風車控制裝置及其方法和風力發電系統的製作方法

2023-04-24 15:46:46

專利名稱：風車控制裝置及其方法和風力發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風車控制裝置及其方法和風カ發電系統。
背景技術：
目前，公知例如在因發電機的斷路及系統故障等而電カ供給能力降低的情況下，產生系統幹擾(頻率的變動等)。作為這種系統幹擾時的風車的控制方法，例如，日本專利第4782245號公報公開有基於表示頻率變動量和有效電カ指令值之間的預先設定的關係的變換信息，在抑制系統幹擾的方向上控制風車的有效電カ的方法。現有技術文獻
專利文獻專利文獻I :日本專利第4782245號公報

發明內容
發明要解決的課題近年來，風カ發電的發電規模在擴大，在產生了系統幹擾的情況下，有效的方法是從初期起就抑制幹擾。本發明目的在於，提供在產生了系統幹擾的情況下，能夠從產生初期階段起就抑制頻率變動的風車控制裝置及其方法和風カ發電系統。用於解決課題的方案本發明第I形態，提供風車控制裝置，應用於通過共同的聯接點向電カ系統供給多個風車的輸出的風カ發電系統，與各所述風車對應地分別設置，該風車控制裝置第I設定裝置，設定用於生成抑制所述聯接點的頻率變動的輸出指令的第I指令信息；第2處理裝置，設定用於生成抑制對應的所述風車的輸出的頻率變動的輸出指令的第2指令信息；選擇裝置，在產生了所述聯接點的頻率變動超過規定的第I閾值的系統幹擾的情況下，在該系統幹擾的初期階段選擇所述第2指令信息，在該系統幹擾的後期階段選擇所述第I指令信息；以及指令生成裝置，使用由所述選擇裝置選擇的指令信息生成輸出指令。本發明第2形態，提供風車的控制方法，是應用於多個風車的輸出通過共同的聯接點向電カ系統供給的風カ發電系統的各所述風車的控制方法，該方法包含第I設定過程，設定用於生成抑制所述聯接點的頻率變動的輸出指令的第I指令信息；第2處理過程，設定用於生成抑制對應的所述風車的輸出的頻率變動的輸出指令的第2指令信息；選擇過程，在產生了所述聯接點的頻率變動超過規定的第I閾值的系統幹擾的情況下，在該系統幹擾的初期階段選擇所述第2指令信息，在該系統幹擾的後期階段選擇所述第I指令信息；以及指令生成過程，使用通過所述選擇過程選擇的指令信息生成輸出指令。本發明第三形態，提供風カ發電系統，具備多個風車，通過共同聯接點向電カ系統供給各所述風車的輸出，該風カ發電系統包括中央控制裝置，其控制所述聯接點的輸出；多個風車控制裝置，其與各所述風車對應分別設置，控制對應的所述風車的輸出，所述中央控制裝置具備第I處理裝置，設定用於生成抑制所述聯接點的頻率變動的輸出指令的第I指令信息；以及發送裝置，將通過所述第I處理裝置設定的各所述風車的第I指令信息發送到各所述風車，各所述風車控制裝置具備接收裝置，從所述中央控制裝置接收所述第I指令信息；第I設定裝置，設定接收到的所述第I指令信息；第2處理裝置，設定用於生成抑制對應的所述風車的輸出的頻率變動的輸出指令的第2指令信息；選擇裝置，在產生了所述聯接點的頻率變動超過規定的第I閾值的系統幹擾的情況下，在該系統幹擾的初期階段選擇所述第2指令信息，在該系統幹擾的後期階段選擇所述第I指令信息；以及指令生成裝置，使用通過所述選擇裝置選擇的指令信息生成輸出指令。發明效果根據本發明，具有在產生有系統幹擾的情況下，可以從產生初期階段起就抑制頻率變動的效果。


圖I是表示本發明ー實施方式的風カ發電系統的整體結構的圖。圖2是圖I所示的風車的外觀圖。圖3是概略性表示圖I所示的風車的電氣結構的示意圖。圖4是表示圖I所示的中央控制裝置的一例硬體結構的圖。圖5是主要表示圖I所示的中央控制裝置及風車控制裝置具備的功能中有關頻率抑制控制的功能的功能方框圖。圖6是表不一例變換信息的圖。圖7是用於說明系統幹擾的初期階段及後期階段的圖。標號說明I 風カ發電系統2 中央控制裝置3 電カ系統10-1、10-n 風車20 風車控制裝置25,26 頻率檢測單元31 第I處理單元32 發送單元33 偏差計算單元34 參數變換單元35 校正值設定単元40 接收單元41 第I設定單元42 第2處理單元43 選擇單元44 狀態判定單元45 有效電カ指令生成単元
46 偏差計算單元47 參數變換單元A 聯接點
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明ー實施方式的風車控制裝置及其方法以及風カ發電系統進行說明。圖I是表示本實施方式的風カ發電系統的整體構成的圖。如圖I所示，風カ發電系統I具備多個風車10-1、· · ·、10-n(下面，在表示全部的風車時簡單地附加標號「 10」，在表示各風車時附加符號「 10-l」、「10-n」等)、對於各風車10提供第I校正值的中央控制
裝置2。在本實施方式中，全部風車10為根據風速可控制旋轉速度的可變速風車。通過各電カ線經由共同的聯接點A向電カ系統3供給從各風車10輸出的電力。聯接點A的系統頻率由頻率檢測單元25 (參照圖5)測量，被輸出到中央控制裝置2。中央控制裝置2是控制聯接點A的輸出的控制裝置，平常時，例如，對於各風車設定有效電カ指令，以使聯接點A的輸出與從管理電カ系統3的電カ的電カ管理室(例如，電力公司等)通知的要求頻率及要求電カ值一致。由中央控制裝置2設定的各風車的有效電力指令發送到各風車10-1、· · ·、10-η具備的風車控制裝置20，在各風車中進行基於該有效電カ指令的輸出控制。圖2是風車10的外觀圖，圖3是表示風車10的電氣結構的示意圖。
如圖2所示，風車10具有豎立設置在基座5上的塔柱6、設置在塔柱6的上端的機艙7、繞大致水平的軸線可旋轉地設置於機艙7的轉子頭8。在轉子頭8上繞其旋轉軸線放射狀安裝有多個葉片9。葉片9根據運轉條件而被連結以使葉片相對於轉子頭8可轉動，俯仰角可變化。如圖3所示，在轉子頭8的旋轉軸21上機械地連結有增速機22及發電機23。發電機23既可以是同步發電機，也可以是感應發電機。也可以形成不設置增速機23的結構。從轉子頭8的旋轉軸線方向通過與葉片9接觸的風カ使轉子頭8繞旋轉軸旋轉，該旋轉力通過增速機22增速，傳遞到發電機23，變換成電力。發電機23的發電電力通過電力變換單元24變換成與電カ系統3對應的電力，經由變壓器19向電カ系統I供給。電カ變換單元24由風車控制裝置20控制。風車控制裝置20具備通過控制電カ變換單元24而控制發電機23的輸出的功能、控制葉片9的俯仰角的功能等。上述中央控制裝置2及風車控制裝置20具備計算機，例如圖4所示，分別具備CPUll和用於存儲CPUll執行的程序等的ROM (Read OnlyMemory ;只讀存儲器)12、作為具有各程序執行時的工作區域功能的RAM (Random Access Memory ;隨機存取存儲器)13、作為大容量存儲裝置的硬碟驅動器(HDD) 14、用幹與通信網絡連接的通信接ロ 15。這些各単元經由總線18而連接。另外，中央控制裝置2也可以具備安裝外部存儲裝置存取單元、由鍵盤或滑鼠等構成的輸入單元、及顯示數據的由液晶顯示裝置等構成的顯示單元等。
用於存儲上述CPUll執行的程序等的存儲媒體不限於R0M12。例如，也可以是磁碟、光磁碟、半導體存儲器等其它輔助存儲裝置。圖5是主要表示中央控制裝置2及風車控制裝置20具備的功能中例如有關在產生有系統幹擾(頻率變動)的情況下工作的頻率控制的功能的功能方框圖。中央控制裝置2對每個風車生成用於抑制聯接點A的頻率變動的第I指令信息，並將生成的第I指令信息發送到各風車10-1、. . . 10-n的風車控制裝置20。例如，如圖5所示，中央控制裝置2具備第I處理單元31和發送單元32。第I處理單元31具備偏差計算單元33、參數變換單元34、校正值設定単元35。
偏差計算單元33算出由頻率檢測單元25檢測出的系統頻率和從電カ管理室通知的額定頻率之間的偏差即系統頻率偏差△ら㈩。也就是說，系統頻率偏差Af^id用下面的式
(I)表示。Af = fref-fgrid(I)在上述式⑴中，fref為額定頻率，fgrid為系統頻率。參數變換單元34具有設定了頻率偏差Λ f和電カ校正值Λ P之間的關係的變換信息，使用該變換信息，取得與由偏差計算單元33算出的系統頻率偏差Af^id對應的系統電カ校正值APgrid。圖6表示一例變換信息。在圖6中，橫軸表示頻率偏差Λ f，縱軸表示電カ校正值ΛΡ。圖6所示的變換特性根據風車的設計而可以任意地設定，這裡，斜率作為正的一次函數被定義。參數變換單元34取得的系統電カ校正值Λ Pgrid被輸出到校正值設定單元35。校正值設定単元35通過系統電カ校正值Λ Pgrid除以運轉中的風車的臺數η，均等地在各風車內按比例分配系統電カ校正值ΛPgrid設定與各風車對應的第I電カ校正值APid n.....
^ Pid—η。另外，也可以對於各風車10-1、. . . 10-n預先設定加權係數，利用該加權係數，確定系統電カ校正值Λ PgHd對運轉中的各風車的分配。這樣設定的各風車的第I電カ校正值APid」.....Λ Pid n作為第I指令信息而被
發送到各風車的風車控制裝置20。各風車控制裝置20具備接收単元40、第I設定單元41、第2處理單元42、選擇單
元43、狀態判定單元44、有效電カ指令生成單元45。另外，各風車10-1.....10-n具備的
風車控制裝置20的結構相同，因此，下面，為了說明的方便，列舉代表例說明風車10-1的風車控制裝置20的結構。接收單元40接收從中央控制裝置2發送的第I電カ校正值Λ Pid l，並輸出到第I設定單元41。第I設定單元41設定通過接收単元40接收到的第I電カ校正值APid於是，由第I設定單元41設定的第I電カ校正值APidl被設為用於抑制系統頻率的變動的電力校正值。第2處理單元42設定用於生成抑制對應的風車10-1的輸出的頻率變動的輸出指令的第2指令信息。具體而言，第2處理單元42具備偏差計算單元46、參數變換單元47。由頻率檢測單元26檢測出的風車10-1的輸出的頻率(下面，稱為「風車頻率」)被輸入到偏差計算單元46。偏差計算單元46算出所輸入的風車頻率和上述額定頻率之間的風車頻率偏差Afwd l。g卩，風車頻率偏差Afwd l用下面的式(2)式表示。Afwdl = fref-fwdJ (2)在上述式⑵中f；ef為額定頻率，fwd l為風車10-1的風車頻率。參數變換單元47具有例如圖6所示的變換信息,使用該變換信息，取得與通過偏差計算單元46算出的風車頻率偏差Afwd l對應的風車電力校正值APwd l，將它作為第2電力校正值(第2指令信息)來設定。由第I設定單元41設定的第I電カ校正值、由第2處理單元42設定的第2電カ校正值被輸入到選擇單元43。在產生有系統幹擾的情況下，選擇單元43在該系統幹擾的初期階段選擇第2電カ校正值，在該系統幹擾的後期階段選擇第I電カ校正值，輸出到有效電力指令生成単元45。通過來自狀態判定単元44的輸入信號判別產生了系統幹擾、系統幹擾的初期階段、系統幹擾的後期階段。 狀態判定単元44在聯接點A的頻率變動超過規定的第I閾值的情況下，檢測系統幹擾的產生，將「高」(High)信號輸出到選擇單元43。另外，在幹擾產生後，在維持了規定的期間以上的系統頻率的變動幅度不足設定為第I閾值以下的值的第2閾值的狀態的情況下，判定為從初期階段向後期階段轉移，將輸出信號從「高」信號切換為「低」(Low)信號。選擇單元43在從狀態判定単元44輸入有「高」信號的期間，選擇第2電カ校正值APwdjo另外，選擇單元43在從狀態判定単元44輸入有「低」信號的期間，選擇第I電カ校正值Λ Pid l，輸出到有效電カ指令生成單元45。有效電カ指令生成単元45例如擁有作為基準的基準有效電カ指令，通過對該基準有效電カ指令與從選擇単元43輸入的第I電カ校正值或第2電カ校正值進行加法運算，生成有效電カ指令。另外，生成用於基於該有效電カ指令控制電力變換單元24的控制信號Pdem,輸出到電カ變換單元24。另外，上述基準有效電カ指令既可以是固定值，也可以是通過使用當前的發電機23的輸出、轉子頭8的轉速、葉片9的俯仰角、及風速等進行規定的運算而逐個算出的值。在具備上述結構的風カ發電系統中，通過中央控制裝置2，以規定的時間間隔設定系統頻率為額定頻率的第I電カ校正值，將該第I電カ校正值發送到各風車的風車控制裝置20。風車控制裝置20中，通過接收單元40接收來自中央控制裝置2的第I電カ校正值，由第I設定單元41設定第I電カ校正值。另外，由第2處理單元42設定將對應的風車的輸出頻率作為額定頻率的第2電カ校正值。在狀態判定單元44，例如圖7所示，在時刻TO檢測出產生了系統幹擾時，輸出「高」信號，之後，經過時間，在圖7的時刻Tl檢測出規定的期間維持聯接點A的頻率變動不足第2閾值的狀態時，檢測出轉移到系統幹擾的後期階段，輸出信號從「高」信號切換為「低」信號。由此，在選擇單元43，從系統幹擾產生起在初期階段(從圖7的時刻TO至Tl期間)選擇第2電カ校正值，從系統幹擾的初期階段轉移到後期階段後(圖7的時刻Tl後)，選擇第I電カ校正值。因此，在系統幹擾產生的初期階段，由有效電カ指令生成単元45生成使用了抑制風車頻率的變動的第2電カ校正值的有效電カ指令，基於該有效電カ指令控制風車的輸出。另外，在系統幹擾的後期階段，由有效電カ指令生成単元45生成使用了抑制系統頻率的變動的第I電カ校正值的有效電カ指令，基於該有效電カ指令控制風車的輸出。如上述說明，根據本實施方式的風車控制裝置20及其方法和風カ發電系統1，在產生了系統幹擾的情況下，在系統幹擾的初期階段，在各風車中進行抑制各風車的輸出的頻率變動的輸出控制，在系統幹擾的後期階段，在各風車中進打抑制聯接點A的系統頻率的輸出控制。相比抑制系統頻率的控制，抑制每個風車的輸出頻率的控制的響應性高。因此，通過在系統幹擾的初期階段選擇抑制每個風車的輸出頻率變動的控制，可有效地抑制聯接點A的頻率變動。在本實施方式中，在聯接點A的頻率變動不足第2閾值的狀態維持了規定的期間的情況下，判定為轉移到系統幹擾的後期階段，但代替該條件，例如，也可以在超過預先設 定有聯接點A的頻率變動的周期的第3閾值的情況下，判定為轉移到系統幹擾的後期階段。另外，狀態判定単元44擁有這兩個條件，也可以在滿足任一方的條件的情況下，判斷為轉移到系統幹擾的後期階段。在本實施方式中，基於系統頻率來判定系統幹擾的產生、從初期階段向後期階段的轉移，但代替這些，也可以使用各風車的輸出頻率來判定系統幹擾的產生、從初期階段向後期階段的轉移。在本實施方式中，將通過第I設定單元、第2處理單元分別設定的第I指令信息、第2指令信息作為電カ校正值，但代替它們，也可以將反映出第I電カ校正值的第I有效電力指令、反映出第2電カ校正值的第2有效電カ指令作為第I指令信息、第2指令信息來設定。該情況下，例如，也可以在第I設定單元41和選擇單元43之間及參數變換單元47和選擇單元43之間設置有效電カ指令生成単元45。另外，在該情況下，中央控制裝置2也可以對每個風車生成抑制聯接點A的頻率變動的第I有效電カ指令，將生成的第I有效電力指令發送到各風車10。該情況下，由第I設定單元41設定從中央控制裝置2接收到的第I有效電カ指令。
權利要求
1.一種風車控制裝置，應用於多個風車的輸出通過共同的聯接點向電力系統供給的風力發電系統，與各所述風車對應地分別設置，該風車控制裝置包括 第一設定裝置，設定用於生成抑制所述聯接點的頻率變動的輸出指令的第一指令信息； 第二處理裝置，設定用於生成抑制對應的所述風車的輸出的頻率變動的輸出指令的第二指令信息； 選擇裝置，在產生了所述聯接點的頻率變動超過規定的第一閾值的系統幹擾的情況下，在該系統幹擾的初期階段選擇所述第二指令信息，在該系統幹擾的後期階段選擇所述第一指令信息；以及 指令生成裝置，使用由所述選擇裝置選擇的指令信息生成輸出指令。
2.權利要求I所述的風車控制裝置， 所述第一處理裝置使用預設定有頻率變動和第一指令信息的關係的變換信息，取得並設定與所述聯接點的頻率變動對應的第一指令信息。
3.權利要求I或2所述的風車控制裝置， 所述第二處理裝置使用預設定有頻率變動和第二指令信息之間的關係的變換信息，取得並設定與所述風車的輸出的頻率變動對應的第二指令信息。
4.權利要求I 3中任一項所述的風車控制裝置， 還具備狀態判定裝置，在維持了規定的期間的頻率變動為不足設定為所述第一閾值以下的值的第二閾值的狀態的情況下，或該頻率的變動周期超過規定的第三閾值的情況下，判定為從所述初期階段向所述後期階段轉移， 所述選擇裝置基於所述狀態判定裝置的判定結果進行選擇。
5.權利要求I 4中任一項所述的風車控制裝置， 所述第一設定裝置從控制所述聯接點的輸出的中央控制裝置接收所述第一指令信息，設定接收到的所述第一指令信息。
6.一種風車的控制方法，是應用於多個風車的輸出通過共同的聯接點向電力系統供給的風力發電系統的各所述風車的控制方法，該方法包含 第一設定過程，設定用於生成抑制所述聯接點的頻率變動的輸出指令的第一指令信息； 第二處理過程，設定用於生成抑制對應的所述風車的輸出的頻率變動的輸出指令的第二指令信息； 選擇過程，在產生了所述聯接點的頻率變動超過規定的第一閾值的系統幹擾的情況下，在該系統幹擾的初期階段選擇所述第二指令信息，在該系統幹擾的後期階段選擇所述第一指令信息；以及 指令生成過程，使用通過所述選擇過程選擇的指令信息生成輸出指令。
7.一種風力發電系統，具備多個風車，通過共同聯接點向電力系統供給各所述風車的輸出，該系統包括 中央控制裝置，控制所述聯接點的輸出；以及 多個風車控制裝置，與各所述風車對應分別設置，控制對應的所述風車的輸出， 所述中央控制裝置包括第一處理裝置，設定用於生成抑制所述聯接點的頻率變動的輸出指令的第一指令信息；以及 發送裝置，將通過所述第一處理裝置設定的各所述風車的第一指令信息發送到各所述風車， 各所述風車控制裝置包括 接收裝置，從所述中央控制裝置接收所述第一指令信息； 第一設定裝置，設定接收到的所述第一指令信息； 第二處理裝置，設定用於生成抑制對應的所述風車的輸出的頻率變動的輸出指令的第二指令信息； 選擇裝置，在產生了所述聯接點的頻率變動超過規定的第一閾值的系統幹擾的情況下，在該系統幹擾的初期階段選擇所述第二指令信息，在該系統幹擾的後期階段選擇所述 第一指令信息；以及 指令生成裝置，使用通過所述選擇裝置選擇的指令信息生成輸出指令。
全文摘要
本發明目的在於，在產生了系統幹擾的情況下，從產生初期的階段就抑制頻率變動。在產生了系統幹擾的情況下，在系統幹擾的初期階段進行各風車的輸出控制，以抑制風車的輸出的頻率變動，在系統幹擾的後期階段進行各風車的輸出控制以抑制系統頻率。
文檔編號F03D7/02GK102971528SQ201280001239
公開日2013年3月13日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者八杉明 申請人:三菱重工業株式會社