風力發電用變換裝置、風力發電用控制裝置以及控制方法
2023-10-17 15:50:54
風力發電用變換裝置、風力發電用控制裝置以及控制方法
【專利摘要】本發明提供一種風力發電用變換裝置、風力發電用控制裝置以及控制方法。即使發生電力系統的電壓降，也能夠使電力系統穩定，使變換器能夠繼續運行。本發明的構成為具有：系統電壓計算器，其基於系統側電壓傳感器的信息對電力系統的電壓狀態進行判定；無效電流指令計算器，其基於風車控制裝置WTC的信息輸出無效電流指令。所述無效電流指令計算器，根據電力系統的電壓降的比例，使輸出的無效電流指令暫時增加，從而改變無效電流追隨指令值的時間。
【專利說明】風力發電用變換裝置、風力發電用控制裝置以及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種風力發電用變換裝置、風力發電用控制裝置以及控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著對再生能源需求的加速，風力發電設備的建設在世界各地不斷推進。其原因是，在再生能源領域中風力發電的發電成本低廉。在風力發電中，一般情況下，是將翼片受到的風力能量轉換為轉動能從而使發電機旋轉來進行發電，但是由於隨著風速以及風向的時刻變化，發電機的轉速也隨之變化，因此利用電力變換器以抵抗那樣的變化來得到規定的電力。使用了這樣的電力變換器的風力發電的發電技術被記載在例如特開2012-102698號公報中。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2012-102698號公報
[0006]發明要解決的課題
[0007]在風力發電中，存在由於電力系統的電壓降，導致發電量與負載之間失去均衡，風力發電系統停止的情況。特別地，在像風力場(wind farm)這樣的風力發電系統被集中配備的情況下，加劇了發電量與負載的不均衡，從而被認為有可能向其他風力發電系統擴展。
[0008]這樣，在風力發電用變換器的控制中，在發生了電力系統的電壓降的情況下，一般情況下，存在電力控制暫時變得困難，導致發電系統成為停止狀態的問題。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於，提供一種即使在發生了電力系統的電壓降之後，也能夠維持發電的風力發電用變換裝置、風力發電用控制裝置以及風力發電用變換裝置的控制方法。
[0010]解決課題的手段
[0011]為了達成上述目的，在本發明提供一種風力發電用變換裝置，進行電力變換，使得將從風力旋轉力產生的規定的頻率的發電電力提供給電力系統，所述風力發電用變換裝置具有:系統電壓運算部，其通過由系統側電壓傳感器對所述電力系統的電壓進行檢測，來對系統電壓的狀態進行判定；無效電流指令運算部，其基於所述系統電壓運算部的信息，在檢測到所述電力系統中發生了規定的電壓降的情況下，運算使所述電力系統的無效電流增加的無效電流指令；和電流控制部，其根據所述無效電流指令將無效電流提供給所述電力系統。
[0012]發明效果
[0013]通過本發明，即使發生電力系統的電壓降，也不會使風力發電系統停止，從而能夠維持發電。
【專利附圖】
【附圖說明】[0014]圖1是實施例1的電力變換器的說明圖。
[0015]圖2是實施例1的無效電流指令運算器1009的說明圖。
[0016]圖3是實施例1的無效電流指令運算器1009的說明圖。
[0017]圖4是實施例2的無效電流指令運算器1009的說明圖。
[0018]圖5是實施例2的無效電流指令運算器1009的說明圖。
【具體實施方式】
[0019]下面，使用附圖對實施例進行說明。
[0020][實施例1]
[0021 ] 使用圖1、圖2和圖3對本實施例進行說明。
[0022]
[0023]圖1所示的電力變換器1004是由多個裝置構成的風力發電用電力變換系統。發電機1003通過軸1002獲取受風旋轉的扇葉1001的轉動能，並由電力變換單元1006對發電機1003中發生的電力進行調整，從而將電力提供給電力系統1005。
[0024]電力變換器1004由電力變換單元1006和控制裝置1007構成。控制裝置1007被輸入來自發電機側電流傳感器1013、系統側電流傳感器1011、系統側電壓傳感器1012以及風車控制裝置WTC的信息`。另外，雖然在框圖中示出了圖1的控制裝置1007的各構成要素，但控制裝置1007也可以由一個或者多個計算機構成，各功能也可以由軟體構成。也就是說，各個記為「…器」等的各功能例如是作為一個或者多個計算機的一部分的功能而成立的。
[0025]電力變換單元1006例如可以是對發電機1003的輸出進行電力變換的部件，另外也可以是對被提供給發電機1003的轉子的電力，也就是所謂的次級勵磁的電力進行控制的部件。在後者的情況下，以下說明的ACR為針對提供給發電機1003的轉子的電力的指令。
[0026]
[0027]圖1所示的電力變換單元1006，由控制裝置1007基於來自各傳感器的信息而被控制。系統側電壓運算器1008基於系統側電壓傳感器1012的信息，來運算系統電壓的變化，並將運算結果輸出給無效電流運算器1010和無效電流指令運算器1009。
[0028]無效電流運算器1010，基於來自發電機側電流傳感器1013、系統側電流傳感器1011和系統側電壓傳感器1012的信息，來計算無效電流，並輸出給加減運算器1014。
[0029]無效電流指令運算器1009，基於風車控制裝置WTC和系統電壓運算器1008的信息，來運算無效電流指令值，並且，根據系統電壓運算器1008的輸出，對通過風車控制裝置WTC計算出的無效電流指令和通過系統電壓運算器1008計算出的無效電流指令進行切換，並輸出給加減運算器1014。
[0030]加減運算器1014，對來自無效電流運算器1010的電流檢測值與來自無效電流指令運算器1009的指令值的差進行計算，並將計算結果輸出給無效電力運算器AQR。
[0031]無效電力運算器AQR，基於加減運算器1014的輸出結果，運算用於控制電力的控制量，並輸出給電流調整器ACR。
[0032]電流調整器ACR，基於無效電力調整器AQR的輸出結果，運算用於控制電流的控制量，並將控制信號發送給電力變換單元1006。[0033]上述的無效電力調整器AQR、電流調整器ACR，由例如比例積分器構成。
[0034]
[0035]使用圖2、圖3，對無效電流指令運算器1009進行說明。
[0036]圖2表示通過系統電壓運算器1008運算出的系統電壓、通過無效電流運算器計算出的無效電流、和通過無效電流指令運算器1009計算出的無效電流指令的關係。無效電流指令運算器1009對系統電壓運算器1008中發生了電壓下降的情況進行檢測，當殘餘電壓為90%以下時，將指令值設定為100%。此時，針對該指令值，輸出無效電流，但存在無效電流追隨指令值的時間如追隨時間I那樣未控制在規定時間內的情況。這種情況下，對指令值乘以某個倍率，使指令值在一定時間內增加，從而能夠將無效電流的追隨時間如追隨時間2那樣控制在規定時間內。此處，90%，100%是示例，也可以根據各個發電機的特性來選擇其他的數值。下面的實施例中也一樣。
[0037]圖3表示無效電流指令運算器1009的處理流程。在無效電流指令運算器1009中，當系統電壓運算器1008的信息被輸入時，進行判定3001的判定。在不符合判定3001的情況下，執行運算3004並將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在符合判定3001的情況下，執行判定3002。在符合判定3002的情況下，執行運算3005並將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定3002的情況下，執行判定3003。在符合判定3003的情況下，執行運算3006並將維持所述無效電流指令在100%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定3003的情況下，將執行計算3007(指令值=100% X倍率，指令值增加時間=追隨時間1-規定時間)的結果作為無效電流指令，並輸出給加減運算器1014。
[0038]在本實施例1中，由於具備所述〈詳細功能〉，因此在電力系統電壓下降的時候，能夠使風力發電系統繼續運行。
[0039]上述情況中，存在以下技術特徵:(1)根據電力系統的電壓降的比例，對提供給電力系統的無效電流進行改變；(2)將無效電流提供給電力系統時，檢測出在某個固定時間內無效電流未到達無效電流指令，並輸出暫時超過額定的無效電流指令；(3)將無效電流提供給電力系統的時候，檢測出在某個固定時間內無效電流未達到無效電流指令，輸出暫時超過額定的無效電流指令，並且，對輸出的時間進行改變；或者(4)將無效電流提供給電力系統的時候，檢測出在某個固定時間內無效電流未達到無效電流指令，輸出暫時超過額定的無效電流指令，並且，對輸出無效電流指令的時間進行改變，因無效電流達到指令值，從而將無效電流指令恢復到額定。
[0040]另外，在對無效電流指令進行改變的情況下，如果能夠實現圖2那樣的控制，則可以補正指令值，或者也可以置換成其他的指令值。
[0041][實施例2]
[0042]使用圖1、圖4、圖5對本實施例進行說明。
[0043]
[0044]與實施例1相同
[0045]
[0046]與實施例1相同
[0047][0048]使用圖4、圖5，對無效電流指令運算器1009進行說明。
[0049]圖4表示通過系統電壓運算器1008運算的系統電壓、通過無效電流計算器計算的無效電流和通過無效電流指令運算器1009計算的無效電流指令的關係。無效電流指令運算器1009對系統電壓運算器1008中發生了電壓下降的情況進行檢測，當殘餘電壓為90%以下時，將指令值設定為100%。此時，針對該指令值，在無效電流的傾斜度比傾斜度A大的情況下，對指令值乘以某個倍率，通過在一定時間內增加指令值，能夠減小無效電流的傾斜度並收斂在規定時間內。此處，90%，100%是示例，也可以結合各個發電機的特性而選擇其他的數值。下面的實施例中也一樣。
[0050][公式]
[0051]傾斜度A = 100% 規定時間
[0052]圖5表示無效電流指令運算器1009的處理流程。在無效電流指令運算器1009中，當系統電壓運算器1008的信息被輸入時,進行判定5001的判定。在不符合判定5001的情況下，執行運算5004並將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在符合判定5001的情況下，執行判定5002。在符合判定5002的情況下，執行運算5005並將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定5002的情況下,執行判定5003。在符合判定5003的情況下,執行運算5006並將維持所述無效電流指令在100%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定5003的情況下，將執行計算5007(指令值=100% X倍率，指令值增加時間=追隨時間-規定時間)的結果作為無效電流指令，並輸出給加減運算器1014。
[0053]在本實施例2中，由於具備所述〈詳細功能〉，因此在電力系統電壓下降的時候，能夠使風力發電系統繼續運行。
[0054]符號說明
[0055]1001 扇葉
[0056]1002 軸
[0057]1003 發電機
[0058]1004電力變換器
[0059]1005電力系統
[0060]1006電力變換單元
[0061]1007控制裝置
[0062]1008系統電壓運算器
[0063]1009無效電流指令運算器
[0064]1010無效電流運算器
[0065]1011系統側電流傳感器
[0066]1012系統側電壓傳感器
[0067]1013發電機側電流傳感器
[0068]1014加減計算器
[0069]ACR電流調整器
[0070]AQR無效電力調整器
[0071]WTC風車控制裝置[0072]3001，3002，3003，5001，5002，5003 判定
[0073]3004，3005，3006，3007，5004，5005，5006，5007 運算。
【權利要求】
1.一種風力發電用變換裝置，進行電力變換，使得將由風力旋轉力產生的規定的頻率的發電電力提供給電力系統，所述風力發電用變換裝置具有: 系統電壓運算部，其通過由系統側電壓傳感器對所述電力系統的電壓進行檢測，來對系統電壓的狀態進行判定； 無效電流指令運算部，其基於所述系統電壓運算部的信息，在檢測到所述電力系統中發生了規定的電壓降的情況下，運算使所述電力系統的無效電流增加的無效電流指令；和 電流控制部，其根據所述無效電流指令將無效電流提供給所述電力系統。
2.根據權利要求1所述的風力發電用變換裝置，其特徵在於， 根據所述電力系統的電壓降的比例，對提供給所述電力系統的無效電流進行改變。
3.根據權利要求1所述的風力用變換裝置，其特徵在於， 在將無效電流提供給所述電力系統時，檢測出在某個固定時間內無效電流未達到無效電流指令的情況，並輸出暫時超過額定的無效電流指令。
4.根據權利要求1所述的風力用變換裝置，其特徵在於， 將無效電流提供給所述電力系統時，檢測出在某個固定時間內無效電流未達到無效電流指令的情況，輸出暫時超過額定的無效電流指令，並且對輸出的時間進行改變。
5.根據權利要求1所述的風力用變換裝置，其特徵在於， 在將無效電流提供給所述電力系統時，檢測出在某個固定時間內無效電流未達到無效電流指令的情況，輸出暫時超過額定的無效電流指令，並且，對輸出所述無效電流指令的時間進行改變，因所述無效電流達到指令值，從而將所述無效電流指令恢復到額定。
6.一種風力發電用控制裝置，對電力供給進行控制，使得將由風力旋轉力產生的規定的頻率的發電電力提供給電力系統，所述風力發電用控制裝置具有: 系統電壓運算部，其通過由系統側電壓傳感器對所述電力系統的電壓進行檢測，來對系統電壓的狀態進行判定； 無效電流指令計算部，其在基於所述系統電壓運算部的信息，檢測出所述電力系統中發生了規定的電壓降的情況下，運算使所述電力系統的無效電流增加的無效電流指令；和 電流控制部，其根據所述無效電流指令將無效電流提供給所述電力系統。
7.一種風力發電用變換裝置的控制方法，其特徵在於， 通過由系統側電壓傳感器對電力系統的電壓進行檢測，來判定基於風力的轉動能而被提供了規定的頻率的電力的系統電壓的狀態，並在基於所述系統電壓運算部的信息，檢測出所述電力系統中發生了規定的電壓降的情況下，運算指令實現對所述電力系統增加提供無效電流。
【文檔編號】H02P9/14GK103684155SQ201310328466
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2012年8月30日
【發明者】仲二見信吾, 目黑光 申請人:株式會社日立製作所