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JP4894906B2 - Wind power generation system control method - Google Patents
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Description

本発明は、電力系統と接続した発電システムの制御方法に関し、特に風力発電システムの制御方法に関するものである。   The present invention relates to a method for controlling a power generation system connected to a power system, and more particularly to a method for controlling a wind power generation system.

電力系統で電圧や周波数などの異常が発生した場合、風力発電システムは構成機器を保護するために、発電運転を停止し送電を停止する。この際、風力発電システムは、電力系統と電力変換器,発電機の間にある電磁開閉器を開状態にすることで、風力発電システムの主回路を電力系統から解列する。   When an abnormality such as voltage or frequency occurs in the power system, the wind power generation system stops power generation operation and stops power transmission in order to protect the constituent devices. At this time, the wind power generation system disconnects the main circuit of the wind power generation system from the power system by opening an electromagnetic switch between the power system, the power converter, and the generator.

このとき、風力発電システムは発電機から電力を出力できないため、風のエネルギーが回転エネルギーとして蓄えられ、風車が過回転となる恐れがある。   At this time, since the wind power generation system cannot output electric power from the generator, wind energy is stored as rotational energy, and the windmill may be over-rotated.

特許文献1には、このような風車の過回転を防止するために、電力系統の事故を検出した場合に風車のピッチ角をフェザー状態に変化させるとともに、変換器への過電流をクローバー回路で防止することが記載されている。   In Patent Document 1, in order to prevent such over-rotation of the windmill, when a power system accident is detected, the pitch angle of the windmill is changed to a feather state, and an overcurrent to the converter is detected by a crowbar circuit. Preventing is described.

WO2004/067958WO2004 / 0697958

電力系統に異常が生じて各風力発電システムが電力系統から解列し、その後電力系統の異常が解消されたとき、従来の風力発電システムは、ピッチ角をフェザー状態としているため、風車は停止もしくは発電運転に必要な回転速度以下となっている可能性がある。よって、電力系統の異常が解消されてから、発電運転を再開するまでには、風車を発電に適した回転速度とするまで時間を要し、即座に発電運転を再開することができなかった。   When an abnormality occurs in the power system and each wind power generation system is disconnected from the power system, and then the power system abnormality is resolved, the wind turbine is stopped or There is a possibility that the rotation speed is lower than required for power generation operation. Therefore, it takes time until the wind turbine is set to a rotation speed suitable for power generation after the abnormality of the power system is resolved and the power generation operation is resumed, and the power generation operation cannot be resumed immediately.

そのため、電力系統の異常が解消されてから、風車を発電に適した回転速度とするまで、長時間発電することができないという問題があった。   For this reason, there has been a problem in that power generation cannot be performed for a long time after the abnormality of the power system is resolved until the windmill has a rotational speed suitable for power generation.

さらに、電力系統を構成する発電システムに占める風力発電システムの割合が大きい電力系統においては、電力系統の異常が解消された直後に、大規模な発電システムを長時間失ったのと等しい状態となり、電力の需要と供給のバランスが崩れ、周波数の変動や電圧変動が発生し、場合によっては停電を起こす可能性があるという問題があった。   Furthermore, in a power system in which the ratio of the wind power generation system in the power generation system constituting the power system is large, immediately after the abnormality of the power system is resolved, it becomes a state equivalent to losing a large-scale power generation system for a long time, There has been a problem that the balance between power supply and demand is lost, frequency fluctuations and voltage fluctuations occur, and in some cases there is a possibility of causing a power failure.

本発明の目的は、系統異常が発生した場合において、系統の異常が解消されてから風力発電システムが発電運転を再開するまでの時間を短縮することが可能な風力発電システムの制御方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a control method for a wind power generation system capable of shortening the time from when the system abnormality is resolved until the wind power generation system resumes the power generation operation when the system abnormality occurs. That is.

本発明の目的は、電力系統の電圧と電流と周波数の何れか、もしくは前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、前記ブレードのピッチ角を変更することで前記ローターの回転速度を一定範囲内に制御し、かつ前記発電機側変換器が同期発電機への無効電力を制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法により達成することができる。   An object of the present invention is to rotate the rotor by changing the pitch angle of the blade when the detected value of the voltage, current and frequency of the power system or the current of the wind power generation system is an abnormal value. This can be achieved by a wind power generation system control method characterized in that the speed is controlled within a certain range, and the generator-side converter controls the reactive power to the synchronous generator.

電力系統の異常が解消された後に、発電運転を休止していた風力発電システムが、発電運転を再開するまでの時間を短縮することが可能となり、風力発電システムの発電電力量を増加させることができる。   After the power system abnormality is resolved, the wind power generation system that has suspended power generation operation can shorten the time until the power generation operation is restarted, which can increase the amount of power generated by the wind power generation system. it can.

二次励磁型発電機を用いた風力発電システムの構成図。The block diagram of the wind power generation system using a secondary excitation type generator. 永久磁石型発電機、あるいは誘導発電機を用いた風力発電システムの構成図。The block diagram of the wind power generation system using a permanent magnet type generator or an induction generator. 二次励磁型発電機を用いた風力発電システムの構成図。The block diagram of the wind power generation system using a secondary excitation type generator. ピッチ角制御系と電力制御系の構成図。The block diagram of a pitch angle control system and a power control system. 通常発電時における平均風速と、発電電力,ピッチ角制御方式の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the average wind speed at the time of normal electric power generation, generated electric power, and a pitch angle control system. 通常発電時におけるピッチ角指令,電力指令演算を示した図。The figure which showed the pitch angle command and electric power command calculation at the time of normal electric power generation. 異常状態の検出方法を示した図。The figure which showed the detection method of the abnormal state. 異常状態の検出方法を示した図。The figure which showed the detection method of the abnormal state. 異常時運転継続モード中のピッチ角指令の作成方法を示した図。The figure which showed the preparation method of the pitch angle command in the driving | operation continuation mode at the time of abnormality. 異常運転モード中における、ピッチ角と回転速度の振る舞いを示した図。The figure which showed the behavior of the pitch angle and the rotational speed in the abnormal operation mode. 異常時運転継続モード中のピッチ角指令の作成方法を示した図。The figure which showed the preparation method of the pitch angle command in the driving | operation continuation mode at the time of abnormality. 異常運転モード中における、ピッチ角と回転速度の振る舞いを示した図。The figure which showed the behavior of the pitch angle and the rotational speed in the abnormal operation mode. 異常時運転継続モード中のピッチ角指令の作成方法を示した図。The figure which showed the preparation method of the pitch angle command in the driving | operation continuation mode at the time of abnormality. 異常運転モード中における、ピッチ角と回転速度の振る舞いを示した図。The figure which showed the behavior of the pitch angle and the rotational speed in the abnormal operation mode. 風力発電システムを構成する制御器とその補助電源を示した図。The figure which showed the controller which comprises a wind power generation system, and its auxiliary power supply. 永久磁石発電機、または誘導型発電機を用いた風力発電システムの構成図。The block diagram of the wind power generation system using a permanent magnet generator or an induction type generator. 直流励磁型同期発電機を用いた風力発電システムの構成図。The block diagram of the wind power generation system using a direct current excitation type synchronous generator. ピッチ角制御系と電力制御系の構成図。The block diagram of a pitch angle control system and a power control system. ピッチ角指令,電力指令演算を示した図。The figure which showed pitch angle command and electric power command calculation. 系統電圧低下中における、系統電圧振幅とピッチ角の振る舞いを示した図。The figure which showed the behavior of the system voltage amplitude and the pitch angle during the system voltage drop. 永久磁石発電機を用いた風力発電システムの構成図。The block diagram of the wind power generation system using a permanent magnet generator. 系統側電力変換器の構成を示した図。The figure which showed the structure of the system side power converter. 系統電圧低下中における、系統電圧振幅と電力変換器出力電流の振る舞いを示した図。The figure which showed the behavior of the system voltage amplitude and the power converter output current in system voltage fall. 過電流検出時の風力発電システムの運転方法を示した図。The figure which showed the operating method of the wind power generation system at the time of overcurrent detection. 弱め界磁運転時の発電機端子電圧と無効電力の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the generator terminal voltage and reactive power at the time of field weakening driving | operation. 弱め界磁運転時および強め界磁運転時の発電機端子電圧と無効電力の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the generator terminal voltage and reactive power at the time of weak field operation and strong field operation.

風力発電システムにおいて、系統の電圧を検出する機器を備え、系統電圧振幅の低下率に応じて、ピッチ角の制御方法を変える。   In the wind power generation system, a device for detecting the system voltage is provided, and the pitch angle control method is changed according to the rate of decrease in the system voltage amplitude.

本発明の風力発電システムの構成について図1から図16を用いて説明する。図1に風力発電システム全体の構成を示す。図1に示した風力発電システムは、ブレード11により風を受け、風のエネルギーを回転エネルギーに変換する。回転エネルギーはブレード11が接続しているハブ12を回転させる。なお、ブレード11とハブ12を含む回転部分を、ローター1と呼ぶ。ローター1の回転はシャフト21を介して増速ギヤ22に伝達される。増速ギヤ22はローター1の回転速度を発電機に適した回転速度に変換する。図1では発電機として二次励磁型発電機23を示している。二次励磁型発電機23では固定子巻線に電力系統が接続され、回転子巻線に電力変換器28が、スリップリングを介して接続される。なお本発明は、図2に示したように、発電機が永久磁石型発電機23a,誘導発電機、あるいは同期機であっても利用可能である。   The structure of the wind power generation system of this invention is demonstrated using FIGS. 1-16. FIG. 1 shows the configuration of the entire wind power generation system. The wind power generation system shown in FIG. 1 receives wind by a blade 11 and converts wind energy into rotational energy. The rotational energy rotates the hub 12 to which the blade 11 is connected. A rotating part including the blade 11 and the hub 12 is referred to as a rotor 1. The rotation of the rotor 1 is transmitted to the speed increasing gear 22 through the shaft 21. The speed increasing gear 22 converts the rotational speed of the rotor 1 into a rotational speed suitable for the generator. FIG. 1 shows a secondary excitation generator 23 as a generator. In the secondary excitation generator 23, a power system is connected to the stator winding, and a power converter 28 is connected to the rotor winding via a slip ring. In addition, as shown in FIG. 2, this invention can be utilized even if a generator is a permanent magnet type | mold generator 23a, an induction generator, or a synchronous machine.

次に風力発電システムの、発電運転時の制御系の構成について概要を説明する。図3は二次励磁発電機型風力発電システムの、制御系も含めた詳細な構成を、模式的に表したものである。制御系は、主に風車発電システム全体の動きを制御する上位風車コントローラ25,電力変換器28を制御する電力変換器コントローラ26によって構成されている。上位風車コントローラ25は、風速計24で計測した風速や、エンコーダ27のパルス信号から演算したローター1の回転速度ω[rad/sec],風力発電システムの発電電力P[W]から、発電電力指令P*[W]や、ピッチ角指令φ*[度]を計算する。 Next, an outline of the configuration of the control system during the power generation operation of the wind power generation system will be described. FIG. 3 schematically shows a detailed configuration of the secondary excitation generator type wind power generation system including the control system. The control system is mainly configured by an upper wind turbine controller 25 that controls the movement of the entire wind turbine power generation system and a power converter controller 26 that controls the power converter 28. The upper wind turbine controller 25 generates a power generation command from the wind speed measured by the anemometer 24, the rotational speed ω [rad / sec] of the rotor 1 calculated from the pulse signal of the encoder 27, and the generated power P [W] of the wind power generation system. P * [W] and pitch angle command φ * [degree] are calculated.

風力発電システムの発電電力Pは、電力変換器コントローラ26と、電力変換器28によって制御される。電力変換器28は発電機側電力変換器281,系統側電力変換器283,平滑化コンデンサ282などで構成される。発電機側電力変換器281と系統側電力変換器283は、IGBTなどの半導体スイッチング素子を用いて構成する。変換器コントローラ26は、風力発電システムと電力系統との連系点に設置した電圧測定器291および、電流測定器292から、それぞれ3相の交流電圧値VU,VV,VW[V]、3相の電流値IU,IV,IW[A]を内部に取り込む。電力変換器コントローラ26は、内部でこれらの電圧,電流信号から、電圧振幅値Vabs,有効電力P,無効電力Qなどを演算する。 The generated power P of the wind power generation system is controlled by a power converter controller 26 and a power converter 28. The power converter 28 includes a generator-side power converter 281, a system-side power converter 283, a smoothing capacitor 282, and the like. The generator side power converter 281 and the system side power converter 283 are configured using semiconductor switching elements such as IGBTs. The converter controller 26 receives three-phase AC voltage values V U , V V , and V W [V] from the voltage measuring device 291 and the current measuring device 292 installed at the connection point between the wind power generation system and the power system. The three-phase current values I U , I V , and I W [A] are taken in. The power converter controller 26 internally calculates a voltage amplitude value V abs , active power P, reactive power Q, and the like from these voltage and current signals.

電力変換器コントローラ26は、演算の際、検出した電圧,電流信号を、一旦回転座標系で座標変換し、d軸成分,q軸成分を計算する。座標変換には、系統電圧のU相に追従する位相信号cos(ωSYSt),sin(ωSYSt)を用いる。ここでωSYS[rad/sec]は電力系統の交流電圧の角周波数をあらわしており、またt[sec]は時刻を表す。位相信号cos(ωSYSt)が電力系統のU相の電圧位相に一致している場合、電圧のd軸成分Vd,電圧のq軸成分Vq,電流のd軸成分Id,電流のq軸成分Iqは、数1,数2にて計算される。 In the calculation, the power converter controller 26 temporarily converts the detected voltage and current signals in the rotating coordinate system, and calculates the d-axis component and the q-axis component. For the coordinate conversion, phase signals cos (ω SYS t) and sin (ω SYS t) that follow the U phase of the system voltage are used. Here, ω SYS [rad / sec] represents the angular frequency of the AC voltage of the power system, and t [sec] represents time. When the phase signal cos (ω SYS t) matches the voltage phase of the U phase of the power system, the voltage d-axis component V d , the voltage q-axis component V q , the current d-axis component I d , The q-axis component I q is calculated by Equation 1 and Equation 2.

Figure 0004894906
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電力変換器コントローラ26は、得られたId,Iq,Vd,Vqを用いて、有効電力P[W],無効電力Q[Var]と電圧振幅値Vabs[Vrms],電流振幅値Iabs[Arms]を、それぞれ数3,数4,数5,数6に示す式から求める。 Using the obtained I d , I q , V d , and V q , the power converter controller 26 uses the active power P [W], the reactive power Q [Var], the voltage amplitude value Vabs [Vrms], and the current amplitude. The value Iabs [Arms] is obtained from the equations shown in Equation 3, Equation 4, Equation 5, and Equation 6, respectively.

Figure 0004894906
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電圧のq成分が0(Vq=0)になるように位相信号を作ると、有効電力,無効電力,電圧振幅は、数7,数8,数9のように表される。 When the phase signal is generated so that the q component of the voltage becomes 0 (V q = 0), the active power, the reactive power, and the voltage amplitude are expressed as in Expression 7, Expression 8, and Expression 9.

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電力変換器コントローラ26は、上位風車コントローラ25からの電力指令に、有効電力Pが追従するように発電機側電力変換器281の出力電流を制御する。このため、電力変換器コントローラ26は、電流測定器294で検出した電流値を取り込む。同時に、系統側電力変換器283は、出力電流を制御することにより、電力変換器28の直流部電圧を、所定値に保つ。このため、電力変換器コントローラ26は、電流測定器293で検出した電流値を取り込む。電力変換器コントローラ26は、電力変換器28にPWM(pulsewidth modulation)制御に従ったゲートパルス信号を送り、電力変換器28はゲートパルス信号に応じてスイッチング動作をすることで、風力発電システムの有効電力,無効電力を制御する。また電力変換器コントローラ26は、発電機に取り付けられたエンコーダ27のパルス信号から、発電機の回転速度、およびギヤ比換算することで、ローター1の回転速度ωを演算する。以上が、風力発電システムの通常発電運転時(本発明において、通常発電運転とは、風力発電システムもしくは電力系統の異常を検出していない状態の運転方法を意味するものとする)における制御方式である。   The power converter controller 26 controls the output current of the generator-side power converter 281 so that the active power P follows the power command from the higher wind turbine controller 25. For this reason, the power converter controller 26 captures the current value detected by the current measuring device 294. At the same time, the system side power converter 283 maintains the DC voltage of the power converter 28 at a predetermined value by controlling the output current. For this reason, the power converter controller 26 captures the current value detected by the current measuring device 293. The power converter controller 26 sends a gate pulse signal in accordance with PWM (pulse width modulation) control to the power converter 28, and the power converter 28 performs a switching operation according to the gate pulse signal, so that the wind power generation system is effective. Controls power and reactive power. The power converter controller 26 calculates the rotational speed ω of the rotor 1 by converting the rotational speed of the generator and the gear ratio from the pulse signal of the encoder 27 attached to the generator. The above is the control method in the normal power generation operation of the wind power generation system (in the present invention, the normal power generation operation means an operation method in a state where no abnormality of the wind power generation system or the power system is detected). is there.

次に本発明のピッチ角制御方式について説明する。ピッチ角制御系の構成図を図4に示す。上位風車コントローラ25は、風速計24の計測した風速値を平均化演算器2501において時間平均し、風速の平均値v[m/sec]を求める。上位風車コントローラ25は、回転速度指令演算器2502において、得られた風速の平均値v[m/sec]からテーブル参照することにより、回転速度指令ω*を作成する。上位風車コントローラ25は、得られた回転速度指令ω*、ローター1の回転速度ω[rad/sec],発電電力P[W]から、発電電力指令P*[W]と、ブレード11のピッチ角指令φ*[度]を計算する。ピッチ角制御器111は、上位風車コントローラ25からのピッチ角指令φ*[度]に従って、ブレード11のピッチ角を制御する。本発明の特徴的な部分は、通常発電運転時と、異常時運転継続モード(本発明において、異常時運転継続モードとは、風力発電システムもしくは電力系統の異常を検出した後の運転モードを意味するものとする)において、ピッチ角制御、および発電電力制御の方式を切り替える点である。具体的には、通常発電運転時は、ピッチ角指令φ*、及び電力指令P*はそれぞれ、ピッチ角指令・電力指令演算器2503で作成された値を用いる(φ*=φ1 *,P*=P1 *)。異常時運転継続モードにおいては、ピッチ角指令は異常時ピッチ角指令演算器によって作成された値を用い(φ*=φ2
*)、発電電力指令は0[W]とする(P*=0)。
Next, the pitch angle control system of the present invention will be described. A configuration diagram of the pitch angle control system is shown in FIG. The upper wind turbine controller 25 averages the wind speed value measured by the anemometer 24 in the averaging calculator 2501 to obtain an average value v [m / sec] of the wind speed. The upper wind turbine controller 25 creates a rotational speed command ω * by referring to a table from the obtained average value v [m / sec] of the wind speed in the rotational speed command calculator 2502. The upper wind turbine controller 25 calculates the generated power command P * [W] and the pitch angle of the blade 11 from the obtained rotational speed command ω * , the rotational speed ω [rad / sec] of the rotor 1 and the generated power P [W]. Command φ * [degree] is calculated. The pitch angle controller 111 controls the pitch angle of the blade 11 in accordance with the pitch angle command φ * [degree] from the higher wind turbine controller 25. The characteristic part of the present invention is that the normal power generation operation and the abnormal operation continuation mode (in the present invention, the abnormal operation continuation mode means an operation mode after detecting an abnormality in the wind power generation system or the power system). In this case, the pitch angle control method and the generated power control method are switched. Specifically, during normal power generation operation, the pitch angle command φ * and the power command P * each use values created by the pitch angle command / power command calculator 2503 (φ * = φ 1 * , P * = P 1 * ). In abnormal operation continuation mode, the pitch angle command uses the value created by the abnormal pitch angle command calculator (φ * = φ 2
* ) The generated power command is 0 [W] (P * = 0).

ピッチ角制御は、ローター1の回転速度を制御する役割を担う。ローター1の全体のエネルギーバランスは、数10で表される。   The pitch angle control plays a role of controlling the rotation speed of the rotor 1. The overall energy balance of the rotor 1 is expressed by Equation 10.

Figure 0004894906
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数10式中の記号の意味は、それぞれI[kg・m2]:回転体の慣性モーメント、ω[rad/sec]:ローター1の回転速度、Pin[W]:風からの入力パワー,P[W]:風力発電システムの発電電力、PLOSS:損失,t[sec]:時間,d/dt:微分演算子である。数10が示すように、ローター1の回転速度ωを制御するためには、ピッチ角制御器のピッチ制御によりPinを変化させるか、あるいは発電出力の制御によりPを変化させる必要がある。 The meanings of the symbols in Equation 10 are respectively I [kg · m 2 ]: moment of inertia of the rotating body, ω [rad / sec]: rotational speed of the rotor 1, P in [W]: input power from the wind, P [W]: generated power of the wind power generation system, P LOSS : loss, t [sec]: time, d / dt: differential operator. As the number 10, in order to control the rotational speed ω of the rotor 1, it is necessary to change the P under the control of either or power output varying the P in the pitch control of the pitch controller.

図5は、通常発電運転時における、風速vとピッチ角制御方式、および発電電力Pの関係を示したものである。風力発電システムは、その特性により発電運転が可能な風速領域がある。平均風速がvci(カットイン風速)より、大きい場合、発電運転を開始する。逆に、vciより風速が小さい場合、風力発電システムはピッチ角を所定の値に固定し、発電を行わず待機状態にいる。発電電力は、風速が大きくなるのに伴って増大し、vr(定格風速)以上では、ほぼ一定値になる。風速が、vCO(カットアウト風速)より大きい条件では、風力発電システムは、ブレード11を可能な限り風と平行にすることで(φ=0[度]、フェザー状態)、風の入力エネルギーを最小にし、発電を行わず待機状態にする。 FIG. 5 shows the relationship between the wind speed v, the pitch angle control method, and the generated power P during normal power generation operation. A wind power generation system has a wind speed region in which power generation operation is possible due to its characteristics. When the average wind speed is larger than v ci (cut-in wind speed), the power generation operation is started. Conversely, when the wind speed is smaller than v ci , the wind power generation system fixes the pitch angle to a predetermined value and is in a standby state without generating power. The generated power increases as the wind speed increases, and becomes substantially constant above v r (rated wind speed). Under conditions where the wind speed is greater than v CO (cutout wind speed), the wind power generation system can reduce the input energy of the wind by making the blade 11 parallel to the wind as much as possible (φ = 0 [degree], feather state). Minimize and stand by without generating electricity.

発電運転時のピッチ角制御方式は、風速の大きさによって、大まかに次のように区別される。風速の平均値vがvci<v<vrの間では、ピッチ角は風向に対して最大値をとる(φ=30[度])、このようにすることで、ブレード11は風のエネルギーを最大限利用することができる。この間、風速の瞬時変動によって、ローターの回転速度が変化するが、風力発電システムが出力する発電電力Pを制御することによって、回転速度ωの変動を抑制する。一方、vr<v<vC0の間では、上位風車コントローラ25は、発電電力指令Pを、定格発電電力値に固定する。風力発電システムの発電電力Pは、電力変換器28によって一定に制御される。この間、回転速度ωは、ピッチ角を変化させることで、制御される。 The pitch angle control method during power generation operation is roughly classified as follows according to the wind speed. Between the average value v of the wind speed of v ci <v <v r, the pitch angle is the maximum value with respect to the wind direction (phi = 30 [degrees]), By doing so, the energy blade 11 of wind Can be used to the maximum. During this time, the rotational speed of the rotor changes due to instantaneous fluctuations in the wind speed, but fluctuations in the rotational speed ω are suppressed by controlling the generated power P output from the wind power generation system. On the other hand, during v r <v <v C0 , the upper wind turbine controller 25 fixes the generated power command P to the rated generated power value. The generated power P of the wind power generation system is controlled to be constant by the power converter 28. During this time, the rotational speed ω is controlled by changing the pitch angle.

通常発電運転時における、ピッチ角指令φ*[度]と発電電力指令P*[W]の作成の詳細な手順を、図6に示す。ピッチ角指令演算器25032は、回転速度指令値ω*と、回転速度の検出値ωからピッチ角指令φ1*(=φ*)を作成する。同時に、発電電力指令演算器25034は、回転速度指令値ω*と、回転速度の検出値ω,発電電力量Pから、発電電力指令P1*(=P*)を作成する。 FIG. 6 shows a detailed procedure for creating the pitch angle command φ * [degree] and the generated power command P * [W] during the normal power generation operation. The pitch angle command calculator 25032 creates a pitch angle command φ1 * (= φ * ) from the rotational speed command value ω * and the detected rotational speed value ω. At the same time, the generated power command calculator 25034 creates a generated power command P1 * (= P * ) from the rotational speed command value ω * , the detected rotational speed value ω, and the generated power amount P.

次に本発明における、異常検出時のピッチ角制御方式について説明する。異常検出時においては、風力発電システムは電力系統6への発電電力の供給を停止(P=0)する。このため数10から明らかなように、電力制御による回転速度制御が困難となり、比較的に応答速度の遅いピッチ角制御に依存した回転速度制御となるため、特別な制御が必要となる。異常の対象となる現象としては、系統電圧低下,系統電圧の上昇,変換器における過電流,系統周波数の変動、などが上げられる。   Next, the pitch angle control method at the time of abnormality detection in the present invention will be described. At the time of abnormality detection, the wind power generation system stops the supply of generated power to the power system 6 (P = 0). For this reason, as apparent from the equation (10), it is difficult to control the rotational speed by power control, and the rotational speed control depends on the pitch angle control having a relatively slow response speed, so that special control is required. Phenomena that are subject to abnormality include system voltage drop, system voltage rise, converter overcurrent, system frequency fluctuation, and the like.

まず異常現象のうち、系統電圧低下について説明する。電力系統では、落雷や送電線の樹木への接触,負荷の故障,人災による送電線の相間接触などにより、送電線の電圧が一時的に低下する場合がある。電圧の低下現象は、軽微な事故であれば、事故区間の遮断により、数秒以内に解消される。   First, of the abnormal phenomena, the system voltage drop will be described. In the power system, the voltage of the transmission line may temporarily decrease due to lightning strikes, contact of the transmission line with trees, load failure, phase-to-phase contact of the transmission line due to human disasters, and the like. The voltage drop phenomenon can be resolved within a few seconds by shutting off the accident section if it is a minor accident.

同様な系統電圧の異常現象として、系統電圧の上昇も発生しうる。系統電圧上昇の原因としては、負荷、発電機が電力系統に連系する際に瞬時的に発生する突入電流などによって引き起こされる。   As a similar abnormal phenomenon of the system voltage, an increase in the system voltage may occur. The cause of the system voltage rise is caused by an inrush current generated instantaneously when the load and the generator are connected to the power system.

このような、瞬時的な電圧低下,電圧上昇が発生した場合、風力発電システムは発電運転を停止する。これは、風力発電システム構成機器の保護のためである。   When such an instantaneous voltage drop or voltage rise occurs, the wind power generation system stops the power generation operation. This is to protect the wind power generation system components.

電圧の異常状態の検出は、電力変換器28を制御する電力変換器コントローラ26の内部で行う。電圧の異常状態の検出機構を、図7を用いて説明する。電力変換器コントローラ26は、数2,数5に示した演算を電力変換器コントローラ26内の電圧振幅演算器2602で行い、系統電圧振幅Vabsを得る。電力変換器コントローラ26は、内部に系統事故であると判断する電圧レベルVGFを保持しており、演算から求めた系統電圧振幅Vabsと、VGFを運転中に常時、比較している。比較は、電力変換器コントローラ26内部の比較演算器2604により行われ、Vabs<VGFが成り立った場合は、系統電圧が異常であると判断し、低電圧検出信号を発生する。系統電圧の過電圧の検出も同様の構成によって行われる。つまり電力変換器コントローラ26は内部に過電圧レベルVOVを保持しており、VabsとVOVを常に比較している。Vabs>VOVの関係が成り立った場合には、系統電圧が、過電圧状態であると判断し、過電圧検出信号を発生する。 The detection of the abnormal state of the voltage is performed inside the power converter controller 26 that controls the power converter 28. A mechanism for detecting an abnormal voltage state will be described with reference to FIG. The power converter controller 26 performs the calculations shown in Equations 2 and 5 by the voltage amplitude calculator 2602 in the power converter controller 26 to obtain the system voltage amplitude V abs . The power converter controller 26 holds a voltage level V GF that is determined to be a system fault inside, and constantly compares the system voltage amplitude V abs obtained from the calculation with V GF during operation. The comparison is performed by the comparison calculator 2604 in the power converter controller 26. When V abs <V GF is satisfied, it is determined that the system voltage is abnormal, and a low voltage detection signal is generated. The detection of the overvoltage of the system voltage is also performed with the same configuration. In other words, the power converter controller 26 maintains the overvoltage level V OV inside, and always compares V abs and V OV . When the relationship of V abs > V OV is established, it is determined that the system voltage is in an overvoltage state, and an overvoltage detection signal is generated.

次に異常現象として、過電流現象について説明する。風力発電システムは、通常発電運転の範囲であれば、その出力する電流振幅は、定格電流以下である。しかしながら、系統事故などにより、定格電流を大きく上回る過大な電流が流れる場合がある。この現象を以降で過電流と呼ぶ。過電流時の電流振幅が、風力発電システム定格電流の1.5〜2倍に達すると、電力変換器28の構成機器である半導体素子が、破壊される可能性がある。このため電力変換器や、風力発電システムの過電流検出時には、電力変換器28は瞬時に運転を停止し、風力発電システムが待機モードに移行する必要がある。なお。過電流の原因が電力系統の短時間の事故などであった場合は、過電流減少直後に、発電運転を再開する方が、電力系統安定化の観点から望ましい場合がある。   Next, an overcurrent phenomenon will be described as an abnormal phenomenon. If the wind power generation system is in the range of normal power generation operation, the output current amplitude is less than the rated current. However, an excessive current that greatly exceeds the rated current may flow due to a system fault or the like. This phenomenon is hereinafter referred to as overcurrent. When the current amplitude at the time of overcurrent reaches 1.5 to 2 times the rated current of the wind power generation system, the semiconductor element that is a component device of the power converter 28 may be destroyed. For this reason, when an overcurrent is detected in the power converter or the wind power generation system, the power converter 28 needs to stop operation instantaneously and the wind power generation system needs to shift to the standby mode. Note that. When the cause of the overcurrent is a short-time accident in the power system, it may be desirable from the viewpoint of power system stabilization to restart the power generation operation immediately after the reduction of the overcurrent.

過電流の検出方法を、図7を用いて説明する。過電流は、電力変換器コントローラ26の過電流検出演算器26005aで検出される。電力変換器コントローラ26は、数1,数6に示した演算を、過電流検出演算器26005a内の電流振幅演算器2605で行い、出力電流の振幅Iabsを得る。電力変換器コントローラ26は、内部に過電流であると判断する電流振幅レベルIOCを保持している。電流振幅レベルIOCは、通常、発電システム定格電流振幅の1.5倍から2.0倍に設定される。電力変換器コントローラ26は、内部演算の比較演算器2606において、IOCとIabsを運転中に常時比較している。Iabs>IOCが成り立った場合は、過電流状態であると判断し、過電流検出信号を発生する。以上で電流測定器292により検出された風力発電システム全体の出力電流(IU,IV,IW)の過電流検出方法について説明したが、過電流検出演算器26005aと同様な方法を用いて、電力変換器28の過電流現象も検出する。系統側電力変換器283については、過電流検出演算器26005bにおいて、電流測定器293で検出した系統側電力変換器283の出力電流(IsU,IsV,IsW)を用いて、過電流を検出する。発電機側電力変換器281については、過電流検出演算器26005cにおいて、電流測定器294で検出した発電機側電力変換器281の出力電流(IgU,IgV,IgW)を用いて、過電流を検出する。 The overcurrent detection method will be described with reference to FIG. The overcurrent is detected by an overcurrent detection calculator 26005a of the power converter controller 26. The power converter controller 26 performs the calculations shown in Equations 1 and 6 by the current amplitude calculator 2605 in the overcurrent detection calculator 26005a to obtain the output current amplitude I abs . The power converter controller 26 holds a current amplitude level I OC that is determined to be an overcurrent. The current amplitude level I OC is normally set to 1.5 to 2.0 times the power generation system rated current amplitude. The power converter controller 26 constantly compares I OC and I abs during operation in a comparison calculator 2606 for internal calculation. When I abs > I OC holds, it is determined that the current is in an overcurrent state, and an overcurrent detection signal is generated. Although the overcurrent detection method of the output current (I U , I V , I W ) of the entire wind power generation system detected by the current measuring device 292 has been described above, the same method as the overcurrent detection calculator 26005a is used. The overcurrent phenomenon of the power converter 28 is also detected. The grid-side power converter 283, the overcurrent detection calculator 26005B, the output current of the current measuring device 293 is detected by the grid-side power converter 283 (I sU, I sV, I sW) with the overcurrent To detect. For generator-side power converter 281, the overcurrent detection calculator 26005C, the output current of the generator-side power converter 281 detected by the current measuring device 294 (I gU, I gV, I gW) with, over Detect current.

系統周波数の変動も、異常検出の対象となる。電力系統の運用周波数は、それぞれの電力系統で決まっており、電力系統が通常の状態であれば、運用周波数から大きくずれることはない。しかしながら系統事故などにより、周波数が大きく変動する場合がある。このような場合、風力発電システムにおける電流制御が困難となる場合があるため、風力発電システム保護のため、発電運転を停止する。   Variations in system frequency are also subject to abnormality detection. The operating frequency of the power system is determined by each power system, and if the power system is in a normal state, it does not deviate significantly from the operating frequency. However, the frequency may fluctuate greatly due to a system fault or the like. In such a case, since current control in the wind power generation system may be difficult, the power generation operation is stopped to protect the wind power generation system.

系統周波数の変動の検出構成を、図7で説明する。電力変換器コントローラ26は、内部の系統周波数検出器2607において、系統電圧の検出値より電力系統の周波数ωSYSを検出する。電力変換器コントローラ26は、内部に周波数の上限ωSYSH、および下限ωSYSLを保持している。電力変換器コントローラ26は、比較演算器2608、と比較演算器2609において、ωSYSとωSYSH,ωSYSLを、運転中に常時比較しており、ωSYS>ωSYSHあるいはωSYS<ωSYSLを検出したら、周波数変動大信号を発生する。 A configuration for detecting fluctuations in the system frequency will be described with reference to FIG. In the internal system frequency detector 2607, the power converter controller 26 detects the frequency ω SYS of the power system from the detected value of the system voltage. The power converter controller 26 holds the upper limit frequency omega SYSH, and the lower limit omega sysl therein. The power converter controller 26 constantly compares ω SYS with ω SYSH , ω SYSL in the comparison calculator 2608 and the comparison calculator 2609 during operation, and sets ω SYS > ω SYSH or ω SYSSYSL . If detected, a large frequency fluctuation signal is generated.

なお、図7に示した異常検出方法は、全て電力変換器コントローラ26の内部演算により行っているが、図8に示したような電気回路で構成しても良い。図8では、絶対値演算回路2610aと、コンパレータ2616aで構成した過電流検出回路26006aで過電流異常検出する。図8では、3相の電流検出値IU,IV,IWから、絶対値演算回路2610a,2611a,2612aとダイオード2613a,2614a,2615aを用いることで、電流のピーク値を検出する。この電流ピーク値を、コンパレータ2616aにおいて過電流レベルIOCと比較することにより、過電流を検出する。なお、過電流レベルIOCは、5Vの電圧源と、抵抗器2618a,可変抵抗器2617aにより設定される。電力変換器28の過電流も、同様の回路構成をもつ過電流検出回路26006bおよび過電流検出回路26006cによって検出する。なお、図8には示していないが、過電圧現象も同様な電気回路構成で検出することが可能である。 The abnormality detection method shown in FIG. 7 is all performed by the internal calculation of the power converter controller 26, but may be configured by an electric circuit as shown in FIG. In FIG. 8, an overcurrent abnormality is detected by an overcurrent detection circuit 26006a constituted by an absolute value calculation circuit 2610a and a comparator 2616a. In FIG. 8, the current peak value is detected from the detected current values I U , I V , and I W of the three phases by using the absolute value calculation circuits 2610a, 2611a, and 2612a and the diodes 2613a, 2614a, and 2615a. The current peak value is compared with the overcurrent level I OC in the comparator 2616a, thereby detecting the overcurrent. The overcurrent level I OC is set by a 5V voltage source, a resistor 2618a, and a variable resistor 2617a. The overcurrent of the power converter 28 is also detected by the overcurrent detection circuit 26006b and the overcurrent detection circuit 26006c having the same circuit configuration. Although not shown in FIG. 8, an overvoltage phenomenon can be detected with a similar electric circuit configuration.

電力変換器コントローラ26は、上記の異常検出信号(過電流,電圧異常,周波数異常)を少なくともひとつ検出した場合は、電力変換器を動作させるゲートパルス信号を停止する。この動作をゲートブロックと呼ぶ。同時に、上位風車コントローラに異常検出信号を伝達する。上位風車コントローラは、異常検出信号を検出した場合、風力発電システム全体を、異常時運転継続モードに移行させる。   The power converter controller 26 stops the gate pulse signal for operating the power converter when detecting at least one of the abnormality detection signals (overcurrent, voltage abnormality, frequency abnormality). This operation is called a gate block. At the same time, an abnormality detection signal is transmitted to the upper wind turbine controller. When detecting the abnormality detection signal, the upper wind turbine controller shifts the entire wind power generation system to the abnormal operation continuation mode.

本発明における、異常時運転継続モード中のピッチ角制御の方式について、以下で説明する。異常状態が解消された後に、風力発電システムがすぐ発電運転状態に移行するためには、異常時運転継続モード中においても、ローター1の回転速度を発電運転可能な範囲に維持しておくことが必要となる。ローター1の回転速度制御は、ピッチ角制御と発電電力制御によって行われる。ピッチ角制御は図3に示したピッチ角制御器111で行われる
。ピッチ角制御器111は電動モーターかあるいは油圧駆動系などによって構成される。ピッチ角の制御は、フェザー状態(φ=0[度])から最大角(φ=30[度])まで変化させるのに、数十秒程度必要である。一方、発電電力制御は、0から定格まで変化させるのに、数100msec程度である。このため、回転速度制御は、ピッチ角制御よりも発電電力制御のほうが、応答が速い。
The pitch angle control method during the abnormal operation continuation mode in the present invention will be described below. In order for the wind power generation system to immediately shift to the power generation operation state after the abnormal state is resolved, it is necessary to maintain the rotation speed of the rotor 1 within a range in which the power generation operation can be performed even during the abnormal operation continuation mode. Necessary. The rotation speed control of the rotor 1 is performed by pitch angle control and generated power control. The pitch angle control is performed by the pitch angle controller 111 shown in FIG. The pitch angle controller 111 is configured by an electric motor or a hydraulic drive system. Pitch angle control requires about several tens of seconds to change from the feather state (φ = 0 [degrees]) to the maximum angle (φ = 30 [degrees]). On the other hand, the generated power control takes about several hundreds msec to change from 0 to the rating. For this reason, the rotational speed control is faster in the generated power control than in the pitch angle control.

異常状態検出後の異常時運転継続モード中は、風力発電システムは発電運転を停止するため、電力系統に発電電力を供給しない。このとき、数10の中においてP=0となるため、応答が遅いピッチ角制御のみで回転速度を制御しなければならず、通常のピッチ制御のままでは、回転速度が運転範囲を逸脱しやすい。特に、定格発電運転中に異常状態を検出した場合、数10の中のPが定格発電電力から0[W]まで急激に変化するため、回転速度ωが急激に上昇する。回転速度ωの上昇を抑えるためには、通常の発電運転時とは異なったピッチ角制御方式が必要となる。   Since the wind power generation system stops the power generation operation during the abnormal operation continuation mode after the abnormal state is detected, the generated power is not supplied to the power system. At this time, since P = 0 in Equation 10, the rotation speed must be controlled only by the pitch angle control with a slow response, and the rotation speed easily deviates from the operating range with the normal pitch control. . In particular, when an abnormal state is detected during rated power generation operation, P in Formula 10 rapidly changes from the rated generated power to 0 [W], and thus the rotational speed ω increases rapidly. In order to suppress the increase in the rotational speed ω, a pitch angle control method different from that during normal power generation operation is required.

図9に、異常状態検出後の異常時運転継続モード中のピッチ角制御方式の一例を示す。異常時運転継続モード中は、回転速度の検出値ωに応じて、ピッチ角の制御方式を切り替える。具体的には、回転速度に二つのレベルωa,ωbをもうけ、この二つのレベルと回転速度検出値ωを比較することで、ピッチ角制御方式を切り替える。なお、ωa,ωbと、運転可能な回転速度の上限ωH,下限ωLの間には、数11に示すような関係が成り立つ。 FIG. 9 shows an example of the pitch angle control method during the abnormal operation continuation mode after the abnormal state is detected. During the abnormal operation continuation mode, the pitch angle control method is switched according to the detected value ω of the rotational speed. Specifically, the pitch angle control method is switched by providing two levels ω a and ω b to the rotational speed and comparing the two levels with the rotational speed detection value ω. Note that the relationship shown in Expression 11 is established between ω a and ω b and the upper limit ω H and lower limit ω L of the operable rotational speed.

Figure 0004894906
Figure 0004894906

回転速度の検出値がωa≦ω≦ωbの関係にある間は、ピッチ制御は、PI制御器25063によって行われる。PI制御器25063は、回転速度の目標値ω*と回転速度検出値ωの差分を、比例積分演算することにより、ピッチ角指令φ2 *(=φ*)を決定する。ω<ωaの場合には、ピッチ角指令選択器25064は、ピッチ角指令として最も風のエネルギーを受ける角度φ2 *=30[度]を選択する。同様に、ω>ωbの場合には、ピッチ角指令選択器25064は、ピッチ角指令として最も風のエネルギーを受けない角度φ2 *=0[度]を選択する。 While the detected value of the rotational speed is in the relationship of ω a ≦ ω ≦ ω b , the pitch control is performed by the PI controller 25063. The PI controller 25063 determines a pitch angle command φ 2 * (= φ * ) by performing a proportional-integral operation on the difference between the target value ω * of the rotational speed and the detected rotational speed value ω. In the case of omega <omega a is the pitch angle command selector 25064 selects the best angle phi 2 * = 30 receive the wind energy [degrees] as the pitch angle command. Similarly, when ω> ω b , the pitch angle command selector 25064 selects an angle φ 2 * = 0 [degrees] that receives the least wind energy as the pitch angle command.

図10に、回転速度とピッチ角の時間変化の様子を示す。図10では、時刻t1に異常状態を検出し、発電を停止、以降は異常時運転継続モードにある。異常検出の瞬間に、回転速度は、ω>ωb関係にあるため、ピッチ各指令としてφ*=0[度]が選択される。このようにすることで、回転速度が運転可能領域の上限に近づいた際、風の入力エネルギーを急速に減衰させることができるので、回転速度が低下し、回転速度が回転速度の上限ωHを上回ることを防止できる。時刻t2<t<t3の間は、ωa<ω<ωbの関係があるため、PI制御によるピッチ角指令に従う。t3<t<t4の間は、ω<ωaであり、運転速度の下限に達しやすい領域にある。この際は、ピッチ角指令としてφ*=30[度]が選択される。これにより、風のエネルギー入力エネルギーを急速に増大させることができるので、回転速度が上昇し、回転速度ωが回転速度の下限ωLを下回ることを防止できる。 FIG. 10 shows how the rotation speed and the pitch angle change with time. In FIG. 10, an abnormal state is detected at time t 1 and power generation is stopped. At the moment of abnormality detection, the rotational speed has a relationship of ω> ω b , so that φ * = 0 [degree] is selected as each pitch command. In this way, when the rotational speed approaches the upper limit of the operable range, the input energy of the wind can be rapidly attenuated, so that the rotational speed decreases, and the rotational speed exceeds the upper limit ω H of the rotational speed. It can be prevented from exceeding. During the time t 2 <t <t 3 , there is a relationship of ω a <ω <ω b , and the pitch angle command by PI control is followed. During t 3 <t <t 4 , ω <ω a, which is in a region where the lower limit of the operation speed is easily reached. In this case, φ * = 30 [degrees] is selected as the pitch angle command. Thereby, since the energy input energy of the wind can be increased rapidly, the rotation speed can be increased and the rotation speed ω can be prevented from falling below the lower limit ω L of the rotation speed.

異常時運転継続モード中の他のピッチ角制御方式として、図11に示す方式を用いてもよい。図11に示した方式では、異常時運転継続モード中は、回転速度の検出値ωに応じて、予め定められたピッチ角指令を選択する。具体的には、ω<ωaのときはφ*=30[度]を、ωa≦ω≦ωbのときにはφ*=15[度]、ω>ωbのときにはφ*=0[度]を選択する。 As another pitch angle control method during the abnormal operation continuation mode, the method shown in FIG. 11 may be used. In the method shown in FIG. 11, during the abnormal operation continuation mode, a predetermined pitch angle command is selected according to the detected value ω of the rotational speed. Specifically, omega <omega a is φ * = 30 [degrees] when a, when the ω a ≦ ω ≦ ω b φ * = 15 [ degrees], omega> when the ω b φ * = 0 [degrees Select.

図11に示したピッチ角制御方式を行った際の、回転速度ωとピッチ角φの動きを図12に示す。図12の例では、時刻t1に異常状態を検出し、発電を停止、以降は異常時運転継続モードにある。異常時運転継続モード中は、回転速度の大きさに応じて、3段階のピッチ角指令を選択する。時刻t1<t<t2の間は、回転速度がω>ωbとなり、運転可能領域の上限に近いため、ピッチ角指令としてφ*=0[度]を選択することで、風の流入エネルギーを減衰させ、回転速度の上限逸脱を防止する。逆に、t3<t<t4の間では、回転速度がω<ωaとなり、運転可能領域の下限に近づいたため、ピッチ角指令としてφ*=30[度]を選択する。これにより、風の流入エネルギーを増大させ、回転速度の下限を逸脱するのを防止する。 FIG. 12 shows the movements of the rotational speed ω and the pitch angle φ when the pitch angle control method shown in FIG. 11 is performed. In the example of FIG. 12, an abnormal state is detected at time t 1 and power generation is stopped, and thereafter, the operation continues in the abnormal time operation mode. During the abnormal operation continuation mode, a three-step pitch angle command is selected according to the magnitude of the rotational speed. During the time t 1 <t <t 2 , the rotational speed is ω> ω b , which is close to the upper limit of the operable range. Therefore, by selecting φ * = 0 [degree] as the pitch angle command, the inflow of wind Attenuates energy and prevents the rotation speed from deviating from the upper limit. Conversely, during t 3 <t <t 4 , the rotational speed becomes ω <ω a and approaches the lower limit of the operable range, so φ * = 30 [degrees] is selected as the pitch angle command. This increases the inflow energy of the wind and prevents the rotation speed from deviating from the lower limit.

また、異常時運転継続モード中の他のピッチ角制御方式としては、図13に示す方式を用いてもよい。図13に示すピッチ角制御方式では、異常時運転継続モード中は回転速度指令値ω*を、風速にかかわらず、一定値ωCに固定する。ωCは運転可能な回転速度の上限ωHと下限ωLの中間値程度に設定する。ピッチ角指令φ2は、この回転速度指令値ωCと、回転速度の検出値ωの差分にPI制御演算を行ったもので作成される。図14に、図13に示したピッチ角制御を行った場合の、回転速度ωとピッチ角φの動きを示す。図14の例では、時刻t1に異常状態を検出し、発電を停止、以降は異常時運転継続モードにある。異常時運転継続モード中は、回転速度の目標値ω*は、風速によらず一定値となる。このようにすることで、ローター1の回転速度が、運転可能な領域を逸脱しにくくなる。なお、以上の構成においては、ローター1の回転速度が高い領域においては、ピッチ角をフェザー状態(ピッチ角φ=0[度])に固定したが、フェザー状態付近の所定値に固定しても、同様な過回転防止効果が得られる。 Further, as another pitch angle control method in the abnormal operation continuation mode, the method shown in FIG. 13 may be used. In the pitch angle control method shown in FIG. 13, the rotational speed command value ω * is fixed to a constant value ω C regardless of the wind speed during the abnormal operation continuation mode. ω C is set to an intermediate value between the upper limit ω H and the lower limit ω L of the operable rotational speed. The pitch angle command φ 2 is created by performing PI control calculation on the difference between the rotational speed command value ω C and the detected rotational speed value ω. FIG. 14 shows the movement of the rotational speed ω and the pitch angle φ when the pitch angle control shown in FIG. 13 is performed. In the example of FIG. 14, an abnormal state is detected at time t 1 , power generation is stopped, and thereafter, the operation continues in the abnormal time operation mode. During the abnormal operation continuation mode, the target value ω * of the rotational speed is a constant value regardless of the wind speed. By doing in this way, it becomes difficult for the rotational speed of the rotor 1 to deviate from the area | region which can be drive | operated. In the above configuration, the pitch angle is fixed to the feather state (pitch angle φ = 0 [degrees]) in the region where the rotational speed of the rotor 1 is high, but may be fixed to a predetermined value near the feather state. A similar over-rotation preventing effect can be obtained.

なお、異常現象のうち系統電圧低下においては、風力発電システムの制御電源を、電力系統から供給できなくなる。このため、図15に示したように、風力発電システムを構成する制御器(上位風車コントローラ25,ピッチ角制御器111,電力変換器コントローラ26など)は、それぞれ補助電源を備えている。電力系統の電圧低下現象が発生していない場合は、制御器の電力は、電力系統の交流6.6kV(あるいは1.4kV)から、降圧トランス41により交流200V(あるいは交流400V)に降圧され、補助電源30a,30b,30cを介して供給される。補助電源30a,30b,30cは、内部に蓄電池などの蓄電設備をそなえており、電力系統の電圧低下現象が発生していない場合は、電力系統から制御器へ制御電源を供給し、同時に蓄電設備への充電動作を行っている。   In the abnormal phenomenon, when the system voltage is reduced, the control power of the wind power generation system cannot be supplied from the power system. For this reason, as shown in FIG. 15, the controllers (the upper wind turbine controller 25, the pitch angle controller 111, the power converter controller 26, etc.) constituting the wind power generation system each include an auxiliary power source. When the voltage drop phenomenon of the power system does not occur, the power of the controller is stepped down from AC 6.6 kV (or 1.4 kV) of the power system to AC 200 V (or AC 400 V) by the step-down transformer 41, It is supplied via auxiliary power supplies 30a, 30b, 30c. Auxiliary power supplies 30a, 30b, and 30c are provided with power storage equipment such as storage batteries, and supply power to the controller from the power system when the voltage drop phenomenon of the power system does not occur. The battery is being charged.

電力系統の電圧低下現象が発生し、電力系統から制御器(上位風車コントローラ25,ピッチ角制御器111,電力変換器コントローラ26など)への電力供給ができなくなった場合、補助電源30a,30b,30cはそれぞれ内部の蓄電設備から、制御電源に電力を供給する。このような補助電源を持つ構成により、系統電圧低下中であっても、制御器は電力を確保でき、異常時運転継続モードにおける動作が可能となる。   When a voltage drop phenomenon of the power system occurs and power cannot be supplied from the power system to the controller (the upper wind turbine controller 25, the pitch angle controller 111, the power converter controller 26, etc.), the auxiliary power supplies 30a, 30b, 30c supplies electric power to the control power supply from the internal power storage facility. With the configuration having such an auxiliary power supply, the controller can secure power even when the system voltage is being lowered, and can operate in the operation continuation mode at the time of abnormality.

なお、以上で説明したような異常時運転継続モード中のピッチ角制御方式は、二次励磁発電機型風力発電システムの他に、図16に示す永久磁石発電機型風力発電システム,誘導発電機型風力発電システム、図17に示す直流励磁同期発電機型風力発電システムなどにも適用が可能である。   Note that the pitch angle control method during the abnormal operation continuation mode as described above is not limited to the secondary excitation generator type wind power generation system, but also the permanent magnet generator type wind power generation system and induction generator shown in FIG. The present invention can also be applied to a type wind power generation system, a direct current excitation synchronous generator type wind power generation system shown in FIG.

以上に説明してきたように、異常検出後の異常時運転継続モードにおいてピッチ角制御方式を通常の発電運転時の制御方式から異常時運転継続モードに切り替え、ピッチ角指令を風車の回転速度に応じて切り替える、または、回転速度を一定の目標値に制御するためにピッチ角指令を調整する。このようなピッチ角制御の方法により、ローター1の回転速度制御をピッチ角の調整によってのみ行う必要がある異常時運転継続モード中においても、ローター1の回転速度を運転可能領域に収めることが容易となり、異常状態が解消された後、すぐに通常の発電運転状態に移行することが可能となる。これにより、風力発電システムの発電運転時間を延ばすことができ、発電量が増加する。また系統事故直後の電力供給により、電力系統全体の安定化に寄与できる。   As described above, the pitch angle control method is switched from the normal power generation operation control method to the abnormal operation continuation mode in the abnormal operation continuation mode after the abnormality is detected, and the pitch angle command is changed according to the rotational speed of the windmill. The pitch angle command is adjusted in order to control the rotation speed to a constant target value. By such a pitch angle control method, the rotational speed of the rotor 1 can be easily kept within the operable range even during the abnormal operation continuation mode in which the rotational speed control of the rotor 1 needs to be performed only by adjusting the pitch angle. Thus, after the abnormal state is resolved, it is possible to immediately shift to the normal power generation operation state. Thereby, the power generation operation time of the wind power generation system can be extended, and the power generation amount increases. In addition, power supply immediately after a system failure can contribute to the stabilization of the entire power system.

本発明の実施例について説明する。本実施例においては、ピッチ角制御方式を、系統電圧の低下率に応じて変更する。   Examples of the present invention will be described. In this embodiment, the pitch angle control method is changed according to the rate of decrease in the system voltage.

本発明は、図1,図2に示したような、電力変換器28を構成要素にもち、発電電力の制御が可能な風力発電システムに適用できる。通常発電運転時のピッチ角制御,発電電力の制御は、実施例1に示した通りであるので、説明は省略する。   The present invention can be applied to a wind power generation system having the power converter 28 as a component and capable of controlling generated power as shown in FIGS. Since the pitch angle control and the generated power control during the normal power generation operation are as described in the first embodiment, the description thereof is omitted.

本発明における、系統電圧低下中の風力発電システムの運転方式について、以下で説明する。電力系統では、落雷や送電線の樹木への接触,負荷の故障,人災による送電線の相間接触などにより、送電線の電圧が一時的に低下する場合がある。電圧の低下現象は、軽微な事故であれば、事故区間の遮断により、数秒以内に解消されることが多い。   The operation method of the wind power generation system during the system voltage drop in the present invention will be described below. In the power system, the voltage of the transmission line may temporarily decrease due to lightning strikes, contact of the transmission line with trees, load failure, phase-to-phase contact of the transmission line due to human disasters, and the like. In the case of a minor accident, the voltage drop phenomenon is often resolved within a few seconds by interrupting the accident section.

風力発電システムが、系統電圧低下中においても発電電力を電力系統に供給すると、以下のような利点がある。つまり、数10に示したように風力発電システムのローター1の回転速度は、主に風からの入力パワーPin[W]と発電システムの発電電力P[W]によって決まる。例えば系統事故中において、電力系統に発電電力を供給できない場合、数10中においてP=0となるため、回転速度ωが急激に上昇する。一方、系統事故中であっても、電力系統へ発電電力Pを供給できれば、回転速度ωの上昇が緩慢になる。このような発電電力の大きさの違いによって、回転速度ωの上昇速度は変化する。 When the wind power generation system supplies the generated power to the power system even when the system voltage is lowered, the following advantages are obtained. That is, as shown in Equation 10, the rotational speed of the rotor 1 of the wind power generation system is mainly determined by the input power P in [W] from the wind and the generated power P [W] of the power generation system. For example, if the generated power cannot be supplied to the power system during a grid fault, P = 0 in Formula 10 and the rotational speed ω increases rapidly. On the other hand, even during a system failure, if the generated power P can be supplied to the power system, the increase in the rotational speed ω becomes slow. The rising speed of the rotational speed ω varies depending on the difference in the magnitude of the generated power.

つぎに系統電圧と発電電力Pの関係について説明する。系統電圧瞬低中は数9に示した系統電圧Vabs=|Vd|が低下するため、数7式に示したように、事故前と同じ電流Idを流しても、発電電力Pは小さくなる。発電電力Pを事故前と同じ値に保つためには、出力電流Idを増加させる必要があるが、電力変換器28や、発電機からの制約により、限界がある。電力変換器28の出力できる電流値の最大値をIMAX[Arms]とした場合、数12式に示すように、風力発電システムの発電電力量の最大値PMAX[W]は系統電圧に比例する。 Next, the relationship between the system voltage and the generated power P will be described. Since the system voltage V abs = | V d | shown in Equation 9 is reduced during the system voltage sag, the generated power P can be obtained even if the same current I d as that before the accident flows as shown in Equation 7. Get smaller. In order to keep the generated power P at the same value as before the accident, it is necessary to increase the output current I d , but there is a limit due to restrictions from the power converter 28 and the generator. When the maximum value of the current value that can be output from the power converter 28 is I MAX [Arms], the maximum value P MAX [W] of the power generation amount of the wind power generation system is proportional to the system voltage, as shown in Equation 12. To do.

Figure 0004894906
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このため、回転速度上昇防止のためのピッチ角制御方式を、系統電圧の低下率によって、それぞれ変更する必要がある。例えば、系統電圧が0になる事故の場合、数7中のVdはほぼ0であるから、電力系統に供給できる電力Pも、ほぼ0となる。このため、回転速度の上昇を抑えるためには、数10中の入力パワーPinを急速に減少させる必要がある。つまり、ピッチ角を風向と平行になる方向(フェザー方向)に変化させる必要がある。 For this reason, it is necessary to change the pitch angle control system for preventing the rotation speed from increasing depending on the rate of decrease of the system voltage. For example, in the case of an accident in which the system voltage becomes 0, V d in Equation 7 is almost 0, so the power P that can be supplied to the power system is also almost 0. For this reason, in order to suppress the increase in the rotational speed, it is necessary to rapidly reduce the input power Pin in Equation 10. That is, it is necessary to change the pitch angle in a direction parallel to the wind direction (feather direction).

一方、系統電圧が通常時の80%程度までしか低下しない時は、系統異常時であっても、ほぼすべての発電電力を電力系統に供給できる。つまり、数10中の発電電力Pの減少が少なく、回転速度上昇も緩やかである。ピッチ角制御も、入力パワーPinを急速に減少させる必要が無いため、図4に示した通常の制御方式を維持する、あるいは風速条件がvci<v<vrの範囲であっても、回転速度が上限を超えた場合のみ、過回転を抑えるピッチ角制御を行う程度で十分である。 On the other hand, when the system voltage drops only to about 80% of the normal time, almost all generated power can be supplied to the power system even when the system is abnormal. That is, the decrease in the generated power P in Equation 10 is small, and the increase in rotational speed is also gradual. Pitch control also, it is not necessary to reduce rapidly the input power P in, be in a range to maintain the normal control system shown in FIG. 4, or wind conditions v ci <v of <v r, Only when the rotational speed exceeds the upper limit, it is sufficient to perform pitch angle control that suppresses over-rotation.

本実施例におけるピッチ角制御系と電力制御器系の構成図を図18に示す。上位風車コントローラ25dは、風速計24dの計測した風速値を平均化演算器2501dにおいて時間平均し、風速の平均値v[m/sec]を求める。上位風車コントローラ25dは、回転速度指令演算器2502dにおいて、得られた風速の平均値v[m/sec]からテーブル参照することにより、回転速度指令ω*を作成する。上位風車コントローラ25dは、得られた回転速度指令ω*,ローター1の回転速度検出値ω[rad/sec],発電電力P[W],系統電圧振幅Vabs[W]から、発電電力指令P*[W]とともに、ブレード11のピッチ角指令φ*[度]を計算する。ピッチ角制御器111dは、上位風車コントローラ25dからのピッチ角指令φ*[度]に従って、ブレード11のピッチ角を制御する。 FIG. 18 shows a configuration diagram of the pitch angle control system and the power controller system in the present embodiment. The upper windmill controller 25d averages the wind speed value measured by the anemometer 24d in the averaging calculator 2501d to obtain an average wind speed value v [m / sec]. The host wind turbine controller 25d creates a rotational speed command ω * by referring to a table from the average value v [m / sec] of the obtained wind speed in the rotational speed command calculator 2502d. The upper wind turbine controller 25d determines the generated power command P from the obtained rotational speed command ω * , the detected rotational speed value ω [rad / sec] of the rotor 1, the generated power P [W], and the system voltage amplitude V abs [W]. * A pitch angle command φ * [degree] of the blade 11 is calculated together with [W]. The pitch angle controller 111d controls the pitch angle of the blade 11 in accordance with the pitch angle command φ * [degree] from the higher wind turbine controller 25d.

ピッチ角指令・電力指令演算器2503dの動作について、図19を用いて説明する。本発明では、電圧低下の大きさにより、ピッチ角制御方式を切り替えることを特徴とする。具体的には、系統事故中において、系統電圧を3段階に分けて、それぞれの領域においてピッチ角制御方式を変更する。通常時の系統電圧を100%とすると、送電線の電圧範囲は、系統運用者の規定によって変わるが、およそ90%〜110%程度である。ここではVGF=90%以下を系統事故状態であると判断し、さらに系統事故時の期間を、系統電圧の大きさに応じて三つに分ける。 The operation of the pitch angle command / power command calculator 2503d will be described with reference to FIG. The present invention is characterized in that the pitch angle control method is switched according to the magnitude of the voltage drop. Specifically, during a system fault, the system voltage is divided into three stages, and the pitch angle control method is changed in each region. Assuming that the normal system voltage is 100%, the voltage range of the transmission line is approximately 90% to 110%, although it varies depending on the regulations of the system operator. Here, it is determined that V GF = 90% or less is a system fault condition, and the period at the time of the system fault is further divided into three according to the magnitude of the system voltage.

例えば系統電圧がVGF(=90%)〜Vabs2(=80%)の間は、系統事故中であっても、ほぼ全ての発電電力を電力系統に供給できるため、事故による影響は小さく、回転速度の上昇はほとんどない。ピッチ角制御は、風速に応じた通常運転時の制御方式を継続し、ωとω*に応じて、ピッチ角指令を作成する。 For example, when the system voltage is between V GF (= 90%) and V abs2 (= 80%), almost all generated power can be supplied to the power system even during a system fault . There is almost no increase in rotational speed. In the pitch angle control, a control method during normal operation according to the wind speed is continued, and a pitch angle command is created according to ω and ω * .

系統電圧がVabs2[%](80%)〜Vabs1[%](20%)の間は、ピッチ角をあらかじめ設定しておいた角度φ=15[度]まで急速に変化させて、固定する。なお、この所定の角度は、ピッチ角最大値とフェザー状態の中間程度の値である。このようなピッチ角制御を行うことで、風の入力エネルギーを一部逃がすことで過回転を防止し、かつ事故期間中もローターの回転を維持して、事故復帰後すぐに通常発電状態に移行することを可能とする。 When the system voltage is between V abs2 [%] (80%) and V abs1 [%] (20%), the pitch angle is rapidly changed to a preset angle φ = 15 [degrees] and fixed. To do. Note that the predetermined angle is a value that is approximately between the maximum value of the pitch angle and the feather state. By controlling the pitch angle in this way, part of the input energy of the wind is released to prevent over-rotation and the rotation of the rotor is maintained even during the accident period. It is possible to do.

系統電圧がVabs1[%](=20[%])未満の場合は、電力系統にほとんど発電電力を供給できないため、ローター1の回転速度ωが急速に上昇する。回転速度の上昇を抑えるため、ピッチ角制御器111はピッチ角をフェザー状態φ*=0[度]まで急速に変化させる。なお、発電電力指令P*に関しては、最大電力指令演算器25037dにより、数7式による発電可能な最大発電電力量Pmaxが演算され、リミッタ25036dによって、発電電力指令P*を限定する。 When the system voltage is less than V abs1 [%] (= 20 [%]), almost no generated power can be supplied to the power system, so the rotational speed ω of the rotor 1 rapidly increases. In order to suppress an increase in the rotational speed, the pitch angle controller 111 rapidly changes the pitch angle to the feather state φ * = 0 [degrees]. Regarding the generated power command P * , the maximum power command calculator 25037d calculates the maximum generated power amount P max that can be generated according to Equation 7, and the limiter 25036d limits the generated power command P * .

図18,図19に示したピッチ角制御方式を適用した場合の、ピッチ角指令の時間変化を図20に示す。図20は、横軸が時間を、縦軸が系統電圧振幅とピッチ角指令を示している。図20では、時刻t1に系統電圧振幅が、Vabs<VGFとなるが、ピッチ角制御方式は、通常の発電運転時と同様に、回転速度に応じたピッチ角制御を行う。時刻t2<t<t3、およびt4<t<t5の間は、系統電圧振幅がVabs1<Vabs<Vabs2であるため、ピッチ角指令φ*を15[度]に固定する。同様に、時刻t3<t<t4の間は、系統電圧振幅がVabs<Vabs1であるため、ピッチ角指令φ*を0[度]に固定する。このようなピッチ角制御を行うことで、回転速度が運転範囲を逸脱するのを、防止しやすくなる。 FIG. 20 shows a time change of the pitch angle command when the pitch angle control method shown in FIGS. 18 and 19 is applied. In FIG. 20, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the system voltage amplitude and pitch angle command. In FIG. 20, the system voltage amplitude becomes V abs <V GF at time t 1 , but the pitch angle control method performs the pitch angle control according to the rotation speed as in the normal power generation operation. Between times t 2 <t <t 3 and t 4 <t <t 5 , the system voltage amplitude is V abs1 <V abs <V abs2 , so the pitch angle command φ * is fixed to 15 degrees. . Similarly, during the time t 3 <t <t 4 , the system voltage amplitude is V abs <V abs1 , so the pitch angle command φ * is fixed to 0 [degrees]. By performing such pitch angle control, it is easy to prevent the rotation speed from deviating from the operating range.

なお、ピッチ角制御方式を切り替える系統電圧の値(VGF,Vabs1,Vabs2など)は、風力発電システムが連系する電力系統、あるいは風力発電システムの連系容量,風力発電システムの特性によって、それぞれ変更することが可能である。またピッチ角制御方式を切り替える際の系統電圧レベル、およびピッチ角の固定レベルは3つ以上であってもよい。 The system voltage value (V GF , V abs1 , V abs2, etc.) for switching the pitch angle control method depends on the power system connected to the wind power generation system, the interconnection capacity of the wind power generation system, and the characteristics of the wind power generation system. , Each can be changed. Further, the system voltage level and the fixed pitch angle level when switching the pitch angle control method may be three or more.

また、本発明は、図3に示す二次励磁型風力発電システム、図16に示す永久磁石発電機型風力発電システム、誘導発電機型風力発電システム、図17に示す直流励磁同期発電機型風力発電システムなどに適用が可能である。   The present invention also includes a secondary excitation type wind power generation system shown in FIG. 3, a permanent magnet generator type wind power generation system shown in FIG. 16, an induction generator type wind power generation system, and a DC excitation synchronous generator type wind power shown in FIG. It can be applied to power generation systems.

以上のような系統電圧低下率に応じて、ピッチ角制御方式を選択することで、瞬時系統電圧低下時もローターの過回転を抑制することができ、事故復帰直後の瞬時発電運転再開が可能となる。これにより、風力発電システムの運転時間が長くできるため、発電量が増加する。また系統事故直中、系統事故除去直後の電力供給により、系統全体の安定化に寄与できる。   By selecting the pitch angle control method according to the system voltage drop rate as described above, it is possible to suppress overrotation of the rotor even when the instantaneous system voltage drop occurs, and it is possible to resume instantaneous power generation operation immediately after an accident recovery Become. Thereby, since the operation time of a wind power generation system can be lengthened, electric power generation amount increases. In addition, power supply immediately after a system fault and immediately after the system fault is removed can contribute to the stabilization of the entire system.

本発明の第3の実施例について図21,図22,図23,図24を用いて説明する。図21は永久磁石発電機を用いた、本実施例による風力発電システムの構成を示している。制御系は、主に風車全体の動きを制御する上位風車コントローラ25e,電力変換器28eを制御する電力変換器コントローラ26eによって構成されている。上位風車コントローラ25eは、風速計24eで計測した風速、ローター1の回転速度ω[rad/sec]などから、発電電力指令や、ブレード11eのピッチ角指令を計算する。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 21, 22, 23, and 24. FIG. FIG. 21 shows the configuration of a wind power generation system according to this embodiment using a permanent magnet generator. The control system is mainly composed of a high-order windmill controller 25e that controls the movement of the entire windmill and a power converter controller 26e that controls the power converter 28e. The upper wind turbine controller 25e calculates a generated power command and a pitch angle command of the blade 11e from the wind speed measured by the anemometer 24e, the rotational speed ω [rad / sec] of the rotor 1, and the like.

風力発電システムの発電電力は、電力変換器28eによって制御される。電力変換器28eは主に発電機側電力変換器281e,系統側電力変換器283e,平滑化コンデンサ282eで構成される。発電機側電力変換器281eと系統側電力変換器283eは、IGBTなどの半導体スイッチング素子を用いて構成する。通常運転時は、発電機側電力変換器281eは、有効電力制御を行うことで、上位風車コントローラ25eの有効電力指令Pに従って発電電力を制御している。発電機側電力変換器281eは、同時に無効電力制御を行うことで、永久磁石型発電機23eの端子電圧を制御している。また系統側電力変換器283eは、電力変換器28eの直流部の電圧制御を行うことで、電力系統に発電電力を供給する。また系統側電力変換器283eは、同時に電力系統へ出力する無効電力も制御する。   The power generated by the wind power generation system is controlled by the power converter 28e. The power converter 28e mainly includes a generator-side power converter 281e, a system-side power converter 283e, and a smoothing capacitor 282e. The generator-side power converter 281e and the system-side power converter 283e are configured using semiconductor switching elements such as IGBTs. During normal operation, the generator-side power converter 281e controls the generated power according to the active power command P of the higher wind turbine controller 25e by performing active power control. The generator-side power converter 281e controls the terminal voltage of the permanent magnet generator 23e by simultaneously performing reactive power control. Moreover, the system side power converter 283e supplies the generated power to the power system by performing voltage control of the DC part of the power converter 28e. Moreover, the system side power converter 283e also controls the reactive power output to the power system at the same time.

電力変換器コントローラ26eは、風力発電システムの連系点に設置した電圧測定器291eおよび、電流測定器292eから、それぞれ3相の交流電圧値VU,VV,VW[V]、3相の電流値IU,IV,IW[A]を内部に取り込む。電力変換器コントローラ26eは、内部でこれらの電圧,電流信号から、電圧振幅値Vabs[rms],電流振幅値Iabs[Arms],有効電力(発電電力)P[W],無効電力Q[Var]などを演算する。Vabs[Vrms]とIabs[Arms]は、具体的には数13,数14に従って演算される。 The power converter controller 26e is supplied with three-phase AC voltage values V U , V V , V W [V], three-phase from the voltage measuring device 291e and the current measuring device 292e installed at the connection point of the wind power generation system. Current values I U , I V , I W [A] are taken in. The power converter controller 26e internally generates a voltage amplitude value V abs [rms], a current amplitude value I abs [Arms], an active power (generated power) P [W], and a reactive power Q [ Var] and the like are calculated. Specifically, V abs [Vrms] and I abs [Arms] are calculated according to Equations 13 and 14.

Figure 0004894906
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電力変換器コントローラ26eは、演算した電力変換器出力電流振幅Iabsを、常に電力変換器コントローラ26e内部の所定値ICLR,IOCと比較し、系統側電力変換器283eの過電流現象を検出している。なお所定値には、数15に示すような関係がある。 The power converter controller 26e always compares the calculated power converter output current amplitude I abs with predetermined values I CLR and I OC inside the power converter controller 26e, and detects an overcurrent phenomenon of the system side power converter 283e. is doing. The predetermined value has a relationship as shown in Formula 15.

Figure 0004894906
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系統側電力変換器283eは、図22に示したように、IGBT2833eと還流ダイオード2832e、および電力変換器コントローラ26eから受信した、ゲートパルス信号に従ってIGBTを駆動するゲート駆動回路2831eとで構成されている。IGBT2833eはある一定値以上の電流を流したままでスイッチング動作を行うと、破損する可能性が高まる。そのため、電力変換器コントローラ26eは、過電流を検出した際、系統側電力変換器283eにスイッチング動作を停止させる信号を送る。過電流が発生する原因としては、系統事故や電力変換器構成機器の短絡事故、あるいは電力変換器コントローラ26eの誤作動などがある。   As shown in FIG. 22, system-side power converter 283e is configured with IGBT 2833e, freewheeling diode 2832e, and gate drive circuit 2831e that drives IGBT according to the gate pulse signal received from power converter controller 26e. . If the IGBT 2833e performs a switching operation with a current of a certain value or more flowing, the possibility of breakage increases. Therefore, when detecting the overcurrent, the power converter controller 26e sends a signal for stopping the switching operation to the system-side power converter 283e. The cause of the overcurrent includes a grid fault, a short-circuit fault of the power converter components, or a malfunction of the power converter controller 26e.

図23に、系統事故による電圧低下現象が起こった場合の、Vabs検出値とIabs検出値の動きを示す。図23では、時刻t0に系統事故が発生し、それ以前では、系統電圧Vabsは正常(Vabs=100%)であり、また風力発電システムは定格電力で発電している(Iabs=100%)ものとする。時刻t0以降から電圧低下が始まり、このため系統側電力変換器283eの電流制御性能が悪化し、電流値振幅Iabsが増加をはじめる。系統電圧の低下速度が速い場合、Iabsの増加が早く、図23に示したように、過電流検出Iabs>IOC(時刻t1)のほうが、系統事故検出Vabs<90[%](時刻t2)より早く起こる。このため、風力発電システムは、まず過電流対応の制御モードに制御方式を切り替え、その後、系統電圧低下対応の制御方式に切り替える必要がある。 FIG. 23 shows the movement of the V abs detection value and the I abs detection value when a voltage drop phenomenon due to a system fault occurs. In FIG. 23, a system fault occurs at time t 0 , and before that, the system voltage V abs is normal (V abs = 100%), and the wind power generation system generates power at the rated power (I abs = 100%). The voltage drop starts after time t 0 , so that the current control performance of the grid-side power converter 283e deteriorates and the current value amplitude I abs begins to increase. When the rate of decrease of the system voltage is fast, the increase of I abs is fast, and as shown in FIG. 23, the system fault detection V abs <90 [%] when the overcurrent detection I abs > I OC (time t 1 ). It occurs earlier than (time t 2 ). For this reason, it is necessary for the wind power generation system to first switch the control method to a control mode that supports overcurrent, and then switch to the control method that supports system voltage drop.

図24に、風力発電システムの、過電流検出時の運転のフローチャートを示す。以下で、過電流検出から、発電運転再開までの運転方法の時系列変化を説明する。
1)過電流検出時
電力変換器コントローラ26eが過電流を検出した際、系統側電力変換器283eはゲートブロックをする。系統電圧低下による過電流であれば、ゲートブロックにより電流振幅Iabsは急速に減少する。電流振幅が減少しなかった場合は、過電流発生の原因が、風力発電システム構成機器の故障である可能性が高いため、上位風車コントローラ25eは、遮断器5eに開信号を送り、風力発電システムを停止状態に移行させる。
FIG. 24 shows a flowchart of the operation of the wind power generation system when an overcurrent is detected. Hereinafter, the time series change of the operation method from the overcurrent detection to the restart of the power generation operation will be described.
1) At the time of overcurrent detection When the power converter controller 26e detects an overcurrent, the system side power converter 283e performs a gate block. If the overcurrent is caused by a system voltage drop, the current amplitude Iabs is rapidly reduced by the gate block. If the current amplitude does not decrease, it is highly possible that the cause of the overcurrent is a failure of the wind power generation system component device. Therefore, the upper wind turbine controller 25e sends an open signal to the circuit breaker 5e, and the wind power generation system Is moved to the stopped state.

一方、発電機側電力変換281eは、永久磁石型発電機23eの回転速度により、系統側過電流検出時の運転方法が異なる。永久磁石型発電機23eは、回転速度の増加とともに、誘起電圧が増大する。誘起電圧が発電機側電力変換器281eの出力電圧より大きくなる場合、電力制御ができなくなるため、弱め界磁運転と呼ぶ制御を行う。これは、発電機側電力変換器281eが、永久磁石型発電機23eの固定子に供給する無効電力を制御することにより、端子電圧を下げる運転方式のことである。弱め界磁運転時の発電機端子電圧と無効電力の関係を、図25を用いて説明する。永久磁石型発電機23eの発電機端子電圧は、無負荷時においては回転速度とほぼ比例して増大する。このため、ある回転速度以上では、発電機端子電圧が、発電機側電力変換器281eの出力電圧より大きくなり、発電機の電力制御が困難になる。このため、予め定めた回転速度ωc[rad/sec]より回転速度が大きい運転領域では、発電機側電力変換器281eが、発電機に対して無効電力を供給する。無効電力の供給により、発電機端子電圧の上昇が抑制され、回転速度が高い領域でも、発電機側電力変換器281eによる電力制御を可能とすることができる。なお、図25においては、無効電力を回転速度に対して直線的に出力しているが、弱め界磁運転の無効電力出力方式はこれに限定されるものではなく、別の出力方式を行っても、同様な効果が得られる。   On the other hand, the generator-side power conversion 281e differs in the operation method when detecting the system-side overcurrent depending on the rotational speed of the permanent magnet generator 23e. In the permanent magnet generator 23e, the induced voltage increases as the rotational speed increases. When the induced voltage becomes larger than the output voltage of the generator-side power converter 281e, power control cannot be performed, so control called field weakening operation is performed. This is an operation method in which the generator-side power converter 281e reduces the terminal voltage by controlling the reactive power supplied to the stator of the permanent magnet generator 23e. The relationship between the generator terminal voltage and reactive power during field-weakening operation will be described with reference to FIG. The generator terminal voltage of the permanent magnet generator 23e increases substantially in proportion to the rotational speed when there is no load. For this reason, at a certain rotational speed or higher, the generator terminal voltage becomes larger than the output voltage of the generator-side power converter 281e, making it difficult to control the power of the generator. For this reason, in the operation region where the rotational speed is higher than the predetermined rotational speed ωc [rad / sec], the generator-side power converter 281e supplies reactive power to the generator. The supply of reactive power suppresses an increase in the generator terminal voltage and enables power control by the generator-side power converter 281e even in a region where the rotational speed is high. In FIG. 25, the reactive power is output linearly with respect to the rotational speed, but the reactive power output method of the field weakening operation is not limited to this, and another output method is performed. The same effect can be obtained.

系統側電力変換器283eで過電流が発生した場合、系統側電力変換器283eはゲートブロックをするため、電力系統に電力を供給できない。このため、電力変換器28eの直流部の電圧上昇を抑制するために、発電機側電力変換器281eは、永久磁石型発電機23eからの有効電力の流入を止める必要がある。回転速度が高い場合は、発電機側電力変換器281eは、永久磁石型発電機23eへの無効電力供給を継続しなければならない場合がある。なぜなら、回転速度が上昇し、電力変換器28eの直流電圧より永久磁石型発電機23eの誘起電圧の方が高くなった場合、発電機側電力変換器281eの還流ダイオードを介して、発電機のエネルギーが直流部に流れ込み、直流部の電圧を上昇させてしまうからである。このような場合、弱め界磁運転により端子電圧を下げ、直流部の電圧上昇を抑えることができる。よって、回転速度が高い場合には、発電機側電力変換器281eは、永久磁石型発電機23e端子の有効電力を0[W]に制御し、同時に無効電力制御による弱め界磁運転は継続する。これにより、事故期間中の直流部電圧上昇を抑制し、事故復帰直後の発電機側の電流制御,電力制御が可能となる。なお、永久磁石型発電機23eの回転速度が低く、発電機端子電圧が、電力変換器28eの直流部電圧より低い場合、直流部充電が起こらないため、発電機側電力変換器281eは、ゲートブロックを行い、停止してもよい。   When an overcurrent occurs in the system-side power converter 283e, the system-side power converter 283e performs a gate block, and thus cannot supply power to the power system. For this reason, in order to suppress the voltage rise of the direct current part of the power converter 28e, the generator-side power converter 281e needs to stop the inflow of the active power from the permanent magnet generator 23e. When the rotational speed is high, the generator-side power converter 281e may have to continue the reactive power supply to the permanent magnet generator 23e. This is because when the rotational speed is increased and the induced voltage of the permanent magnet generator 23e is higher than the DC voltage of the power converter 28e, the generator power is changed via the return diode of the generator-side power converter 281e. This is because energy flows into the direct current section and increases the voltage of the direct current section. In such a case, the terminal voltage can be lowered by the field-weakening operation, and the voltage rise in the DC portion can be suppressed. Therefore, when the rotational speed is high, the generator-side power converter 281e controls the active power of the permanent magnet generator 23e terminal to 0 [W], and at the same time, field-weakening operation by reactive power control is continued. . As a result, an increase in DC voltage during the accident period can be suppressed, and current control and power control on the generator side immediately after the accident recovery can be performed. Note that when the rotational speed of the permanent magnet generator 23e is low and the generator terminal voltage is lower than the DC part voltage of the power converter 28e, the DC part charging does not occur, so the generator side power converter 281e You may block and stop.

また、永久磁石型発電機23eの電圧特性によっては、強め界磁運転を行う必要がある。永久磁石型発電機23eは、回転速度の減少とともに、誘起電圧が減少する。このため、回転速度が小さい領域で電力制御を行う場合、多くの電流量が必要となる場合がある。電流量が発電機側電力変換器281eの電流容量制限を上回る場合、電力制御が困難となる。強め界磁運転について示したのが、図26である。強め界磁運転では、回転速度が小さい領域で、発電機端子電圧が上昇する方向に無効電力を出力する。これにより、回転速度が小さい領域でも発電機側電力変換器281eの出力する電流量が少なくてすみ、電力制御が可能となる。   Further, depending on the voltage characteristics of the permanent magnet generator 23e, it is necessary to perform strong field operation. In the permanent magnet generator 23e, the induced voltage decreases as the rotational speed decreases. For this reason, when power control is performed in a region where the rotational speed is low, a large amount of current may be required. When the amount of current exceeds the current capacity limit of the generator-side power converter 281e, power control becomes difficult. FIG. 26 shows the strong field operation. In strong field operation, reactive power is output in a direction in which the generator terminal voltage increases in a region where the rotational speed is low. As a result, even when the rotation speed is low, the amount of current output from the generator-side power converter 281e can be reduced, and power control can be performed.

回転速度が小さい強め界磁運転時に過電流を検出した場合、発電機側電力変換器281eは永久磁石型発電機23e端子の有効電力を0[W]に制御し、同時に強め界磁運転を継続する。これにより、事故中の直流部の電圧を制御することが可能となり、事故復帰直後の発電機側の電流制御,電力制御が容易になる。   If an overcurrent is detected during strong field operation at a low rotation speed, the generator-side power converter 281e controls the effective power of the permanent magnet generator 23e terminal to 0 [W] and continues the strong field operation at the same time. To do. As a result, it is possible to control the voltage of the DC part during the accident, and the current control and power control on the generator side immediately after the accident recovery is facilitated.

一方、過電流発生時は発電機側電力変換器281eの制御により、数10中の有効電力Pがほぼゼロになるため、ローターの回転速度が上昇する。このため、ピッチ角制御器111eは、実施例1で述べたようにローターの回転速度が、運転可能範囲内に維持されるように、ピッチ角を制御する。   On the other hand, when the overcurrent occurs, the active power P in Formula 10 becomes almost zero by the control of the generator-side power converter 281e, so that the rotational speed of the rotor increases. Therefore, the pitch angle controller 111e controls the pitch angle so that the rotational speed of the rotor is maintained within the operable range as described in the first embodiment.

なお、ピッチ角制御の追従の遅れ、あるいは急速な風速の上昇により、ピッチ角制御による過回転抑制が十分でなく、回転速度が過回転になる現象が発生する場合がある。過回転状態が発生した場合、風力発電システムは構成機器保護のため、発電運転を停止し、待機状態に移行する。待機状態に移行する際、永久磁石型発電機23eと発電機側電力変換器281e間にある遮断器295eを開放する。遮断器295eを開放するまでの間は、過回転状態であっても発電機側の弱め界磁運転は継続する。弱め界磁運転を継続することで、発電機側からのエネルギー流入による直流部の電圧上昇を防止するためである。
2)過電流減少から過電流除去まで
電力変換器コントローラ26eは、系統側電力変換器283eのゲートブロック中も数13,数14の演算を行うことで、系統電圧Vabsと系統電流Iabsを観測し続ける。Iabsがあらかじめ定めた所定値ICLRを下回った場合(つまりIabs<ICLR)、電力変換器コントローラ26eは過電流が除去されたと判別する。この際、Vabsの大きさにより、電力系統が電圧低下状態であるか、あるいは正常状態であるかを判別し、その後の制御方式を変更する。
2−1)系統電圧正常時の再始動
過電流除去時の系統電圧振幅Vabsが、あらかじめ定められた所定値VGFより大きかった場合、電力変換器コントローラ26eは系統電圧が正常だと判断し、風力発電システムは発電運転を再開する。
Note that due to a delay in tracking of the pitch angle control or a rapid increase in the wind speed, there is a case in which the overspeed suppression by the pitch angle control is not sufficient and a phenomenon in which the rotation speed becomes overspeed may occur. When an overspeed state occurs, the wind power generation system stops the power generation operation and shifts to a standby state in order to protect the constituent devices. When shifting to the standby state, the circuit breaker 295e between the permanent magnet generator 23e and the generator-side power converter 281e is opened. Until the circuit breaker 295e is opened, the field-weakening operation on the generator side continues even in the overspeed state. This is for continuing the field-weakening operation to prevent an increase in the voltage of the direct current section due to the inflow of energy from the generator side.
2) over-current power converter controller 26e to removed from the overcurrent decrease, the grid-side power converter 283e of the gate block in the number 13, by performing the calculation of the number 14, the system voltage V abs and the system current I abs Continue to observe. When I abs falls below a predetermined value I CLR (ie, I abs <I CLR ), power converter controller 26e determines that the overcurrent has been removed. At this time, it is determined whether the power system is in a voltage drop state or a normal state according to the magnitude of V abs , and the subsequent control method is changed.
2-1) Restart when the system voltage is normal When the system voltage amplitude V abs at the time of overcurrent removal is larger than a predetermined value V GF , the power converter controller 26e determines that the system voltage is normal. The wind power generation system resumes power generation operation.

系統側電力変換器283eは、ゲートブロックを解除し、直流電圧維持制御と、無効電力制御を再開する。また、発電機側電力変換器281eは、再び上位有効電力指令に従った有効電力制御、および無効電力制御を再開する。また、上位風車コントローラ25eは、通常発電運転時のピッチ角指令をピッチ角制御器111eに伝達する。さらに、上位風車コントローラ25eは電力指令を電力変換器コントローラ26eに伝達する。
2−2)系統電圧低下時の再始動
系統電圧低下時の再始動方法は、風力発電システムが接続する電力系統の運用規格によって、変更する必要がある。
The system side power converter 283e releases the gate block and restarts the DC voltage maintenance control and the reactive power control. The generator-side power converter 281e resumes active power control and reactive power control according to the higher-order active power command again. The upper wind turbine controller 25e transmits a pitch angle command during normal power generation operation to the pitch angle controller 111e. Further, the upper wind turbine controller 25e transmits a power command to the power converter controller 26e.
2-2) Restart at the time of system voltage drop The restart method at the time of system voltage fall needs to be changed according to the operation standard of the electric power system which a wind power generation system connects.

系統電圧低下中において、風力発電システムの電力系統からの遮断が規定されている場合は、風力発電システムは、1)に記載したゲートブロック動作を継続し、系統電圧が正常に復帰したら、2−1)と同じ手順で、発電運転を再開させる。ただし系統電圧低下状態が所定時間以上経過した場合は、風力発電システム全体を待機状態に移行させる。   If the system voltage drop is regulated to shut off the wind power generation system from the power system, the wind power generation system continues the gate block operation described in 1), and when the system voltage returns to normal, The power generation operation is resumed in the same procedure as 1). However, when the system voltage drop state has elapsed for a predetermined time or more, the entire wind power generation system is shifted to the standby state.

系統電圧低下中において、風力発電システムが連系しても可能な場合は、系統側電力変換器283eのゲートブロックを解除し、再び直流電圧制御を再開する。発電機側電力変換器281eも、上位有効電力指令に従う有効電力制御と、無効電力制御を再開する。系統電圧低下中は、発電電力の全てを電力系統に供給することができないため、発電システムが過回転に陥りやすい。そのため、ピッチ角制御器111eは、実施例1,2で説明したように、回転速度が運転可能範囲内に維持されるように、ピッチ角を制御する。   If the wind power generation system can be interconnected during the system voltage drop, the gate block of the system side power converter 283e is released, and the DC voltage control is resumed. The generator-side power converter 281e also restarts active power control and reactive power control according to the higher-order active power command. While the system voltage is decreasing, not all of the generated power can be supplied to the power system, so the power generation system tends to over-rotate. Therefore, as described in the first and second embodiments, the pitch angle controller 111e controls the pitch angle so that the rotation speed is maintained within the operable range.

また、系統連系規格が、系統電圧低下中において、風力発電システムの無効電流供給運転を規定している場合もある。このような電力系統に風力発電システムが連系している場合、系統側電力変換器283eはゲートブロックを解除し、無効電力制御は行わずに、直流電圧制御と、無効電流制御を開始する。出力する無効電流量は、系統連系規格により規定されており、この規格に沿った無効電流量を出力する。発電機側電力変換器も、上位有効電力指令に従う有効電力制御と、無効電力制御を再開する。系統電圧低下中は、発電電力の全てを電力系統に供給することができないため、発電システムが過回転に陥りやすい。そのため、ピッチ角制御器111eは、ローターの回転速度が、運転可能範囲内に維持されるように、ピッチ角を制御する。   In addition, the grid interconnection standard may specify the reactive current supply operation of the wind power generation system while the system voltage is decreasing. When the wind power generation system is linked to such a power system, the system-side power converter 283e releases the gate block, and starts DC voltage control and reactive current control without performing reactive power control. The reactive current amount to be output is defined by the grid interconnection standard, and the reactive current amount according to this standard is output. The generator-side power converter also restarts active power control and reactive power control according to the higher-order active power command. While the system voltage is decreasing, not all of the generated power can be supplied to the power system, so the power generation system tends to over-rotate. Therefore, the pitch angle controller 111e controls the pitch angle so that the rotational speed of the rotor is maintained within the operable range.

なお、電力系統の規定によっては、系統電圧低下中において、有効電力の入出力が、電力系統との間でできない場合も考えられる。また無効電流出力を100%要求される場合は、機器の制限により、有効電力はわずかしか入出力できない。数16に有効電力と、電力変換器28eの直流部電圧VDCとの関係を示す。 Depending on the regulations of the power system, there may be a case where active power cannot be input / output to / from the power system while the system voltage is decreasing. When 100% reactive current output is required, only a small amount of active power can be input / output due to device limitations. Equation 16 shows the relationship between the active power and the DC voltage VDC of the power converter 28e.

Figure 0004894906
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DC[V]は電力変換器28eの直流部電圧、C[F]は直流部平滑化コンデンサ282eのコンデンサ容量、PSYS[W]は系統側電力変換器283eから電力系統に出力する有効電力、(つまり風力発電システムの発電電力)、Pgen[W]は発電機側電力変換器281eから電力変換器28eの直流部に入る有効電力、PLOSS[W]は損失により失われるエネルギーである。系統事故中は、系統側電力変換器283eは、系統電圧が低下しているため。発電電力PSYSを定格まで制御することができない。このため、実施例1で説明したように、通常発電運転時は、系統側電力変換器283eが直流部の電圧を制御するが、系統事故中においては、発電機側電力変換器281eが直流電圧制御を行っても良い。
3)系統電圧復帰時の運転方法
電力変換器コントローラ26eは系統電圧低下中も、系統電圧振幅Vabsを監視しており、Vabsがあらかじめ定められた所定値より大きくなった場合、電力変換器コントローラ26eは系統電圧が正常になったと判断し、風力発電システムは発電運転を再開する。つまり、系統側電力変換器283eは直流電圧制御と、無効電力制御を行い、発電機側電力変換器281eは有効電力制御と無効電力制御を行う。
V DC [V] is the DC voltage of the power converter 28e, C [F] is the capacitor capacity of the DC smoothing capacitor 282e, and P SYS [W] is the effective power output from the system power converter 283e to the power system. , (That is, the generated power of the wind power generation system), P gen [W] is the effective power entering the DC part of the power converter 28e from the generator-side power converter 281e, and P LOSS [W] is the energy lost due to loss. . During the grid fault, the grid voltage of the grid-side power converter 283e is low. The generated power P SYS cannot be controlled to the rated value. For this reason, as explained in the first embodiment, during the normal power generation operation, the system-side power converter 283e controls the voltage of the DC unit, but during the system fault, the generator-side power converter 281e is connected to the DC voltage. Control may be performed.
3) Operation method at the time of system voltage recovery The power converter controller 26e monitors the system voltage amplitude V abs even when the system voltage is lowered, and if V abs exceeds a predetermined value, the power converter The controller 26e determines that the system voltage has become normal, and the wind power generation system restarts the power generation operation. That is, the system side power converter 283e performs DC voltage control and reactive power control, and the generator side power converter 281e performs active power control and reactive power control.

一方で系統電圧復帰時は、系統電圧が変動するため、系統側電力変換器283eは過電流を起こしやすい。電力変換器コントローラ26eが過電流を検出した際は、上記で説明したのと同様な手順を行うことにより、風力発電システムは発電運転を再開できる。   On the other hand, since the system voltage fluctuates when the system voltage is restored, the system-side power converter 283e is likely to cause an overcurrent. When the power converter controller 26e detects an overcurrent, the wind power generation system can resume the power generation operation by performing the same procedure as described above.

なお本実施例に示した発明の内容は、ピッチ角制御機能を有する風力発電システムに限定されるものではない。例えば、ピッチ角制御機能を持ないストール機能をもつ風力発電システムに対しても、適応可能である。   The contents of the invention shown in the present embodiment are not limited to the wind power generation system having the pitch angle control function. For example, the present invention can be applied to a wind power generation system having a stall function that does not have a pitch angle control function.

以上のような運転方式をとることにより、系統側電力変換器で過電流が発生した場合であっても、風力発電システムが電力系統に連系したまま運転を継続することが可能である。これにより、風力発電システムの運転時間が長くできるため、発電量が増加する。また系統事故直後の電力供給により、系統全体の安定化に寄与できる。   By adopting the operation method as described above, it is possible to continue the operation while the wind power generation system is connected to the power system even when an overcurrent is generated in the system-side power converter. Thereby, since the operation time of a wind power generation system can be lengthened, electric power generation amount increases. In addition, power supply immediately after a system failure can contribute to the stabilization of the entire system.

なお、以上の発明は永久磁石発電機を用いた風力発電システムへの適用について説明したが、同じように系統側に電力変換器を持つ構成の風力発電システム全て(例えば、図3に示す二次励磁型発電機を持つ全ての風力発電システム、図17に示す直流励磁型同期発電機23cを持つ風力発電システム)に適用できる。   In addition, although the above invention demonstrated the application to the wind power generation system using a permanent magnet generator, all the wind power generation systems of the structure which has a power converter on the system side similarly (for example, the secondary shown in FIG. 3) The present invention can be applied to all wind power generation systems having excitation type generators, and wind power generation systems having DC excitation type synchronous generators 23c shown in FIG.

また、上述した各実施例に示す構成は、各実施例の構成によってのみ効果を奏するものではなく、各実施例を組み合わせることも可能である。   Moreover, the structure shown in each Example mentioned above does not show an effect only by the structure of each Example, It is also possible to combine each Example.

1,1a ローター
2,2a ナセル
3,3a タワー
4,4a,4b,4c,4e 連系トランス
5,5a,5b,5c,5e,284,295b,295c,295e 遮断器
6,6a,6b,6c,6e 電力系統
11,11a1,11b,11c,11e ブレード
12,12a,12b,12c,12e ハブ
21,21a シャフト
22,22a ギヤ
23 二次励磁型発電機
23a,23b,23e 永久磁石型発電機
23c 直流励磁型同期発電機
24,24a,24b,24c,24d,24e 風速計
25,25b,25c,25d,25e,26e 上位風車コントローラ
26,26b,26c,26d 電力変換器コントローラ
27,27b,27c,27d,27e エンコーダ
28,28a,28b,28c,28e 電力変換器
30a,30b,30c 補助電源
41 降圧トランス
111,111b,111c,111d,111e ピッチ角制御器
280c 励磁装置
281,281b,281c,281e 発電機側電力変換器
282,282b,282c,282e 平滑化コンデンサ
283,283b,283c,283e 系統側電力変換器
291,291b,291c,291e 電圧測定器
292,292b,292e,293,293b,293c,293e,294 電流測定器
2501,2501d 平均化演算器
2502,2502d 回転速度指令演算器
2503,2503d ピッチ角指令・電力指令演算器
2504 ピッチ角指令,電力指令切替器
2506,2506a,2506b 異常時ピッチ角指令演算器
2506a1,2506b1,25038d,25064 ピッチ角指令選択器
2506b1,25031,25031d,25062 減算器
2506b3,25063 PI制御器
2601,2601a OR演算器
2602,2602a 電圧振幅演算器
2603,2603a,2604,2604a,2606,2608,2608a,
2609,2609a 比較演算器
2605 電流振幅演算器
2607,2607a 系統周波数検出器
2610a,2611a,2612a 絶対値演算回路
2613a,2614a,2615a ダイオード
2616a コンパレータ
2617a 可変抵抗器
2618a 抵抗器
2619a OR回路
2831 ゲート駆動回路
2832 還流ダイオード
2833 IGBT
25032,25032d ピッチ角指令演算器
25034,25034d 電力指令演算器
25036d,25061 リミッタ
25037d 最大電力指令演算器
26001 異常検出演算器
26002 電力演算器
26003 電力制御演算器
26004 回転速度演算器
26005a,26005b,26005c 過電流検出演算器
26006a,26006b,26006c 過電流検出回路
1, 1a rotor 2, 2a nacelle 3, 3a tower 4, 4a, 4b, 4c, 4e interconnection transformer 5, 5a, 5b, 5c, 5e, 284, 295b, 295c, 295e breaker 6, 6a, 6b, 6c , 6e Power system 11, 11a1, 11b, 11c, 11e Blade 12, 12a, 12b, 12c, 12e Hub 21, 21a Shaft 22, 22a Gear 23 Secondary excitation generator 23a, 23b, 23e Permanent magnet generator 23c DC excitation type synchronous generators 24, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e Anemometers 25, 25b, 25c, 25d, 25e, 26e Upper wind turbine controllers 26, 26b, 26c, 26d Power converter controllers 27, 27b, 27c, 27d, 27e Encoders 28, 28a, 28b, 28c, 28e Power converter 30a 30b, 30c Auxiliary power supply 41 Step-down transformer 111, 111b, 111c, 111d, 111e Pitch angle controller 280c Excitation devices 281, 281b, 281c, 281e Generator side power converters 282, 282b, 282c, 282e Smoothing capacitors 283, 283b , 283c, 283e System side power converters 291, 291b, 291c, 291e Voltage measuring devices 292, 292b, 292e, 293, 293b, 293c, 293e, 294 Current measuring devices 2501, 2501d Averaging calculator 2502, 2502d Rotational speed command Calculators 2503, 2503d Pitch angle command / power command calculator 2504 Pitch angle command / power command switchers 2506, 2506a, 2506b Pitch angle command calculators 2506a1, 2506b, 25038d, 25 at the time of abnormality 064 Pitch angle command selector 2506b1, 25031, 25031d, 25062 Subtractor 2506b3, 25063 PI controller 2601, 2601a OR calculator 2602, 2602a Voltage amplitude calculator 2603, 2603a, 2604, 2604a, 2606, 2608, 2608a,
2609, 2609a Comparison calculator 2605 Current amplitude calculator 2607, 2607a System frequency detector 2610a, 2611a, 2612a Absolute value calculation circuit 2613a, 2614a, 2615a Diode 2616a Comparator 2617a Variable resistor 2618a Resistor 2619a OR circuit 2831 Gate drive circuit 2832 Freewheeling diode 2833 IGBT
25032, 25032d Pitch angle command calculator 25034, 25034d Power command calculator 25036d, 25061 Limiter 25037d Maximum power command calculator 26001 Abnormality detection calculator 26002 Power calculator 26003 Power control calculator 26004 Rotational speed calculators 26005a, 26005b, 26005c Current detection calculator 26006a, 26006b, 26006c Overcurrent detection circuit

Claims (4)

ピッチ角可変のブレードと、前記ブレードと機械的に接続されたローターと、前記ローターによって駆動される同期発電機と、
前記同期発電機に電気的に接続され、前記同期発電機から出力される可変周波数の発電電力を直流電力に変換する発電機側変換器と、
前記発電機側変換器と電力系統とに電気的に接続され、前記直流電力を固定周波数の交流電力に変換する系統側変換器と、を有する風力発電システムの制御方法であって、
電力系統の電圧と電流と周波数の何れか、もしくは前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記ブレードのピッチ角を変更することで前記ローターの回転速度を一定範囲内に制御し、かつ前記発電機側変換器が前記同期発電機への無効電力を制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
A blade having a variable pitch angle, a rotor mechanically connected to the blade, and a synchronous generator driven by the rotor;
A generator-side converter that is electrically connected to the synchronous generator and converts the variable frequency generated power output from the synchronous generator into DC power;
A system-side converter electrically connected to the generator-side converter and a power system and converting the DC power into a fixed-frequency AC power, and a control method for a wind power generation system,
When one of the voltage, current and frequency of the power system, or the detected value of the current of the wind power generation system is an abnormal value,
A wind power generation system characterized in that the rotational speed of the rotor is controlled within a certain range by changing the pitch angle of the blade, and the generator-side converter controls the reactive power to the synchronous generator. Control method.
請求項1において、
前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記系統側変換器はゲートブロックを開始し、かつ前記発電機側変換器が前記同期発電機の端子の有効電力を零に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
In claim 1,
When the detected value of the current of the wind power generation system is an abnormal value,
The system-side converter starts a gate block, and the generator-side converter controls the effective power at the terminal of the synchronous generator to zero.
請求項1において、
前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記発電機側変換器が前記同期発電機への無効電力を制御することにより、前記同期発電機固定子の端子電圧を前記発電機側変換器の運転可能電圧範囲内に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
In claim 1,
When the detected value of the current of the wind power generation system is an abnormal value,
The generator-side converter controls the reactive power to the synchronous generator, thereby controlling the terminal voltage of the synchronous generator stator within the operable voltage range of the generator-side converter. To control the wind power generation system.
請求項1において、
前記風力発電システムの電流の検出値が異常値であるときに、
前記発電機側変換器が前記同期発電機への無効電力を制御することにより、前記同期発電機からの電流量を前記発電機側変換器の電流容量以下に制御することを特徴とする風力発電システムの制御方法。
In claim 1,
When the detected value of the current of the wind power generation system is an abnormal value,
Wind power generation characterized in that the generator-side converter controls reactive power to the synchronous generator, thereby controlling a current amount from the synchronous generator to be equal to or less than a current capacity of the generator-side converter. How to control the system.
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