(57)【要約】【課題】スイッチング素子数を最少限にして簡略化された制御回路で以って、発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速域から風速が定格風速以上となる高風速域までの全風速域に亘って可変速運転範囲を拡大できる風力発電システムの運転制御方法及びその運転制御装置を提供する。【解決手段】風力発電システムの運転制御手段であって、風車及び発電機の運転モードを、風車の風速及び発電機の回転数によって、発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速制御モードと、風車の風速が定格風速以上となる高風速制御モードと、風速が低風速制御モードにおける風速と定格風速との間の風速となる中風速制御モードとの３つの速度制御モードに分け、３つの速度制御モードのうち、低風速制御モードにおいて発電機電圧を上昇させる昇圧チョッパ回路を作動させ、前記一定値を超える運転モードにおいては前記昇圧チョッパ回路の作動を停止することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車及び該風車に直結駆動される発電機をそなえた風力発電システムの運転制御方法であって、風車及び発電機の運転における運転モードを、前記風車の風速及び発電機の回転数によって、前記発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速制御モードと、前記風車の風速が定格風速以上となる高風速制御モードと、前記風速が前記低風速制御モードにおける風速と前記定格風速との間の風速となる中風速制御モードとの３つの速度制御モードに分け、前記３つの速度制御モードのうち、前記低風速制御モードにおいて発電機電圧を上昇させる昇圧チョッパ回路を作動させ、前記中風速制御モード及び高風速制御モードにおいては前記昇圧チョッパ回路の作動を停止することを特徴とする風力発電システムの運転制御方法。
【請求項２】
前記中風速制御モードでは風車のピッチ角一定でインバータ駆動回路を用いた発電機速度制御を行い、前記高風速制御モードではピッチ角制御手段を用いたピッチ角制御を行うことを特徴とする請求項１記載の風力発電システムの運転制御方法。
【請求項３】
前記中風速制御モードを、前記低風速制御モードを経て発電機回転数が上限回転数に達するまでの風速範囲における第１の中風速制御モードと該発電機回転数が前記上限回転数で前記風車の風速が定格風速以下の風速範囲における第２の中風速制御モードとにより行うことを特徴とする請求項１記載の風力発電システムの運転制御方法。
【請求項４】
風車及び該風車に直結駆動される発電機をそなえた風力発電システムの運転制御装置であって、前記風車の風速の検出値及び発電機の誘起電圧の検出値が入力され、前記発電機の誘起電圧検出値が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなったとき低風速制御モードに、前記風速の検出値が定格風速以上となったとき高風速制御モードに、前記風速の検出値が前記低風速制御モードにおける風速と前記定格風速との間の中風速域にあるとき中風速制御モードに、それぞれ切り換える制御モード切換手段をそなえ、該制御モード切換手段は、前記低風速制御モードの切換時に前記発電機電圧を上昇させる昇圧チョッパ回路を作動させるように構成されたことを特徴とする風力発電システムの運転制御装置。
【請求項５】
前記制御モード切換手段は、前記中風速制御モード切換時に風車のピッチ角一定でインバータ駆動回路を作動させて発電機速度制御を行わしめ、前記高風速制御モード切換時にピッチ角制御手段を用いたピッチ角制御を行わしめるように構成されたことを特徴とする請求項４記載の風力発電システムの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車及び該風車に直結駆動される発電機をそなえた風力発電システムの運転制御方法及びその装置に関し、特に発電機電圧を上昇させる昇圧チョッパ回路をそなえた風力発電システムの運転制御方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、コンバータとしてＰＷＭコンバータを用いたＰＷＭコンバータ方式の可変速風力発電システム（ＰＷＭ  コンバータ方式）の導入が進んでいる。前記PWM コンバータは、スイッチング素子を多数使用し、その制御も複雑なことからコスト高となるが、ベクトル制御の実装が可能であり、高速で高精度な発電機トルク制御が行えることから、風車速度制御を必須とする大容量の可変速風力発電システムに用いられている。
また、発電機として永久磁石同期発電機を使用する場合は、誘導発電機のように励磁エネルギーをコンバータから供給する必要がないため、バッテリーの充電などを目的とした小容量の風力発電システムは、コンバータとしてダイオードブリッジ整流器を使用し、誘起電圧が十分得られる主として定格風速において運転する。
【０００３】
かかるダイオードブリッジ整流器をコンバータとして用いた風力発電システム（ダイオード整流方式）の利点は、低コストでコンバータを構成できることにある。
しかしながら、前記のようなダイオード整流方式の風力発電システムにおいては、コンバータ単独では発電機のトルク制御を行うことができないため、風車速度制御が困難となり、また系統連係を視野に入れた場合、低風速では、系統連係するために必要な誘起電圧が得られないという問題もある。
【０００４】
前記のような、低風速において系統連係するために必要な誘起電圧を得るようにした風力発電システムの１つとして、特許文献１（特開２００３−８８１９０号公報）の技術が提供されている。
かかる技術においては、発電機の電力使用系統側に昇圧チョッパ回路を設け、発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速時に該昇圧チョッパ回路により発電機の発電電圧を一定電圧まで昇圧して、電力使用系統側の周波数変換器に供給するように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８８１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発電機として永久磁石同期発電機（以下発電機という）を使用する風力発電システムにおいては、スイッチング素子数を最少限にして簡略化された制御回路で以って、発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速域から風速が定格風速以上となる高風速域までの全風速域に亘って可変速運転範囲を拡大できることが要求される。
しかしながら、前記特許文献１（特開２００３−８８１９０号公報）の技術にあっては、電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速時に該昇圧チョッパ回路により発電機の発電電圧を一定電圧まで昇圧する手段が示されているにとどまり、かかる課題を解決するには至らない。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、スイッチング素子数を最少限にして簡略化された制御回路で以って、発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速域から風速が定格風速以上となる高風速域までの全風速域に亘って可変速運転範囲を拡大できる風力発電システムの運転制御方法及びその運転制御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】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、風車及び該風車に直結駆動される発電機をそなえた風力発電システムの運転制御方法であって、風車及び発電機の運転における運転モードを、前記風車の風速及び発電機の回転数によって、前記発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速制御モードと、前記風車の風速が定格風速以上となる高風速制御モードと、前記風速が前記低風速制御モードにおける風速と前記定格風速との間の風速となる中風速制御モードとの３つの速度制御モードに分け、前記３つの速度制御モードのうち、前記低風速制御モードにおいて発電機電圧を上昇させる昇圧チョッパ回路を作動させ、前記中風速制御モード及び高風速制御モードにおいては前記昇圧チョッパ回路の作動を停止することを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
また、前記のような風力発電システムの運転制御方法を実施する装置の発明は、
風車及び該風車に直結駆動される発電機をそなえた風力発電システムの運転制御装置であって、前記風車の風速の検出値及び発電機の誘起電圧の検出値が入力され、前記発電機の誘起電圧検出値が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなったとき低風速制御モードに、前記風車の風速の検出値が定格風速以上となったとき高風速制御モードに、前記風速の検出値が前記低風速制御モードにおける風速と前記定格風速との間の中風速域にあるとき中風速制御モードに、それぞれ切り換える制御モード切換手段をそなえ、該制御モード切換手段は、前記低風速制御モードの切換時に前記発電機電圧を上昇させる昇圧チョッパ回路を作動させるように構成されたことを特徴とする（請求項４）。
【００１０】
かかる発明によれば、制御モード切換手段を設けて、該制御モード切換手段によって、風速制御モードを低風速制御モード、中風速制御モード及び高風速制御モードの３つの風速制御モードに分けたうえで、風速の検出値及び発電機の誘起電圧の検出値に基づき、前記発電機の誘起電圧検出値が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなったときには、低風速制御モードに切り換え昇圧チョッパ回路を作動させて発電機電圧を上昇せしめる。
これにより、発電機電圧の上昇が必要な低風速制御モード時のみに昇圧チョッパ回路を作動させて所要の電力使用系統側電圧を保持し、中風速制御モード及び高風速制御モードと併せて３つの速度制御モードに分けて必要電圧での安定運転が可能となるとともに、少ないスイッチング素子数でかつ簡略化された制御回路で以って可変速範囲を拡大することができ、低コスト化され高い信頼性をそなえた風力発電システムが得られる。
【００１１】
かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
即ち、前記制御モード切換手段によって、前記中風速制御モードでは風車のピッチ角一定でインバータ駆動回路を用いた発電機速度制御を行わしめ、前記高風速制御モードではピッチ角制御手段を用いたピッチ角制御を行わしめる（請求項２、請求項５）。
さらに具体的には、前記中風速制御モードを、前記低風速制御モードを経て発電機回転数が上限回転数に達するまでの風速範囲における第１の中風速制御モードと該発電機回転数が前記上限回転数で前記風車の風速が定格風速以下の風速範囲における第２の中風速制御モードとにより行う（請求項３）。
【００１２】
このように構成すれば、
低風速速度制御モードでは、昇圧チョッパ回路により発電機の電機子電流を調整することで発電機トルクを制御して風車の速度制御を行い、
中風速速度制御モードでは、系統連係インバータによりＤＣリンク部電圧を調整することで発電機トルクを制御して風車速度制御を行い、
定格風速以上の高風速速度制御モードでは、ピッチ角制御システムによりピッチ角を
調整することで風車のトルクを制御し風車の速度制御を行うので、
３つの速度制御モードをハイブリッドさせることにより可変速範囲を拡大できて、全ての制御モードにおいて系統連系が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電機電圧の上昇が必要な低風速制御モード時のみに、昇圧チョッパ回路を作動させることによって、電力使用系統側の系統連係するために必要な誘起電圧を得ることにより低風速域での安定運転が可能となるとともに、少ないスイッチング素子数でかつ簡略化された制御回路で以って可変速範囲を拡大することができ、低コスト化され高い信頼性をそなえた風力発電システムが得られる。
また、低風速制御モードでは昇圧チョッパ回路により電力使用系統側の系統連係するために必要な誘起電圧を得て発電機トルクを制御し風車の速度制御を行い、中風速制御モードでは系統連係インバータによりＤＣリンク部電圧を調整することで発電機トルクを制御して風車速度制御を行い、定格風速以上の高風速制御モードではピッチ角制御システムによりピッチ角を調整することで風車のトルクを制御し風車の速度制御を行うので、３つの速度制御モードをハイブリッドさせることにより可変速範囲を拡大できて、全ての制御モードにおいて系統連系が可能となる。
また、本発明によれば、低風速制御モード以外のモード時の運転では、昇圧用スイッチング素子が働かないので、常時昇圧チョッパ回路を働かせる制御方式のものよりも、スイッチング損失を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る風力発電システムの運転制御装置制御ブロック図である。
図１において、１００は風車、１０１は該風車１００の翼、１０２はロータヘッド、１０４は主軸である。１０５は前記風車により回転駆動される発電機で、この実施例では、永久磁石式多極同期発電機（以下発電機という）で構成されている。１０７は前記発電機１０５の発電電力を直流に変換するコンバータ、１０６はリアクトル、１０９はダイオード、１０８は前記コンバータ１０７を経た発電機からの発電電圧を昇圧するための昇圧用スイッチング素子、１１０はコンデンサ、１１１は抵抗、１１２は交流に逆変換するインバータ、１１３はグリッドである。
１０３は前記翼１０１のピッチ角を変化せしめるピッチ駆動装置、５は該ピッチ駆動装置１０３を介して前記翼１０１のピッチ角を制御するピッチ角制御手段である。
【００１６】
８は前記昇圧用スイッチング素子１０８を駆動する昇圧チョッパ駆動回路、１０は前記昇圧チョッパ駆動回路８の時比率制御を行う昇圧チョッパ時比率制御手段である。
前記昇圧チョッパ駆動回路８、昇圧用スイッチング素子１０８、昇圧チョッパ時比率制御手段１０等により昇圧チョッパ回路を構成する。
９は前記インバータ１１２を駆動するインバータ駆動回路、１１は後述する制御ロジックによって前記インバータ駆動回路９を制御するインバータ制御手段である。
４は前記発電機１０５の回転数（発電機回転数）を検出する速度センサ、３は風車１００への風速を検出する風速センサ、６は後述する昇圧チョッパ回路による昇圧後の電圧（昇圧電圧）を検出するＤＣ電圧センサ、７は前記インバータ１１２後の交流電流及び電圧を検出する電流、電圧センサである。
【００１７】
１は本発明の要旨である制御モード切換手段で、前記風速センサ３からの風速の検出値、前記速度センサ４からの発電機回転数の検出値、前記ＤＣ電圧センサ６からの発電機のＤＣリンク部電圧（昇圧チョッパで昇圧後の発電機の誘起電圧）の検出値が入力され、かかる検出信号に基づき後述するような制御モード切換えを行う。
２は発電機回転速度目標値生成手段で、前記風速センサ３からの風速の検出値Ｕｗが入力され、該風速の検出値に基づき後述する手段によって発電機１０５の目標回転数（発電機目標回転数）を算出する。
【００１８】
次に、図２〜図８に基づき、図１に示す風力発電システムの運転制御装置各制御手段の動作を説明する。
図２は本発明の実施例における前記制御モード切換手段１の制御ブロック図である。
該制御モード切換手段１は、前記風速センサ３から入力される風速Ｕｗの検出値、前記速度センサ４から入力される発電機回転数ωｇの検出値、前記ＤＣ電圧センサ６から入力される発電機のＤＣリンク部電圧Ｖｄｃの検出値に基づきモードを決定し、モード信号Ｍｏｄを出力する。
【００１９】
即ち制御モード切換手段１による制御モードの切換え条件は、
Ｕｉｎ≦Ｕｗであって、Ｖｄｃ≦Ｖｄｃ０のとき→モード１即ち低風速制御モード
Ｖｄｃ＞Ｖｄｃ０であって、ωｇ＜ωｍａｘ→モード２即ち中風速制御モード（１）
ωｇ≧ωｍａｘであって、Ｕｗ≦Ｕｒａｔ→モード３即ち中風速制御モード（２）
Ｕｗ＞Ｕｒａｔ→モード４即ち高風速制御モード
ここで、Ｕｉｎ＝カットイン風速
Ｖｄｃ０＝系統連系に必要な発電機誘起電圧（電力使用系統側の必要電圧）
ωｍａｘ＝発電機回転数上限値
Ｕｒａｔ＝定格風速
【００２０】
図３は、前記実施例における風速に対する風車出力と発電機回転数との特性線図である。
図３において、Ａは運転開始点（カットイン風速Ｕｉｎの点）、Ｂは系統連系に必要な発電機誘起電圧（電力使用系統側の必要電圧）Ｖｄｃ０がＤＣリンク部電圧（発電機誘起電圧）Ｖｄｃよりも高くなる点（Ｖｄｃ≦Ｖｄｃ０）、Ｃは発電機回転数ωが発電機回転数目標値ωｆ（発電機回転数上限値ωｍａｘよりも小さい）に達する点、Ｄは風速Ｕが定格風速Ｕｒａｔに達する点であり、図において、
前記制御モードの切換え条件は、
Ａ〜Ｂ：  モード１即ち低風速制御モード
Ｂ〜Ｃ：  モード２即ち中風速制御モード（１）
Ｃ〜Ｄ：  モード３即ち中風速制御モード（２）
Ｄ〜  ：  モード４即ち高風速制御モード
【００２１】
次に、前記発電機回転数の目標値ωｆは次の手順により算出する。
図４は発電機回転数の目標値算出ブロック図、図５は出力係数の算出線図である。
図４において、前記風速センサ３から前記発電機回転速度目標値生成手段２に入力される風速Ｕｗの検出値は、該発電機回転速度目標値生成手段２において係数器３１に設定された比例定数Ｋを乗じて発電機回転数の現在値ω１を算出してローセレクタ３２に入力される。
該ローセレクタ３２には、予め設定された発電機回転数上限値ωｍａｘ（図３参照）が入力されており、該ローセレクタ３２において、前記発電機回転数の現在値ω１と発電機回転数上限値ωｍａｘとを比較して、小さい方の回転数を発電機回転数目標値ωｆとする。
即ち、前記発電機回転数目標値ωｆは発電機回転数上限値ωｍａｘ超えては運転しないように制限を掛ける。
ここで、前記比例定数Ｋは、風速Ｕｗが変化しても翼出力係数Ｃｐが最大となる周速比となるように定める。
即ち、図５のように翼出力係数Ｃｐは翼の周速比λの関数であり、前記比例定数Ｋの算出には該周速比λの最大値λｍａｘに対応する翼出力係数Ｃｐを用いる。
【００２２】
次に、前記モード１〜４における運転制御方法について説明する。
・モード１（低風速制御モード）
このモードにおいては、図１における昇圧チョッパ駆動回路８、昇圧用スイッチング素子１０８、昇圧チョッパ時比率制御手段１０等により構成される昇圧チョッパ回路を作動させて、前記発電機電圧を上昇させる。
即ち、図６は前記昇圧チョッパ回路の制御ブロック図で、図において、図４のブロック図に基づき算出した前記発電機回転数の目標値ωｆと前記速度センサ４からの発電機回転数の検出値ωｇは、昇圧チョッパ時比率制御手段１０の減算器３５に入力される。該減算器３５で算出された前記回転数の偏差にＰＩ制御器３６でＰＩ制御演算を行なってＤＣリンク部電圧（発電機誘起電圧）Ｖｄｃを算出し、スイッチ部３７に入力する。
該スイッチ部３７においては、前記ＤＣリンク部電圧（発電機誘起電圧）Ｖｄｃが系統連系に必要な発電機誘起電圧（電力使用系統側の必要電圧）Ｖｄｃ０以下のときは（Ｖｄｃ≦Ｖｄｃ０）、前記モード１に切換えてパルスジェネレータ３８を駆動し、該パルスジェネレータ３８によって昇圧チョッパ駆動回路８を作動させる。尚、前記Ｖｄｃ＞Ｖｄｃ０のときはモード２〜４となり、前記ＰＩ制御出力を0としてパルスジェネレータ３８へ送られ昇圧チョッパ回路は作動しない。
【００２３】
該昇圧チョッパ駆動回路８からの昇圧チョッパ駆動信号は前記昇圧用スイッチング素子１０８に入力される。かかる昇圧チョッパ回路の作動により、前記コンバータ１０７を経た発電機１０５の発電電圧が上昇せしめられる。
これにより、発電機電圧の上昇が必要な低風速制御モード時（モード１）のみに昇圧チョッパ回路を作動させることにより、系統連系に必要な発電機誘起電圧（電力使用系統側の必要電圧）を保持できる。
【００２４】
・モード２（中風速制御モード（１））及びモード３（中風速制御モード（２））
モード２は、図３において、系統連系に必要な発電機誘起電圧（電力使用系統側の必要電圧）Ｖｄｃ０がＤＣリンク部電圧（発電機誘起電圧）Ｖｄｃよりも高くなる点（Ｖｄｃ≦Ｖｄｃ０）であるＢ点から前記発電機回転数ωｇが発電機回転数目標値ωｆ（発電機回転数上限値ωｍａｘよりも小さい）に達する点であるＣ点までの制御モードであり、モード３は発電機回転数目標値ωｆであるＣ点から定格風速Ｕｒａｔに達する点であるＤ点までの制御モードである。
かかるモード２及びモード３では、図１のように、インバータ１１２、インバータ駆動回路９及びインバータ制御手段１１によりＤＣリンク部電圧Ｖｄｃを調整することで発電機１０５の発電機トルクを制御して風車速度制御を行う。
【００２５】
即ち図７は、かかるモード２及びモード３にて行なうインバータ制御のブロック図である。
図７において、かかるインバータ制御システムでは、ＤＣリンク部電圧Ｖｄｃを連系可能なＤＣリンク部電圧Ｖｄｓに一定制御を行う。さらにモード２及びモード３では、発電機１０５の速度制御を行う。またモード４では、翼１０１のピッチ角を制御するピッチ角制御手段５による発電機出力制御を行い、連系可能な電圧Ｖｄｓに修正を加える。
【００２６】
図７に示すインバータ制御手段１１によるインバータ制御において、ＤＣリンク部電圧制御部におけるＰＩ制御器９１からはd軸電流目標値ｉｓｄｆが出力され、計測されたd軸電流ｉｓｄとの偏差からＰＩ制御器９２にてＰＩ制御演算を行い、同じくq軸電流目標値（力率１に維持する場合には0）ｉｓｑｆと計測されたq軸電流ｉｓｑとの偏差からＰＩ制御器９３にてＰＩ制御演算を行い、両者を用いた非干渉制御手段９４での非干渉制御動作により、インバータ駆動回路９へのｄ軸電圧指令値Ｖｓｄｆ及びｑ軸電圧指令値Ｖｓｑｆが出力される。
尚、図７において、Ｐｇは発電機１０５の発電機出力、Ｐｇｒｔは発電機定格出力である。またｉｓｕ，ｉｓｖ，ｉｓｗは三相電流である。
【００２７】
・モード４（高風速制御モード）
モード４は、図３において、風速Ｕが定格風速Ｕｒａｔに達するＤ点以上の制御モードである。
かかるモード４では、図８のように、翼１０１のピッチ角を制御するピッチ角制御手段５による発電機出力制御を行なう。
即ち図８において、前記制御モード切換手段１による制御モードがモード４に切換えられるまでは、固定ピッチ角としておき、制御モードがモード４に切換えられると、ピッチ角制御手段５による発電機出力制御を行なう。図において、発電機回転数検出値ωｇと発電機回転数目標値ωｆとの偏差を計算する。そしてＰＩ制御器５２での前記偏差のＰＩ演算により算出したピッチ角目標値θｆを、ピッチ角指令値θｒｅｆとして切換えスイッチ５１を介してピッチ角駆動装置１０３に出力することにより、ピッチ角制御を行なう。尚、モード４以外では前記切換えスイッチ５１によりピッチ角固定値θｃｏｔがピッチ角指令値θｒｅｆとして出力される。
【００２８】
以上のようにかかる実施例によれば、制御モード切換手段１を設けて、該制御モード切換手段１によって、風速制御モードを低風速制御モード（モード１）、中風速制御モード（モード２，３）及び高風速制御モード（モード４）の４つの風速制御モードに分けたうえで、風速Ｕｗの検出値及び発電機の誘起電圧の検出値Ｖｄｃに基づき、前記発電機の誘起電圧検出値Ｖｄｃが電力使用系統側の必要電圧Ｖｆよりも低くなったときには、低風速制御モードに切り換え、昇圧チョッパ駆動回路８、昇圧用スイッチング素子１０８、昇圧チョッパ時比率制御手段１０等により構成される昇圧チョッパ回路を作動させて発電機電圧を上昇せしめる。
【００２９】
これにより、発電機電圧の上昇が必要な低風速制御モード時（モード１）のみに前記昇圧チョッパ回路を作動させて系統連系に必要な発電機誘起電圧（電力使用系統側の必要電圧）を保持し、中風速制御モード（モード２，３）及び高風速制御モード（モード４）と併せて３つの速度制御モードのそれぞれにおいて、必要電圧での安定運転が可能となるとともに、少ないスイッチング素子数でかつ簡略化された制御回路で以って可変速範囲を拡大することができる。
【００３０】
また、前記制御モード切換手段１によって、前記中風速制御モード（モード２，３）では風車のピッチ角一定でインバータ駆動回路９を用いた発電機速度制御を行わしめ、高風速制御モード（モード４）ではピッチ角制御手段５を用いたピッチ角制御を行わしめるようにしたので、前記低風速速度制御モード（モード１）では、前記昇圧チョッパ回路により発電機（発電機）１０５の電機子電流を調整することで発電機トルクを制御して風車の速度制御を行い、中風速速度制御モード（モード２，３）では、系統連係インバータ１１２によりＤＣリンク部電圧を調整することで発電機トルクを制御して風車速度制御を行い、定格風速以上の高風速速度制御モード（モード４）では、ピッチ角制御手段５によりピッチ角を調整することで、風車のトルクを制御し風車の速度制御を行うので、３つの速度制御モードをハイブリッドさせることにより可変速範囲を拡大できて、全ての制御モードにおいて系統連系が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、スイッチング素子数を最少限にして簡略化された制御回路で以って、発電機の誘起電圧が電力使用系統側の必要電圧よりも低くなる低風速域から風速が定格風速以上となる高風速域までの全風速域に亘って可変速運転範囲を拡大できる風力発電システムの運転制御方法及びその運転制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例に係る風力発電システムの運転制御装置制御ブロック図である。
【図２】前記実施例における前記制御モード切換手段の制御ブロック図である。
【図３】前記実施例における風速に対する風車出力と発電機回転数との特性線図である。
【図４】前記実施例における発電機回転数の目標値算出ブロック図である。
【図５】前記実施例における出力係数の算出線図である。
【図６】前記実施例における前記昇圧チョッパ回路の制御ブロック図である。
【図７】前記実施例におけるインバータ制御の制御ブロック図である。
【図８】前記実施例におけるピッチ角制御手段による制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  制御モード切換手段
２  発電機回転速度目標値生成手段
３  風速センサ
４  速度センサ
５  ピッチ角制御手段
６  ＤＣ電圧センサ
７  電流、電圧センサ
８  昇圧チョッパ駆動回路
９  インバータ駆動回路
１０  昇圧チョッパ時比率制御手段
１１  インバータ制御手段
１００  風車
１０１  翼
１０２  ロータヘッド
１０３  ピッチ駆動装置
１０５  発電機
１０７  コンバータ
１０８  昇圧用スイッチング素子
１１２  インバータ
【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７】
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【図８】
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