(57)【要約】【課題】ブレーキ６０などの外部装置を用いずに風車１１の回転を減速するとともに、発電装置の稼働率を向上する。【解決手段】風車（１１）と、発電機（２０）と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータ（３０）と、コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータ（４０）と、平常時用低ゲイン運転部と、トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備えた風力発電装置の発電機制御装置において、風速判定部は風速が前記所定のレベルを超えた場合に所定の時間間隔における平均風速を求め、平均風速が所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とするものである。【選択図】  図３
2008017683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御装置において、
前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合に所定の時間間隔における平均風速を求め、前記平均風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とする風力発電装置の発電機制御装置。
【請求項２】
風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御装置において、
前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合に所定の時間間隔における平均風車出力トルクを求め、前記平均風車出力トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定することを特徴とする風力発電装置の発電機制御装置。
【請求項３】
風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御方法において、
前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合に所定の時間間隔における平均風速を求め、前記平均風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とする風力発電装置の発電機制御方法。
【請求項４】
風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御方法において、
前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合に所定の時間間隔における平均風車出力トルクを求め、前記平均風車出力トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定することを特徴とする風力発電装置の発電機制御方法。
【請求項５】
前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合にフィルタを介して平滑した風速を求め、前記平滑した風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置の発電機制御装置。
【請求項６】
前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合にフィルタを介して平滑した風車出力トルクを求め、前記平滑した風車トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定することを特徴とする請求項２記載の風力発電装置の発電機制御装置。
【請求項７】
前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合にフィルタを介して平滑した風速を求め、前記平滑した風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とする請求項３記載の風力発電装置の発電機制御方法。
【請求項８】
前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合にフィルタを介して平滑した風車出力トルクを求め、前記平滑した風車トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定することを特徴とする請求項４記載の風力発電装置の発電機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力を電力へ変換する風力発電装置の発電機制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の風力発電装置では、暴風等の過大風速により回転数が過大に上昇した場合、風車の破損を防止するため電気ブレーキまたは機械ブレーキにより風車を減速するようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、目標のトルク指令値に対して風速エネルギーが小さい領域ではトルク指令値を下降し、風速エネルギーが大きい領域ではトルク指令値を上昇することで一定トルクを保つようにした発電機制御もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、低風速時には最大出力を取り出し、高風速時には平準化した出力を取り出すようにした発電機制御もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、風況予測情報によって出力可能な風車の出力をスケジューリングして風車ブレードのピッチおよび電力変換器を制御し、所定の出力を取り出すようにした発電機制御もある（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
図４において、１１は風車であり、風１０のエネルギーを回転エネルギーへ変換する。２０は発電機であり、風車１１の回転エネルギーを交流の電気エネルギーへ変換する。３０はコンバータであり発電機２０を制御して取り出した交流を直流へ変換してＤＣリンク３１へ出力する。４０はインバータであり、直流を所定の電圧と周波数の交流へ変換して系統へ出力する。５０はシーケンサなどからなるコントローラであり、コンバータ３０を介して発電機２０の回転数をモニタし、過大風速時に発電機２０の回転数が過大に上昇した場合にブレーキ６０を動作して風車１１を減速する。このように、従来の風力発電装置では、ブレーキ６０により風車１１を減速することで過大風速時に風車１１の破損を防止するという手順がとられていた。
【０００７】
【非特許文献１】佐藤 雄志著「小型風力発電「そよ風くん（登録商標）」の開発」電気学会論文誌産業応用部門誌  Ｖｏｌ．１２４ Ｎｏ．９ ２００４  ｐ．９７６
【特許文献１】特開平１１−６２８１４号公報（第４−６頁、図２）
【特許文献２】特開２００４−６４９２９号公報（第４−６頁、図１、図２）
【特許文献３】特開２００３−８３２２９号公報（第４−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の風力発電装置では、過大風速により風車(発電機)の回転数が過大に上昇した場合、ブレーキ６０により風車を減速するという手順をとっているので、発電装置が複雑になり信頼性が低下するという問題があった。また、長時間のブレーキ６０による減速回転を行うと、ブレーキ６０が過熱したり摩耗が激しくなり、減速回転を維持できなくなるという問題あった。また、ブレーキ６０の過熱や摩耗を避けるため風車１１を停止した場合、風圧により風車１１が破損するという問題もあった。また、過大風速によりブレーキ６０が動作すると、平常の運転に復帰する際には手動により復帰となるため、発電装置の稼働率が低下するという問題もあった。
【０００９】
また、目標のトルク指令値に対して風速エネルギーが小さい領域ではトルク指令値を下降し、風速エネルギーが大きい領域ではトルク指令値を上昇することで一定トルクを保つようにした場合、過大風速時には発電機２０とコンバータ３０とインバータ４０が過負荷運転となり、過熱から制御不能となるという問題があった。
【００１０】
また、低風速時には最大出力を取り出し、高風速時には平準化した出力を取り出すようにした場合も同様に、過大風速時には発電機２０とコンバータ３０とインバータ４０が過負荷運転となり、過熱から制御不能となるという問題があった。
【００１１】
また、風況予測情報によって出力可能な風車１１の出力をスケジューリングして風車ブレードのピッチおよび電力変換器を制御し、所定の出力を取り出すようにした場合、ブレードのピッチを調整することにより風車を減速するという手段をとっているので、発電装置が複雑になり信頼性が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ブレーキ６０などの外部装置を用いずに風車１１の回転を減速するとともに、発電装置の稼働率を向上することができる方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
【００１４】
請求項１記載の発明は風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御装置において、
前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合に所定の時間間隔における平均風速を求め、前記平均風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御装置において、
前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合に所定の時間間隔における平均風車出力トルクを求め、前記平均風車出力トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御方法において、
前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合に所定の時間間隔における平均風速を求め、前記平均風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定することを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は風車と、発電機と、発電機の回転に応じたトルク指令パターンを有して発電機の制御を行うコンバータと、前記コンバータの出力を所定の電圧と周波数に変換して系統へ出力するインバータと、前記発電機の回転に応じて決まる前記トルク指令パターンを決める要素としてゲインＫを含み、速度ωの関数ｆ（ω）との積として、トルク指令Ｔｒｅｆ＝Ｋ・ｆ（ω）で与えられる構成において、平常時用のゲインＫnormで運転する平常時用低ゲイン運転部と、前記トルク指令パターンを決めるゲインを所定の変化量で増加させるゲイン増加部と、ゲインの大きさをそのときのゲインに固定するゲイン固定部と、風速が所定のレベルを超えたかどうか判定する風速判定部と、発電機トルクが所定のレベルかどうかを判定する発電機トルク判定部を備え、前記風速判定部が所定のレベルに満たない風速と判定したときは前記平常時用低ゲイン運転部を動作させ、前記風速判定部が風速がある所定のレベルを超えたと判断した場合には、前記ゲイン増加部を動作させ、ゲインを上昇させたことにより、回転数が低下し、前記発電機トルク判定部が発電機トルクが所定の第一のレベルより小さくなったと判定した場合にその時点の発電機回転数を一定として運転を継続し、発電機トルクが低下し所定の第二のレベルより小さくなった場合に前記平常時用低ゲイン運転部を動作する風力発電装置の発電機制御方法において、
前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合に所定の時間間隔における平均風車出力トルクを求め、前記平均風車出力トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定することを特徴とするものである。
また請求項１記載の風力発電装置の発電機制御装置において、前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合にフィルタを介して平滑した風速を求め、前記平滑した風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定するものである。
また請求項２記載の風力発電装置の発電機制御装置において、前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合にフィルタを介して平滑した風車出力トルクを求め、前記平滑した風車トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定するものである。
また請求項３記載の風力発電装置の発電機制御方法において、前記風速判定部は前記風速が前記所定のレベルを超えた場合にフィルタを介して平滑した風速を求め、前記平滑した風速が前記所定のレベルを超えた場合に過大風力状態であると判定するものである。
また請求項４記載の風力発電装置の発電機制御方法において、前記発電機トルク判定部は風車出力トルクが所定の第二のレベルよりも小さくなった場合にフィルタを介して平滑した風車出力トルクを求め、前記平滑した風車トルクが前記所定の第二のレベルよりも低下した場合に平常風力状態であると判定するものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、３記載の発明によれば、瞬間的な風力の変動により所定のレベルを超えたと判定することが無く、安定して平常運転を継続でき、また確実に過大風速時に風車の回転を減速した運転に移行することができ、ブレーキ６０などの外部装置を用いずに風車１１の回転を減速するとともに、発電装置の稼働率を向上することができる。
また、請求項２、４記載の発明によれば、瞬間的な風力の変動により所定のレベルより小さくなったと判定することが無く、安定して風車の回転を減速した運転を継続することができ、また確実に平常運転へ復帰することができ、ブレーキ６０などの外部装置を用いずに風車１１の回転を減速するとともに、発電装置の稼働率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の方法を実施する風力発電装置の構成を示すブロック図である。図１において１１は風車であり、風１０のエネルギーを回転エネルギーへ変換する。２０は発電機であり、風車１１と直結またはギアなどを介して接続されており、風車１１の回転エネルギーを交流の電気エネルギーへ変換する。３０はコンバータであり発電機２０を制御して取り出した交流を直流へ変換してDCリンク３１へ出力する。４０はインバータであり、直流を所定の電圧と周波数の交流へ変換して系統へ出力する。
【００２１】
図２は、本発明のトルク指令パターンおよび風車１１の回転数とトルクおよび出力の特性を示すグラフである。
【００２２】
図２においてWT1はある風速１における風車１のトルク特性であり、WP1はその時の出力特性である。同様に、WT2とWP2、WT3とWP3、WT4とWP4は、風速２、風速３、風速４における風車１１のトルク特性と出力特性である。なお風速は風速１＜風速２＜風速３＜風速４の順で大きくなる。また、風速１、風速２、風速３は平常時の風速であり、風速４は平常時の風速を上回る過大な風速である。発電機は風車の回転数に比例して回転数が増減する。したがってここでは、風車の回転数と発電機の回転数を同義で用いて説明している。Tnormは平常時のトルク指令パターンであり、発電機の回転数に応じたトルク指令となっている。したがって、Tnormは発電機の回転数ωを入力として、ωの関数f(ω)と傾きの勾配を示すトルクゲインKの積で表され、ある発電機回転数ωにおけるトルク指令T_refはT_ref=K・f(ω)で与えられる。Pnormは、平常時のトルク指令パターンによって発電機制御を行った結果得られる風車１１の出力である。Ter_lvlは保護動作を開始するトルクレベルであり、ωerは保護動作を開始する発電機の回転数である。Tp_lvlは第一のレベルであり、保護運転条件のトルクレベルである。ωpは保護運転条件における発電機の回転数である。Tres_lvlは、第一のレベルより小さい第二のレベルであり、平常のトルク指令パターンへの復帰を検出するトルクレベルである。
【００２３】
図３は、本発明の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護運転条件への移行および復帰する処理手順を示すフローチャートである。
【００２４】
図２、図３を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
【００２５】
平常時は、風１０は風速１、風速２、風速３の間で変動している。コンバータ３０は、平常時のトルク指令パターンTnormで発電機２０を制御しており、風速に応じてTn1、Tn2、Tn3のトルク指令により、風車１１からPn1、Pn2、Pn3の出力を取り出している。このとき、コンバータ３０では、発電機２０から出力される電圧と電流から計算により発電機２０の回転数と電力および風車１１が出力しているトルクTwindを求めて発電機２０の状態を監視している。このとき図３において、平常運転中は保護動作移行完了フラグは"0"であり、（S1)の判定で"no"の条件の処理(S2)が実行され、ここでも過大風力条件を越えていないため、(S3)の処理でトルクゲインKとして平常時のトルクゲインKnormが用いられ、(S4)の処理でトルク指令T_refを演算している。
【００２６】
次に、風速が上昇して過大な風速である風速４になると、風車１１の回転数が上昇するとともにトルク指令値も上昇しTn4となる。このとき、発電機の回転数が保護検出レベルωerを超えることもしくはトルク指令T_refが保護検出レベルTer_lvlを越えると、その時点から所定の時間間隔において発電機の回転数もしくはトルク指令の平均を求める。次に、求めた所定の時間間隔における発電機の回転数の平均もしくはトルク指令の平均が、保護検出レベルωerもしくは保護検出レベルTer_lvlを越えた場合、コンバータ３０では過大風力状態であると判断し(S2)、平常のトルク指令パターンTnormから保護運転条件ωpへ移行を開始する。
また、風速が上昇して過大な風速である風速４になると、風車１１の回転数が上昇するとともにトルク指令値も上昇しTn4となる。このとき、発電機の回転数が保護検出レベルωerを超えることもしくはトルク指令T_refが保護検出レベルTer_lvlを越えると、その時点からフィルタを介して平滑した発電機の回転数もしくはトルク指令を求める。次に、平滑した発電機の回転数もしくはトルク指令が、保護検出レベルωerもしくは保護検出レベルTer_lvlを越えた場合、コンバータ３０では過大風力状態であると判断し(S2)、平常のトルク指令パターンTnormから保護運転条件ωpへ移行を開始する。
ここで、ωpは保護動作移行完了時の発電機回転数であり、保護運転中は発電機回転数がωpとなるように運転を行う。
【００２７】
次に、平常のトルク指令パターンTnormから保護運転条件ωp への移行の手順について説明する。(S2)の処理で過大風力状態を検出すると、コンバータ３０ではトルクゲインKをΔK加算し(S5)、次に風車の出力トルクと保護トルクレベルTp_lvlを比較する(S6)。ここで、保護トルクレベルTp_lvlは、過大風力時に保護動作中の風車出力トルクが所定のトルクとなったと判断するためのトルクレベルであり、トルク指令の保護検出レベルTer_lvlよりも小さい値に設定したものである。最初は、風車出力トルク＞保護トルクレベルであるので、次のステップでトルク指令T_refを前述の(S5)の処理でΔK加算したトルクゲインKを用いて演算した値で制御を行う。
【００２８】
ゲインKをΔKだけ大きくすると図２におけるトルク指令パターンTnormの曲線は傾きが急になっていく。そのためトルク指令T_refが大きくなっていくが、風車１１が出力できるトルクはTn4であるため、風車１１にはトルク指令の増加分の減速するトルクがかかり発電機の回転数が下降していく。このとき風車のトルクTwindも上昇していくが、ΔK加算する処理を繰り返すことで発電機の回転数が下がって行き、ピークTmを超えると、今度は減少し始める。
【００２９】
引き続き、次の演算周期で図３のフローが実行されたときに、同様に、(S1),(S2),(S5),(S6)の処理が繰り返され、(S6)の条件処理で風車出力トルクTwindが保護トルクレベルTp_lvlを下回ったと判定した場合に、保護動作移行完了フラグを"1"にセットし(S7)，このときの発電機の回転数をωpとする。
【００３０】
保護動作移行完了フラグを"1"にセットされた次の周期では、(S1)の処理で保護動作移行完了フラグが"1"であるので、(S8)の復帰条件検出の処理が実行される。
【００３１】
(S8)における復帰条件は、風車の出力トルクTwindが復帰検出レベルTres_lvlを下回ると、その時点から所定の時間間隔において風車の出力トルクTwindの平均を求める。次に、求めた所定の時間間隔における風車の出力トルクTwindの平均が復帰検出レベルTres_lvlを下回った場合、コンバータ３０では平常の風力状態になったと判断する。
また、(S8)における復帰条件は、風車の出力トルクTwindが復帰検出レベルTres_lvlを下回ると、その時点からフィルタを介して平滑した風車の出力トルクを求める。次に、平滑した風車の出力トルクが復帰検出レベルTres_lvlを下回った場合、コンバータ３０では平常の風力状態になったと判断する。
【００３２】
復帰条件を満たすまでの間は、(S10)の処理が実行されるため、保護動作移行完了時の回転数ωpを保持して、発電機の回転数がωpとなるよう制御を行う。
【００３３】
保護動作中は、風車１１を低回転数の領域で運転するため、発電機トルクが平常時の風速３におけるトルク指令値Tn3と同程度であっても出力はPn3よりも小さくなり、発電機２０、コンバータ３０、インバータ４０が過熱することなく正常に運転が可能である。
【００３４】
これにより、過大風速時において風車１１の回転数を低い回転数に抑制しながら運転を継続することができる。
【００３５】
このように、コンバータ３０の制御において平常のトルク指令パターンから保護運転条件への移行の手順をとるので、ブレーキ６０などの外部装置を用いずに発電機制御のみで過大風速時に風車１１の回転を減速することができ、発電装置が簡略化して信頼性を向上することができる。また、過大風速時に風車１１を停止することがないため、風車が破損することがない。また、瞬間的な風力の変動により所定のレベルを超えたと判定することが無く安定して平常運転を継続することができる。
【００３６】
次に、保護運転条件ωpから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順について説明する。
【００３７】
風速が低下して過大な風速４から平常の風速３、風速２、風速１と低下するに連れて、風車１１が出力するトルクは低下していく。(S8)の処理で平常の風力状態を検出すると、トルクゲインKを平常のトルク指令パターンのゲインであるKnormとし、保護動作移行完了フラグに"0"をセットする(S9)。
【００３８】
次の周期では、保護動作移行完了フラグが"0"となっているので、上記の平常状態の処理に戻って、（S1）、(S2)、(S3)、(S4)の各処理が実行される。
【００３９】
このように、保護運転条件ωpから平常のトルク指令パターンTnormへの復帰の手順をとるので、自動的に平常の運転に復帰し、風車１１を停止することなく運転を継続することができ、発電装置の稼働率を向上することができる。また、瞬間的な風力の変動により所定のレベルを下回ったと判定することが無く安定して保護運転条件での運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の方法を実施する風力発電装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明のトルク指令パターンおよび風車(発電機)の回転数とトルクおよび出力の特性を示すグラフ
【図３】本発明の制御方法において平常のトルク指令パターンから保護運転条件への移行および復帰する処理手順を示すフローチャート
【図４】従来の風力発電装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４１】
１０  風
１１  風車
２０  発電機
３０  コンバータ
３１  DCリンク
４０  インバータ
５０  コントローラ
６０  ブレーキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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