータのＦＲＴ要件に従って容易にパラメータにて再表示し調整することができる。第１および第２のコマンド変数関数は、設定点の時間推移を規定する複数の予め選択可能なパラメータを含む。
【００１９】
好ましくは、本発明プラントは、通常の運転モード、例えばプラント管理について制御手段からコンバータを切り離し、またそれらを制御モジュールへ接続するよう、障害検出モジュールにより制御されるスイッチを備える。
【００２０】
好ましくは、コマンド変数関数は再度基本関数に分割され、そのうちの１つが障害期間中の設定点（第１と第３の基本関数）を定め、もうひとつが障害後のもの（第２と第４の基本関数）を定める。
【００２１】
下記において、本発明の好適な実施形態をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の二重給電非同期機用のモジュール式制御部の略図を示す。
【図２】二重給電非同期機の従来の制御部を示す。
【図３】パラメータにより規定される電圧−時間特性曲線を示す。
【図４】障害発生時のトルクの推移を示す。
【図５】障害発生時のトルクの推移に関する第１の基本関数を示す。
【図６】障害発生時のトルクの推移に関する第２の基本関数を示す。
【図７ａ】障害発生時の系統電圧の推移を示す。
【図７ｂ】障害発生時のトルクの推移を示す。
【図７ｃ】障害発生時の無効電流の推移を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
風力発電プラントでは、ロータの機械的出力は動力伝達系により発電機へ伝達され、そこで電力へ変換される。そこでは、発電機１９は２つの電気回路により系統へ結合される。ステータ回路１０は、系統１２へ直接結合される。ロータ回路１４は、周波数コンバータ１６を介して系統へ間接的に結合される。周波数コンバータ１６の務めは、発電機１９を調整することにある。一般に、エネルギはロータの機械エネルギから発電機を介して電気系統内へ流れ込んでいる。系統障害、例えば系統に対する発電機の接続の結果としての電圧降下は風力発電プラントに対し影響を及ぼす。風力発電プラント用の系統規約は、それ故に風力発電プラントの系統からの運転停止や解列を伴うことなく系統障害を切り抜けるための具体的な基準を規定している。風力発電プラントのこの挙動は、「フォールト・ライド・スルー」（ＦＲＴ）とも呼ばれる。
【００２４】
風力発電プラントの主要構成要素としての発電機１９と周波数コンバータ１６と動力伝達系（図示せず）は、電気系統に間接的にあるいは直接的に結合される。それ故に、系統内の動作に応じ、主要構成要素は機械的な負荷にさらされる。これらの理由から、風力発電プラントの機械的かつ電気的な負荷を系統規約の要件に準拠させるべく、障害が発生した場合について風力発電プラントのＦＲＴ挙動および制御を規定することが必要である。
【００２５】
風力発電プラントの本発明制御をより詳細に説明する前に、従来の風力発電プラントの制御を図２により簡潔に説明することにする。前に触れたように、ステータ回路１０は系統１２に直接接続される。ロータ回路１４もまた、周波数コンバータ１６を介して系統１２に接続される。周波数コンバータ１６は、発電機側コンバータ１８と系統側コンバータ２０とを有する。コンバータ１８，２０は、直流リンク２２により互いに接続される。各コンバータ１８，２０は、パルス幅変調器２４，２６により制御される。周波数コンバータ１６の制御部２８は、トルクに関する設定点Ｍ＊と無効電流に関する設定点ＩＢ＊とを発電機側コンバータ１８に供給する。
【００２６】
下記においてトルクＭ＊に言及する場合、これは常に有効電力Ｐ＊に関する設定点によって置換することができる。同様に、無効電流ＩＢ＊は常に無効電力Ｑ＊に関する設定点によって置換することができる。
【００２７】
制御部２８は、無効電流ＩＢ＊に関する設定点を系統側コンバータ２０に供給する。
【００２８】
図２に示す制御部を用いることで、無効電力とトルクをそれぞれ個別に調整し調節することが可能である。トルクに関する設定点Ｍ＊と無効電流に関するＩＢ＊がコマンド変数として働き、周波数コンバータ１６の制御部２８内で生成される。続いて、これらの設定点に対応するパルス形状が生成され、発電機のロータ用の３相電圧に結び付き、コマンド変数に対応する発電機内の無効電力およびトルクの生成を招来する。トルクと無効電力についての非同期機の可制御性により、ＦＲＴ要件に応える技術的な前提条件が確立される。
【００２９】
ＦＲＴ制御に対し高度の実時間要求群が求められるが故に、これらをプロセスに密接させて満す必要がある。こうした背景に反し、これまでのＦＲＴ関連手法は常に制御部２８の各部に一体化されていた。
【００３０】
図１に示す本発明の制御部では、制御部の別の設計と別の機能性とを立ち上げてある。より良く総括するため、図２による従来の制御部と同じ機能を果たす図１の構成要素には同一の参照符号を与えてある。本発明の制御部３０では、設定点Ｍ＊とＩＢ＊は通常運転モードにおいて制御部３０に対しコマンド変数として適用される。図１では、通常運転モード用に制御手段３２が配設される。制御手段３２には、外部（図示せず）から、例えば風力発電プラントのプラント管理部によりプラント管理の一般的な変数を供給することができる。
【００３１】
制御手段３２により決定される設定点Ｍ＊，ＩＢ＊はコントローラ３４，３６，３８によりコンバータ１８，２０に適用され、ここでコンバータの制御に必要とされるパルス形状はパルス幅変調２４，２６により同様に生成される。コントローラ３４，３６，３８は、トルクＭａｃｔと無効電力ＩＢａｃｔに関する実際の値との比較を行う。実際の値を決定すべく、計測手段３９が例えばロータ電流とステータ電圧を計測する。変換手段４１において、トルクＭａｃｔと無効電力ＩＢａｃｔに関する実際の値からなるこれらの被計測量が変換される。この変換は、発電機（図示せず）の回転速度に応じて行なわれる。コントローラ３４〜３８に関する被制御プロセス変数は、実際の値と設定点との差分から決定される。
【００３２】
トルクの設定点Ｍ＊に関する被制御プロセス変数が発電機側コンバータ１８に適用されるのに対し、無効電流の設定点ＩＢ＊に関する被制御プロセス変数は両方のコンバータ１８，２０に適用される。
【００３３】
図１では、障害検出モジュール４０が配設されており、これが制御手段３２の設定点からコンバータ１８，２０を切り離し、これらをスイッチ４２により２つの制御モジュール４４，４６へ接続している。
【００３４】
図１から、障害検出モジュール４０の切り替えにより、系統障害発生時に特別な要件とは無関係に作動するコンバータ１８，２０に対する従来の制御の使用が可能であることは、既に明白である。障害が発生した場合にだけスイッチ４２により切り替えが行われ、制御モジュール４４，４６が制御手段３２の務めにとって代わる。制御モジュールのうち、制御モジュール４４はトルク関数、すなわち第１のコマンド変数関数として設計してあり、これが障害発生時にトルクＭ＊に関する設定点を規定する。制御モジュール４６は、障害発生時に無効電力および／または無効電流ＩＢ＊に関する設定点を供給する電流関数として設計してある。
【００３５】
各制御モジュール４４，４６内には、図３に例示した電圧−時間特性曲線４８が記憶させてある。図３の電圧−時間特性曲線は、本実施例の場合直線により結び付けられた自由選択可能な複数の支点５２により規定される。図３の電圧−時間特性曲線はいわゆる「電圧注入筒（ボルテージファネル）」を記述するものであり、ここでの系統オペレータの要件は、系統電圧が電圧−時間特性曲線４８により記述される電圧を上回る限り、系統からの風力発電プラントの解列を回避すべきであると言うものである。二重給電非同期機については、このことは図１のスイッチ５０を閉成状態に保たねばならないことを意味する。
【００３６】
電圧−時間特性曲線４８により与えられる「電圧注入筒」は、ｔ１までの非常に短い時間期間では、極めて広範囲の電圧降下までも視野に風力発電プラントを系統に対し接続状態に保たねばならない点で特徴付けられる。ｔ１からｔ２までの第２の時間期間では、系統電圧が電圧Ｕ２未満である場合にのみ風力発電プラントを系統から解列することができる。ｔ２〜ｔ３の時間期間中に系統電圧が少なくとも直線的に電圧Ｕ３まで再上昇しない場合は、系統から該プラントを解列することができる。続くより長い期間にあっては、系統電圧が電圧Ｕ４を上回る場合、風力発電プラントは系統へ接続した状態で運転しなければならない。図３に×印にて例示した複数の支点５２により、制御用に電圧−時間特性曲線を概ね規定することが可能である。例えば、適切な支点は期間ｔ１〜ｔ２における電圧を系統規約が規定する値に設定することができる。
【００３７】
制御モジュール４４，４６の制御は、風力発電プラントが系統から解列せず、系統オペレータの詳細な要件に合致するよう設定点Ｍ＊とＩＢ＊を決定するよう行われる。
【００３８】
制御モジュール４４のトルク関数５３としての第１のコマンド変数関数の推移が、図４に一例として示してある。系統障害が発生するその始端における第１の時間期間ｔＢでは、トルクに関する設定点はゼロに設定される。第２の時間期間ｔＣでは、トルクに関する設定点は公称トルクの約４０％に設定される。約２．５秒から２．７秒続く後続の時間期間では、発電機側コンバータ１８に対し再度ゼロのトルク設定点が適用される。続く時間期間では、発電機側コンバータ１８に関する設定点は１つの指数関数の推移にほぼ従って再度公称トルク値まで増大する。図４に示すトルク関数は、図３の電圧−時間特性曲線に示すＦＲＴ要件に依存する。制御モジュール内での図４のトルク関数をより適切に釈明すべく、トルク関数は２つの基本関数に分割してある。
【００３９】
図５は、障害発生に続くトルク５５の推移を記述する第１の基本関数を示す。第１の基本関数はトルクを先ずゼロ値まで低下させることを決定し、ここでは図５における系統障害が時点ｔ＝１秒で発生している。約０．３秒後に、トルクに関する第２の設定点を公称トルクの約４０％の値へ増大させる。この値は、制御モジュール内に記憶させてパラメータにて表わすことができる。
【００４０】
図６は、障害発生後のトルク関数としての第２のコマンド変数関数の推移を示す。障害の発生に関し、約１．７秒後に公称電力に至るトルク設定点の放物線状の増大が行なわれる。図５と図６による第１と第２の基本関数を互いに複合すると、系統からの解列を回避して系統オペレータの詳細な要件にそれぞれ適合させるべく、障害発生時に制御モジュール４４の第１のコマンド変数関数としてのトルク関数によりトルクを制御することが可能となる。無効電流に関する電流関数としての第２のコマンド変数関数を所定の基本関数に分割し、これをパラメータにて表わし、第１のコマンド変数関数同様、ＦＲＴ要件に対応して互いに複合することができる。
【００４１】
図７ａ〜図７ｃは、障害発生時の風力発電プラントの全体的な挙動を示すものである。図７ａ中、系統電圧５４は、ｔ＝１秒の時点で０．３７５秒間にわたり系統電圧の１５％値まで降下するとして描かれている。図７ｂでは、風力発電プラントのトルク５６が障害発生直後にゼロへ低減させられ、約０．３秒後に再度増大することが明瞭に見てとれる。低減させた系統電圧の終了とともに、風力発電プラントのトルクを所定の時間期間後に再度公称トルクまで増大させるべく、再度ゼロまで低下させる。障害発生からおおよそ４秒後に、風力発電プラントは再度公称トルクに達する。無効電流の供給は、障害発生とともに直ちに開始される。当初低下させたトルクを再度増大させる時間期間中は、補償目的に増大無効電流５８を給電するが、これは障害終結時に再度低減させる。
【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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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【国際調査報告】
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