(57)【要約】【課題】信頼性の高い鉄共振の検知を行うと共に、鉄共振時における電力系統への悪影響を効果的に防止可能な風力発電システムの制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】風力発電システム（１００）は、風力発電装置（１）の発電電力を、変圧器（１１）を介して電力系統（７）に供給する。本発明の制御方法は、鉄共振の発生を検知する工程と、鉄共振が検知された場合に、保護回路（３０）を風力発電装置（１）に接続する工程と、保護回路の接続後更に、鉄共振が第１の所定期間Ｔ１以上に亘って検知された場合に風力発電装置（１）を電力系統（７）から解列する工程とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法であって、
前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知工程と、
鉄共振が検知された場合に、鉄共振により発生する過電圧又は電流を低減するための保護回路を前記風力発電装置に接続する保護回路接続工程と、
前記保護回路を前記風力発電装置に接続した後更に、鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列する解列工程と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御方法。
【請求項２】
前記風力発電装置を前記電力系統から解列した後、鉄共振が第２の所定期間以上に亘って検知されなかった場合に、前記解列した風力発電装置を前記電力系統に復列する復列工程を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項３】
前記検知工程は、前記変圧器の印加電圧の時間積分値から磁束を算出し、当該磁束が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項４】
前記変圧器の印加電圧は、前記変圧器の鉄心に磁束検出用のコイルを巻きつけ、当該コイルに発生する電圧であることを特徴とする請求項３に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項５】
前記検知工程は、前記変圧器における漏れ磁束を検出し、当該検出された漏れ磁束が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項６】
前記検知工程は、前記変圧トランスにおける電圧波形又は電流波形の低周波数成分をローパスフィルタを介して抽出し、前記ローパスフィルタの出力波形が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項７】
前記風力発電システムは、互いに並列に接続された複数の前記風力発電装置が前記変圧器を介して前記電力系統に接続されて構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項８】
前記解列工程において、前記検知手段によって鉄共振が前記第１の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、複数の前記風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列することを特徴とする請求項７に記載の風力発電システムの制御方法。
【請求項９】
風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御装置であって、
前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知手段と、
前記風力発電装置に接続することによって鉄共振により発生する過電圧又は電流を抑制可能な保護回路の前記風力発電装置に対する接続状態を切り替えるための第１の接続手段と、
前記風力発電装置の前記電力系統に対する接続状態を切り替えるための第２の接続手段と、
前記検知手段によって鉄共振が検知された場合に前記保護回路を前記風力発電装置に接続するように前記第１の接続手段を制御し、その後更に、前記検知手段によって鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列するように前記第２の接続手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする風力発電システムの制御装置。
【請求項１０】
前記風力発電システムは、互いに並列に接続された複数の前記風力発電装置が前記変圧器を介して前記電力系統に接続されて構成されており、
前記制御手段は、前記検知手段によって鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、前記複数の風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列するように前記第２の接続手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の風力発電システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法及び制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、風力発電装置において発電された電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムが知られている。この種の風力発電システムでは、風力発電装置が設置される地域によっては、送電距離が長距離に及ぶ場合がある。送電距離が長いと、送電線のインピーダンスが増大するため、送電容量が低下してしまうという問題がある。このような送電効率の低下を防止するために、送電線に対して直列に補償用のコンデンサを設置することにより、送電線に含まれるインダクタンス成分を打ち消し、送電容量の向上が図られている。
【０００３】
このように補償用のコンデンサを設置した場合、変圧器などの磁気飽和特性のある鉄心を有する可飽和インダクタンス成分との相関で、非線形共振の一種である鉄共振が発生することがある。鉄共振による電圧、電流は電力系統の周波数（商用基本周波数）に比べて低い周波数を有している。このように鉄共振が発生すると風力発電システムの内部に過電圧、又は過電流が生じ、内部機器が破損する問題がある。そのため、風力発電システムにおいて鉄共振が発生した場合には、鉄共振の発生を早期且つ確実に検知することが要請されている。
【０００４】
このような鉄共振の検知方法に関して、例えば特許文献１には、検出電圧値をコンパレータでＯＮ／ＯＦＦ切替することによって信号化し、ロジック処理によって鉄共振の検知を行う技術が開示されている。また非特許文献１には鉄共振が発生した際に電力系統に接続することによって、鉄共振を減衰させるための保護回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許６，１５７，５５２号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＮＥＲＧＹ  ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ，ＶＯＬ．２０，ＮＯ．２，ＪＵＮＥ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では検出電圧を信号化するためにコンパレータなどのロジック回路を設置する必要があるため、鉄共振の検知回路が複雑化し、容易に実施することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、比較的シンプルな構成で、鉄共振の発生時の悪影響を効果的に防止可能な風力発電システムの制御方法及び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】
【０００９】
本発明に係る風力発電システムの制御方法は上記課題を解決するために、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法であって、前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知工程と、鉄共振が検知された場合に、鉄共振により発生する過電圧又は電流を低減するための保護回路を前記風力発電装置に接続する保護回路接続工程と、前記保護回路を前記風力発電装置に接続した後更に、鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列する解列工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る風力発電システムの制御方法によれば、鉄共振が検知された場合に、第１の接続手段を制御することによって、保護回路を風力発電装置に接続する。これにより、鉄共振によって電力系統に生じる過電圧又は過電流を保護回路にて低減することによって、風力発電システム内の機器への悪影響を防止することができる。また、保護回路の接続後、鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に、第２の接続手段を制御することによって、風力発電装置を電力系統から解列する。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合であっても、風力発電装置自体を電力系統から解列することにより、保護回路が過負荷状態に陥ることを回避し、風力発電システムへの悪影響を防止できる。
【００１１】
好ましくは、前記風力発電装置を前記電力系統から解列した後、鉄共振が第２の所定期間以上に亘って検知されなかった場合に、前記解列した風力発電装置を前記電力系統に復列する復列工程を更に備えるとよい。この場合、鉄共振が第２の所定期間以上に亘って検知されなかった場合に、完全に鉄共振の解消が確認されたとして、風力発電装置を電力系統に復列させる。鉄共振の発生条件は様々な要因に起因しており、条件によっては発生と停止を繰り返すなど不安定な振る舞い（つまり、間欠的な振る舞い）を示す場合がある。本態様では、第２の所定期間の間、鉄共振の発生が無い場合に、完全に鉄共振が解消したと判定することによって、間欠的に発生する鉄共振に応じて、第２の接続手段が煩雑に切り替えられることを防止することができる。第２の接続手段は風力発電装置で発電された電力が流れるため、不必要に切替動作が行われて接触抵抗が増大すると、当該箇所における発熱量が増加し、故障につながってしまう。これに鑑みて、本態様では、第２の接続手段の切り替え動作を不必要に多くすることなく、且つ、鉄共振の解消後、風力発電装置を早期に復旧可能なように制御を行うことができる。
【００１２】
本発明の一態様では、前記検知工程は、前記変圧器の印加電圧の時間積分値から磁束を算出し、当該磁束が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。この場合、前記変圧器の印加電圧を検知してもよいし、その代わりに前記変圧器の鉄心に磁束検出用のコイルを巻きつけ、当該コイルに発生する電圧であってもよい。また他の態様では、前記検知工程は、前記変圧器における漏れ磁束を検出し、当該検出された漏れ磁束が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。更に他の態様では、前記検知工程は、前記変圧トランスにおける電圧波形又は電流波形の低周波数成分をローパスフィルタを介して抽出し、前記ローパスフィルタの出力波形が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。本発明はこのような検知工程を備えることによって、商用基本波周波数より低周波数を有する鉄共振を、高信頼性で検知することができる。
【００１３】
前記風力発電システムは、互いに並列に接続された複数の前記風力発電装置が前記変圧器を介して前記電力系統に接続されて構成されていてもよい。このように、互いに並列に接続された複数の風力発電装置が１台以上の変圧器を介して電力系統に接続されている場合、検出手段は複数の風力発電装置における鉄共振の発生を当該一の変圧器をモニタすることによっても検知できる。
【００１４】
この場合、前記解列工程において、前記検知手段によって鉄共振が前記第１の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、複数の前記風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列するとよい。これによれば、複数の風力発電装置を一度にすべて解列しなくて済むため、鉄共振を抑制するために一部の風力発電装置を解列しつつ、残りの風力発電装置で発電することで電力系統に電力の供給を継続することができる。
【００１５】
本発明に係る風力発電システムの制御装置は上記課題を解決するために、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御装置であって、前記変圧器における鉄共振の発生を検知する検知手段と、前記風力発電装置に接続することによって鉄共振により発生する過電圧又は電流を抑制可能な保護回路の前記風力発電装置に対する接続状態を切り替えるための第１の接続手段と、前記風力発電装置の前記電力系統に対する接続状態を切り替えるための第２の接続手段と、前記検知手段によって鉄共振が検知された場合に前記保護回路を前記風力発電装置に接続するように前記第１の接続手段を制御し、その後更に、前記検知手段によって鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に前記風力発電装置を前記電力系統から解列するように前記第２の接続手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
特に、前記風力発電システムは、互いに並列に接続された複数の前記風力発電装置が前記変圧器を介して前記電力系統に接続されて構成されている場合には、前記制御手段は、前記検知手段によって鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に、鉄共振が解消されるまでの間、前記複数の風力発電装置を一つずつ所定時間毎に前記電力系統から解列するとよい。
【００１７】
本発明に係る風力発電システムの制御装置は、上述の風力発電システムの制御方法（上記各種態様を含む）により好適に実現可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、鉄共振が検知された場合に、第１の接続手段を制御することによって、保護回路を風力発電装置に接続する。これにより、鉄共振によって電力系統に生じる過電圧又は過電流を保護回路にて低減することによって、風力発電システムへの悪影響を防止することができる。また、保護回路の接続後、鉄共振が第１の所定期間以上に亘って検知された場合に、第２の接続手段を制御することによって、風力発電装置を電力系統から解列する。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合であっても、風力発電装置自体を電力系統から解列することにより、保護回路が過負荷状態に陥ることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例に係る風力発電システムの全体構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】第１実施例に係る風力発電システムをフルコンバータ方式に適用した場合の構成を概念的に示すブロック図である。
【図３】第１実施例に係る風力発電システムの制御内容を示すフローチャート図である。
【図４】図３のステップＳ１０１及びＳ１０４における鉄共振の検知方法を示すフローチャート図である。
【図５】第２実施例に係る風力発電システムの全体構成を概念的に示すブロック図である。
【図６】第２実施例に係る風力発電システムにおける鉄共振の検知方法を示すフローチャート図である。
【図７】第３実施例に係る風力発電システムの全体構成を概念的に示すブロック図である。
【図８】第４実施例に係る風力発電システムの全体構成を概念的に示すブロック図である。
【図９】第５実施例に係る風力発電システムの制御内容を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２１】
［第１実施例］
まず図１を参照して第１実施例に係る風力発電システム１００の全体構成について説明する。図１は第１実施例に係る風力発電システム１００の全体構成を概念的に示すブロック図である。
【００２２】
風力発電装置１は複数の風車ブレードが取り付けられたロータを有し、ロータは増速機を介して発電機１１に接続されている。発電機１１の出力端子に接続された母線１３は、切替スイッチＳＷ１、変圧器１２、切替スイッチＳＷ２を経由して系統連系部４の系統接続端６に接続されている。尚、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、本発明の「第２の接続手段」の一例である。このように風力発電装置１では、風車ブレードの回転が増速機を介して発電機１１に入力され、この発電機１１で発電した電力を変圧器１２で変圧した後、系統連系部４を介して電力系統７に供給するようになっている。尚、図１の例では発電機１１は誘導発電機であり、発電機１１のロータ巻線への接続１４と母線１３の間に周波数を変換するコンバータ２０を接続して可変速運転を可能としている。このように本実施例では、いわゆるダブルフェッド方式を採用している。
【００２３】
尚、本発明による制御方法は、ダブルフェッド方式以外の方式として、誘導機、同期機等の発電機出力をコンバータ２０を介して電力系統７に接続する、いわゆるフルコンバータ方式に対しても、適用可能であり、以下実施例２〜４も同様である。図２に、第１実施例に係る風力発電システム１００をフルコンバータ方式で実現した例を示す。尚、図２では図１と共通する箇所に同一の符号を付すこととし、以下、図１とまとめて説明することとする。
【００２４】
再び図１に戻って、風力発電装置１には鉄共振が生じた際に発生する過電圧又は過電流を低減するための保護回路であるクローバ回路３０が設けられている。クローバ回路３０は、整流器３１と、本発明の「第１の接続手段」の一例であるスイッチ３２と、負荷抵抗３３とを備えてなる。整流器３１はロータ巻線への接続１４から入力された交流電力を、整流することにより直流電力に変換する。スイッチ３２は、コントローラ４０から供給されるクローバ回路制御信号に基づいて、整流器３１と負荷抵抗３３との間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦ制御する。尚、本実施例ではスイッチ３２をクローバ回路３０内において整流器３１の後段に設けているが、整流器３１の前段に配置してもよいし、クローバ回路３０外に配置してもよい。
【００２５】
スイッチ３２は、平常時にはＯＦＦ状態になっており、負荷抵抗３３はロータ巻線への接続１４から切り離されている。一方、鉄共振が生じた際にはコントローラ４０からのクローバ回路制御信号に基づいてスイッチ３２をＯＮ状態にすることにより、負荷抵抗３３をロータ巻線への接続１４に接続して、鉄共振が生じた際に発生する過電圧又は過電流を低減ことができるように構成されている。尚、スイッチ３２の詳細な動作制御については後述する。
【００２６】
風力発電装置１の母線１３上には、発電機１１の出力端子の系統接続端６に対する接続状態を切り替えるための切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２が設けられている。切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、平常時にはＯＮ状態になっており、発電機１１において発電された電力が変圧器１２を介して系統連係部４を介して電力系統７に供給されるようになっている。一方、鉄共振が発生した際には、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２はコントローラ４０からの解列制御信号に基づいて所定条件下においてＯＦＦ状態に切り替えられることによって、風力発電装置１を電力系統７から解列し、風力発電装置１が鉄共振の影響を受けることを防止することができるように構成されている。尚、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２の詳細な動作制御については後述する。
【００２７】
系統連系部４は、風力発電装置１を電力系統７に連系するための設備であり、電力系統７との間で定められた系統連系の条件に基づいて供給電力の監視、及び各種調整を行う。例えば、系統連系の条件として、連系点における力率や出力値を許容範囲内とする条件が設定されている。尚、系統連系部４には変圧器５を含んでいてもよい。
【００２８】
電力系統７は、風力発電装置１で発電した出力を、送電線、変電所を介して需要家へ送る設備機器群であり、火力発電所等の他の発電設備や一般需要家を含む。
【００２９】
補機７０は母線１３から駆動電力を取得して動作する、例えば風力発電装置１のブレードピッチを可変制御するためのピッチ駆動機構などである。
【００３０】
続いて、図３を参照して、以上のように構成された風力発電システム１００の具体的な動作について説明する。図３は第１実施例に係る風力発電システム１００の制御内容を示すフローチャート図である。
【００３１】
まずコントローラ４０は鉄共振の検知を行い（ステップＳ１０１）、鉄共振が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、具体的な鉄共振の検知方法については後述する。
【００３２】
鉄共振が発生している場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、コントローラ４０はクローバ回路制御信号によってスイッチ３２の接続状態をＯＮに切り替えることによって、クローバ回路３０の負荷抵抗３３をロータ巻線への接続１４に接続する（ステップＳ１０３）。これにより、鉄共振によって生じる過電圧又は過電流を負荷抵抗３３にて低減できる。尚、鉄共振が発生していない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、コントローラ４０は処理を戻して、ステップＳ１０１及びＳ１０２）を再度実行する。
【００３３】
その後、コントローラ４０は再び鉄共振の検知を行い（ステップＳ１０４）、鉄共振が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。鉄共振が発生している場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、コントローラ４０は一定又は不定の周期で鉄共振の検知を繰り返すことによって、鉄共振の継続時間Ｔａが第１の所定期間Ｔ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで第１の所定期間Ｔ１は、鉄共振によって発生した過電力によって保護回路であるクローバ回路３０が過負荷状態になるのに要する期間として規定された閾値である。
【００３４】
鉄共振の継続時間Ｔａが第１の所定期間Ｔ１より大きい場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、コントローラ４０は解列制御信号に基づいて切替スイッチＳＷ１又はＳＷ２を非接続状態（ＯＦＦ）に切り替えることによって、風力発電装置１を電力系統７から解列する（ステップＳ１０７）。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合に、風力発電装置１を電力系統７から解列することで、保護回路であるクローバ回路３０が過負荷状態に陥ることを回避し、電力系統７への悪影響を抑えなくなるという事態に陥ることを防止することができる。一方、鉄共振の継続時間Ｔａが第１の所定期間Ｔ１以下である場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、コントローラ４０は処理をステップＳ１０４に戻し、上記処理を再実行する。
【００３５】
続いて、鉄共振が発生していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、コントローラ４０は鉄共振の消滅期間Ｔｂが第２の所定期間Ｔ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで第２の所定期間Ｔ２は、鉄共振が完全に解消したか否かを判定するために要する期間として規定された閾値である。鉄共振の発生条件は様々な要因に起因しており、条件によっては発生と停止を繰り返すなど不安定な振る舞い（つまり、間欠的な振る舞い）を示す場合がある。そのため、風力発電装置１を解列することによって完全に鉄共振が解消したと判断するためには、ある程度の期間、鉄共振の発生がないことを確認する必要がある。本実施例では、第２の所定期間Ｔ２の間、鉄共振の発生が無い場合に、完全に鉄共振が解消したと判定されるように構成している。
【００３６】
鉄共振の消滅期間Ｔｂが第２の所定期間Ｔ２より小さい場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、コントローラ４０は鉄共振が完全に解消していないとして、処理をステップＳ１０６に戻して上記処理を実行する。一方、鉄共振の消滅期間Ｔｂが第２の所定期間Ｔ２以上である場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、コントローラ４０はクローバ回路制御信号によってスイッチ３２の接続状態をＯＦＦに切り替えることによって、クローバ回路３０の動作を終了させる（ステップＳ１０９）。このように、完全に鉄共振の解消が確認された後にクローバ回路３０の動作を終了させることによって、間欠的に発生する鉄共振に応じて、スイッチ３２が煩雑に切り替えられることを防止することができる。
【００３７】
ステップＳ１０７において風力発電装置１が電力系統７から解列された場合、コントローラ４０は、ステップＳ１０８と同様に、鉄共振の消滅期間Ｔｂが第２の所定期間Ｔ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。そして、鉄共振の消滅期間Ｔｂが第２の所定期間Ｔ２より小さい場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には完全に鉄共振が解消していないとして、風力発電装置１の解列を継続する。一方、鉄共振の消滅期間Ｔｂが第２の所定期間Ｔ２以上である場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、コントローラ４０は完全に鉄共振が解消したと判断し、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２をON状態に切り替え、風力発電装置１を電力系統７に復列させる。
【００３８】
特に、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２はメインの送電線である母線１３上に設けられるため、一般的に大電力が流れる。そのため、不必要に切替動作が行われて接触抵抗が増大すると、当該箇所における発熱量が増加し、故障につながってしまう。これに鑑みて、本実施例では、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２の切り替え動作を不必要に多くすることなく、且つ、鉄共振の解消後、風力発電装置１を早期に復旧させることができる。
【００３９】
尚、図３のステップＳ１０７において風力発電装置１を解列する際には、切替スイッチＳＷ２をＯＮ状態に維持しつつ、切替スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に切り替えることによって行ってもよい。この場合、風力発電装置１を解列した際にも、補機７０及びコントローラ４０には駆動電力が電力系統側７から供給され続けることによって動作を継続することができる。そのため、鉄共振解消後の復帰動作を迅速に行うことができるというメリットがある。
【００４０】
また、図３のステップＳ１０７において風力発電装置１を解列する際には、切替スイッチＳＷ１をＯＮ状態に維持しつつ、切替スイッチＳＷ２をＯＦＦ状態に切り替えることによって行ってもよい。この場合、風力発電装置１が電力系統側７から完全に解列されるため、鉄共振から風力発電装置１をより確実に保護することができる。
この場合、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２としてリモート操作可能な接続手段を採用することにより、例えば風力発電装置１に内蔵された無停電電源装置（ＵＰＳ）から切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２に駆動電力を供給することによって、自動制御を行ってもよい。これにより、鉄共振解消後の復帰動作に人手による駆動電源の再投入作業を要することがなくなり、自動的に復旧動作を行うことができる。
尚、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２の自動制御方法としては、風力発電装置１の解列後、無停電電源装置（ＵＰＳ）からの供給電力により、風力発電装置１とコントローラ４０との間を通信可能な状態に維持しておく。これにより、上述のタイミングで風力発電装置１を復列する際に、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２に制御信号を自動的に出力して制御するとよい。
【００４１】
続いて図４を参照して、図３のステップＳ１０１及びＳ１０４における鉄共振の検知方法について詳細に説明する。図４は図３のステップＳ１０１及びＳ１０４における鉄共振の検知方法を示すフローチャート図である。
【００４２】
コントローラ４０は、変圧器１２から電圧値を経時的に取得し（ステップＳ２０１）、当該取得した電圧値の時間積分値から、変圧器１２を構成する鉄心中の磁束Φを算出する（ステップＳ２０２）。そして、ステップＳ２０２において算出した磁束Φが予め規定された所定レベル値Φ１を超えたか否かを判定する（ステップＳ２０３）。磁束Φが所定レベル値Φ１を超えた場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）鉄共振が発生していると判定される（ステップＳ２０４）。一方、磁束Φが所定レベル値Φ１以下である場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、鉄共振は発生していないと判定される（ステップＳ２０５）。
【００４３】
鉄共振は変圧器１２の鉄心中の磁束Φが飽和することによって発生する。本実施例では、変圧器１２の電圧値からコアに含まれる磁束Φを算出し、当該磁束Φが飽和磁束Φ１に達しているか否かを判定することによって、鉄共振の発生の有無を検知している。
【００４４】
尚、コントローラ４０が検出する変圧器１２の電圧値は、一次巻線側であってもよいし、二次巻線側であってもよい。また、変圧器１２の巻線とは別に、変圧器１２の鉄心に磁束検出用コイルを巻きつけて、このコイルに発生する電圧を積分することによって磁束検出してもよい。
【００４５】
［第２実施例］
次に図５及び図６を参照して、第２実施形態に係る風力発電システム１００について説明する。図５は第２実施例に係る風力発電システム１００の全体構成を概念的に示すブロック図であり、図６は第２実施例に係る風力発電システム１００における鉄共振の検知方法を示すフローチャート図である。尚、上記第１実施例と共通する箇所には同一の符号を示すこととし、詳細な説明は省略することする。
【００４６】
図５に示すように、第２実施例に係る風力発電システムでは、変圧器１２のコア付近に配置された磁気センサ５０が備えられており、コントローラ４０は磁気センサ５０からの信号を取得することによって、変圧器１２における漏れ磁束ΦＬを検出可能なように構成されている。尚、磁気センサ５０としては、例えばホール素子やファラデー素子などの各種磁気センサを利用可能である。
【００４７】
図６に示すように、コントローラ４０は磁気センサ５０から変圧器１２の漏れ磁束ΦＬを経時的に取得する（ステップＳ３０１）。そして、取得した漏れ磁束ΦＬが予め規定された所定レベル値ΦＬ１を超えたか否かを判定する（ステップＳ３０２）。漏れ磁束ΦＬが所定レベル値ΦＬ１を超えた場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、コントローラ４０は鉄共振が発生していると判定する（ステップＳ３０３）。一方、漏れ磁束ΦＬが所定レベル値ΦｌＬ以下である場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、コントローラ４０は鉄共振が発生していないと判定する（ステップＳ３０４）。
【００４８】
鉄共振は上述したように、変圧器１２のコアに含まれる磁束Φが飽和するタイミングで発生する。言い換えると、鉄共振が発生すると、変圧器１２の鉄心の磁束Φが飽和すると共に、漏れ磁束ΦＬが増加する。そこで本実施例では、磁気センサによって漏れ磁束ΦＬを検出し、当該漏れ磁束ΦＬが所定レベル値ΦＬ１に達しているか否かに応じて、鉄共振の有無を判定することができる。
【００４９】
［第３実施例］
次に図７を参照して、第３実施形態に係る風力発電システム１００について説明する。図７は第３実施例に係る風力発電システム１００の全体構成を概念的に示すブロック図である。尚、上記第１実施例と共通する箇所には同一の符号を示すこととし、詳細な説明は省略することする。
【００５０】
コントローラ４０は、低周波数成分を抽出するためのローパスフィルタ６０を介して変圧器１２から電圧波形又は電流波形を取得し、該取得した低周波数成分が所定レベル値を超えた場合に鉄共振の発生を検知する。これにより、商用基本波周波数より低周波数を有する鉄共振を、高信頼性で検知することができる。本実施例では特に、ローパスフィルタ６０というシンプルな構成要素を追加するのみによって、鉄共振を検知可能である。そのため、システムの複雑化をより効果的に回避しつつ、信頼性の高い鉄共振の検知を実現することができる。
【００５１】
［第４実施例］
次に図８を参照して、第４実施形態に係る風力発電システム１００について説明する。図８は第４実施例に係る風力発電システム１００の全体構成を概念的に示すブロック図である。尚、上記第１実施例及び第２実施例と共通する箇所には同一の符号を示すこととし、詳細な説明は省略することする。
【００５２】
図８に示すように、第４実施例に係る風力発電システム１００では、複数個の風力発電装置１（図８において、各風力発電装置を１ａ、１ｂ・・・・で示す）が互いに並列に接続されてなる複数個（合計ｍ個）のグループＧ１〜Ｇｍを備えており、各グループＧ１〜Ｇｍはサブステーション８０と、直列に挿入された補償用コンデンサ９０とを介して電力系統７に接続されている。本実施例では、上述のコントローラ４０はサブステーション８に含まれており（図８ではコントローラ４０はサブステーション８０に内蔵されているものとして、図示を省略している）、変圧器５からの電流値又は電圧値をモニタすることにより、鉄共振の発生を検知することができる。つまり、本実施例では各グループＧ１〜Ｇｍを構成する各風力発電機１における鉄共振の発生を、サブステーション８０でまとめて監視することができる。このように、複数の風力発電装置１における鉄共振の監視を、各風力発電装置１を個別にモニタすることなく、シンプルな構成で実現することができる。尚、サブステーション８０から個別の風力発電装置１へは通信手段（図不示）を設け、これにより鉄共振の発生を個別の風力発電装置１に通知する。鉄共振の発生が通知された場合、個別の風力発電装置１では、前記実施例１〜３の例に従って保護動作を行う。
【００５３】
［第５実施例］
次に図９を参照して、第５実施形態に係る風力発電システム１００について説明する。図９は第５実施例に係る風力発電システム１００の制御内容を示すフローチャート図である。尚、第５実施例に係る風力発電システム１００の構成については、上記第４実施例（図８を参照）と同様である。
【００５４】
第５実施例に係る風力発電システム１００では、図３のステップＳ１０６及びＳ１０７での制御に倣って、鉄共振が第１の所定期間Ｔ１以上に亘って検知された場合に、サブステーション８０に設けられた遮断機ＳＷ１１〜ＳＷ１ｍによってグループＧ１〜Ｇｍを電力系統７から解列することによって、鉄共振によって風力発電装置１が悪影響を受けることを防止することができる。グループＧ１〜Ｇｍの解列制御は、図３における風力発電装置１の解列制御と基本的に同様であるが、本実施例では特に、鉄共振が解消されるまで、各グループＧ１〜Ｇｍを一つずつ所定時間毎に電力系統７から解列することに特徴がある。
【００５５】
このような各グループＧ１〜Ｇｍの解列制御は、図９に示すように、ステップＳ１０７に従って解列するにあたって、まず変数ｍを「１」に設定し（ステップＳ４０１）、遮断機ＳＷ１１をＯＦＦに切り替えることによってグループＧ１のみを電力系統７から解列する（ステップＳ４０２）。その後、鉄共振が解消したか否かを判定し（ステップＳ４０３）、鉄共振が解消していないと判定された場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、変数ｍに「ｍ＋１」を代入し（ステップＳ４０４）、上記処理を繰り返す。これにより、鉄共振が解消するまで、ｍ個の各グループＧ１〜Ｇｍが一つずつ順番に電力系統から解列される。そして、鉄共振が解消した場合に（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、各グループＧ１〜Ｇｍの解列を終了し（ステップＳ４０５）、処理を終了する（ＥＮＤ）。これにより、グループＧ１〜Ｇｍを一度にすべて解列しなくて済むため、鉄共振を防止するために一部のグループのみを解列しつつ、残りのグループで発電することで電力系統７への電力供給を継続することができる。
【００５６】
本実施例では特に、遮断機１ｍをサブステーション８０側に設けることによって、各グループＧ１〜Ｇｍを個別に電力系統７側から完全に解列させることができるので、鉄共振から風力発電装置１をより確実に保護することができる。
この場合、実施例１における切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２と同様に、遮断機１ｍとしてリモート操作可能な接続手段を採用することにより、例えば風力発電装置１に内蔵された無停電電源装置（ＵＰＳ）から遮断機１ｍに駆動電力を供給することによって、自動制御を行ってもよい。これにより、鉄共振解消後の復帰動作に人手による駆動電源の再投入作業を要することがなくなり、自動的に復旧動作を行うことができる。
【００５７】
尚、本実施例においても、風力発電装置１側に設けられた切替スイッチ（図１に示すＳＷ１及びＳＷ２）を切り替え制御することによって解列してもよい。この場合、実施例１において述べたように、風力発電装置１を解列した際にも、補機７０及びコントローラ４０には駆動電力が電力系統側７から供給され続けることによって動作を継続することができる。そのため、鉄共振解消後の復帰動作を迅速に行うことができるというメリットがある。
【００５８】
また、本実施例ではサブステーション８０において鉄共振を検知するとしているが、これに合わせて、第１実施例において説明したように、各グループＧ１〜Ｇｍに含まれる個々の風力発電装置１においても鉄共振の検出を行ってもよい。この場合、サブステーション８０における鉄共振の検出タイミングと、個々の風力発電装置１における鉄共振の検出タイミングを比較し、タイミングが早い方に従って上述の保護動作を制御するとよい。これにより、保護動作をより迅速に実行することができるので、システムの安全性をより効果的に向上させることができる。
【００５９】
尚、上述の保護動作によっても鉄共振の抑制が不十分である場合には、サブステーション８０の電力系統７側に設けられた遮断機ＳＷ３をＯＦＦ状態に切り替えるとよい。これにより、サブステーション８０側を電力系統７から完全に隔離することができるので、サブステーション８０の保護を確実なものとすると共に、システム全体の回路条件が変わることによる鉄共振の抑制効果もより効果的に得ることができる。
【００６０】
以上説明したように、本発明の風力発電システム１００によれば、鉄共振が検知された場合に、スイッチ３２を制御することによって、クローバ回路３０を風力発電装置１に接続する。これにより、鉄共振によって生じる過電圧または過電流をクローバ回路３０にて低減することによって、風力発電装置１への悪影響を防止することができる。また、クローバ回路３０の接続後、鉄共振が第１の所定期間Ｔ１以上に亘って検知された場合に、切替スイッチＳＷ１及びＳＷ２を制御することによって、風力発電装置１を電力系統７から解列する。これにより、鉄共振が長期間にわたって発生した場合であっても、風力発電装置１自体を電力系統７から解列することにより、クローバ回路３０が過負荷状態に陥ることを回避し、風力発電装置１を保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、風力発電装置の発電電力を、変圧器を介して電力系統に供給する風力発電システムの制御方法及び制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  風力発電装置
４  系統連系部
５  変圧器
６  系統接続端
７  電力系統
１１  発電機
１２  変圧器
１３  母線
３０  クローバ回路
３１  整流器
３２  スイッチ（第１の切替手段）
３３  負荷抵抗
４０  コントローラ
５０  磁気センサ
６０  ローパスフィルタ
７０  補機
８０  サブステーション
１００  風力発電システム
ＳＷ１，ＳＷ２  切替スイッチ（第２の切替手段）
ＳＷ３  遮断機
Ｇ１〜Ｇｍ  グループ
ＳＷ１１〜ＳＷ１ｍ  遮断機
【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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【図９】
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