風(fēng)力發(fā)電用變換裝置、風(fēng)力發(fā)電用控制裝置以及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電用變換裝置、風(fēng)力發(fā)電用控制裝置以及控制方法。即使發(fā)生電力系統(tǒng)的電壓降，也能夠使電力系統(tǒng)穩(wěn)定，使變換器能夠繼續(xù)運行。本發(fā)明的構(gòu)成為具有：系統(tǒng)電壓計算器，其基于系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器的信息對電力系統(tǒng)的電壓狀態(tài)進(jìn)行判定；無效電流指令計算器，其基于風(fēng)車控制裝置WTC的信息輸出無效電流指令。所述無效電流指令計算器，根據(jù)電力系統(tǒng)的電壓降的比例，使輸出的無效電流指令暫時增加，從而改變無效電流追隨指令值的時間。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電用變換裝置、風(fēng)力發(fā)電用控制裝置以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電用變換裝置、風(fēng)力發(fā)電用控制裝置以及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著對再生能源需求的加速，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的建設(shè)在世界各地不斷推進(jìn)。其原因是，在再生能源領(lǐng)域中風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電成本低廉。在風(fēng)力發(fā)電中，一般情況下，是將翼片受到的風(fēng)力能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動能從而使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行發(fā)電，但是由于隨著風(fēng)速以及風(fēng)向的時刻變化，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之變化，因此利用電力變換器以抵抗那樣的變化來得到規(guī)定的電力。使用了這樣的電力變換器的風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電技術(shù)被記載在例如特開2012-102698號公報中。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-102698號公報
[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]在風(fēng)力發(fā)電中，存在由于電力系統(tǒng)的電壓降，導(dǎo)致發(fā)電量與負(fù)載之間失去均衡，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)停止的情況。特別地，在像風(fēng)力場(wind farm)這樣的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)被集中配備的情況下，加劇了發(fā)電量與負(fù)載的不均衡，從而被認(rèn)為有可能向其他風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)擴(kuò)展。
[0008]這樣，在風(fēng)力發(fā)電用變換器的控制中，在發(fā)生了電力系統(tǒng)的電壓降的情況下，一般情況下，存在電力控制暫時變得困難，導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)成為停止?fàn)顟B(tài)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種即使在發(fā)生了電力系統(tǒng)的電壓降之后，也能夠維持發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電用變換裝置、風(fēng)力發(fā)電用控制裝置以及風(fēng)力發(fā)電用變換裝置的控制方法。
[0010]解決課題的手段
[0011]為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電用變換裝置，進(jìn)行電力變換，使得將從風(fēng)力旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的規(guī)定的頻率的發(fā)電電力提供給電力系統(tǒng)，所述風(fēng)力發(fā)電用變換裝置具有:系統(tǒng)電壓運算部，其通過由系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器對所述電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行檢測，來對系統(tǒng)電壓的狀態(tài)進(jìn)行判定；無效電流指令運算部，其基于所述系統(tǒng)電壓運算部的信息，在檢測到所述電力系統(tǒng)中發(fā)生了規(guī)定的電壓降的情況下，運算使所述電力系統(tǒng)的無效電流增加的無效電流指令；和電流控制部，其根據(jù)所述無效電流指令將無效電流提供給所述電力系統(tǒng)。
[0012]發(fā)明效果
[0013]通過本發(fā)明，即使發(fā)生電力系統(tǒng)的電壓降，也不會使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)停止，從而能夠維持發(fā)電。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1是實施例1的電力變換器的說明圖。
[0015]圖2是實施例1的無效電流指令運算器1009的說明圖。
[0016]圖3是實施例1的無效電流指令運算器1009的說明圖。
[0017]圖4是實施例2的無效電流指令運算器1009的說明圖。
[0018]圖5是實施例2的無效電流指令運算器1009的說明圖。
【具體實施方式】
[0019]下面，使用附圖對實施例進(jìn)行說明。
[0020][實施例1]
[0021 ] 使用圖1、圖2和圖3對本實施例進(jìn)行說明。
[0022]<概要構(gòu)成>
[0023]圖1所示的電力變換器1004是由多個裝置構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電用電力變換系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)1003通過軸1002獲取受風(fēng)旋轉(zhuǎn)的扇葉1001的轉(zhuǎn)動能，并由電力變換單元1006對發(fā)電機(jī)1003中發(fā)生的電力進(jìn)行調(diào)整，從而將電力提供給電力系統(tǒng)1005。
[0024]電力變換器1004由電力變換單元1006和控制裝置1007構(gòu)成?？刂蒲b置1007被輸入來自發(fā)電機(jī)側(cè)電流傳感器1013、系統(tǒng)側(cè)電流傳感器1011、系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器1012以及風(fēng)車控制裝置WTC的信息`。另外，雖然在框圖中示出了圖1的控制裝置1007的各構(gòu)成要素，但控制裝置1007也可以由一個或者多個計算機(jī)構(gòu)成，各功能也可以由軟件構(gòu)成。也就是說，各個記為“…器”等的各功能例如是作為一個或者多個計算機(jī)的一部分的功能而成立的。
[0025]電力變換單元1006例如可以是對發(fā)電機(jī)1003的輸出進(jìn)行電力變換的部件，另外也可以是對被提供給發(fā)電機(jī)1003的轉(zhuǎn)子的電力，也就是所謂的次級勵磁的電力進(jìn)行控制的部件。在后者的情況下，以下說明的ACR為針對提供給發(fā)電機(jī)1003的轉(zhuǎn)子的電力的指令。
[0026]<概要功能>
[0027]圖1所示的電力變換單元1006，由控制裝置1007基于來自各傳感器的信息而被控制。系統(tǒng)側(cè)電壓運算器1008基于系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器1012的信息，來運算系統(tǒng)電壓的變化，并將運算結(jié)果輸出給無效電流運算器1010和無效電流指令運算器1009。
[0028]無效電流運算器1010，基于來自發(fā)電機(jī)側(cè)電流傳感器1013、系統(tǒng)側(cè)電流傳感器1011和系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器1012的信息，來計算無效電流，并輸出給加減運算器1014。
[0029]無效電流指令運算器1009，基于風(fēng)車控制裝置WTC和系統(tǒng)電壓運算器1008的信息，來運算無效電流指令值，并且，根據(jù)系統(tǒng)電壓運算器1008的輸出，對通過風(fēng)車控制裝置WTC計算出的無效電流指令和通過系統(tǒng)電壓運算器1008計算出的無效電流指令進(jìn)行切換，并輸出給加減運算器1014。
[0030]加減運算器1014，對來自無效電流運算器1010的電流檢測值與來自無效電流指令運算器1009的指令值的差進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果輸出給無效電力運算器AQR。
[0031]無效電力運算器AQR，基于加減運算器1014的輸出結(jié)果，運算用于控制電力的控制量，并輸出給電流調(diào)整器ACR。
[0032]電流調(diào)整器ACR，基于無效電力調(diào)整器AQR的輸出結(jié)果，運算用于控制電流的控制量，并將控制信號發(fā)送給電力變換單元1006。[0033]上述的無效電力調(diào)整器AQR、電流調(diào)整器ACR，由例如比例積分器構(gòu)成。
[0034]<詳細(xì)功能>
[0035]使用圖2、圖3，對無效電流指令運算器1009進(jìn)行說明。
[0036]圖2表示通過系統(tǒng)電壓運算器1008運算出的系統(tǒng)電壓、通過無效電流運算器計算出的無效電流、和通過無效電流指令運算器1009計算出的無效電流指令的關(guān)系。無效電流指令運算器1009對系統(tǒng)電壓運算器1008中發(fā)生了電壓下降的情況進(jìn)行檢測，當(dāng)殘余電壓為90%以下時，將指令值設(shè)定為100%。此時，針對該指令值，輸出無效電流，但存在無效電流追隨指令值的時間如追隨時間I那樣未控制在規(guī)定時間內(nèi)的情況。這種情況下，對指令值乘以某個倍率，使指令值在一定時間內(nèi)增加，從而能夠?qū)o效電流的追隨時間如追隨時間2那樣控制在規(guī)定時間內(nèi)。此處，90%，100%是示例，也可以根據(jù)各個發(fā)電機(jī)的特性來選擇其他的數(shù)值。下面的實施例中也一樣。
[0037]圖3表示無效電流指令運算器1009的處理流程。在無效電流指令運算器1009中，當(dāng)系統(tǒng)電壓運算器1008的信息被輸入時，進(jìn)行判定3001的判定。在不符合判定3001的情況下，執(zhí)行運算3004并將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在符合判定3001的情況下，執(zhí)行判定3002。在符合判定3002的情況下，執(zhí)行運算3005并將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定3002的情況下，執(zhí)行判定3003。在符合判定3003的情況下，執(zhí)行運算3006并將維持所述無效電流指令在100%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定3003的情況下，將執(zhí)行計算3007(指令值=100% X倍率，指令值增加時間=追隨時間1-規(guī)定時間)的結(jié)果作為無效電流指令，并輸出給加減運算器1014。
[0038]在本實施例1中，由于具備所述〈詳細(xì)功能〉，因此在電力系統(tǒng)電壓下降的時候，能夠使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)運行。
[0039]上述情況中，存在以下技術(shù)特征:(1)根據(jù)電力系統(tǒng)的電壓降的比例，對提供給電力系統(tǒng)的無效電流進(jìn)行改變；(2)將無效電流提供給電力系統(tǒng)時，檢測出在某個固定時間內(nèi)無效電流未到達(dá)無效電流指令，并輸出暫時超過額定的無效電流指令；(3)將無效電流提供給電力系統(tǒng)的時候，檢測出在某個固定時間內(nèi)無效電流未達(dá)到無效電流指令，輸出暫時超過額定的無效電流指令，并且，對輸出的時間進(jìn)行改變；或者(4)將無效電流提供給電力系統(tǒng)的時候，檢測出在某個固定時間內(nèi)無效電流未達(dá)到無效電流指令，輸出暫時超過額定的無效電流指令，并且，對輸出無效電流指令的時間進(jìn)行改變，因無效電流達(dá)到指令值，從而將無效電流指令恢復(fù)到額定。
[0040]另外，在對無效電流指令進(jìn)行改變的情況下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)圖2那樣的控制，則可以補正指令值，或者也可以置換成其他的指令值。
[0041][實施例2]
[0042]使用圖1、圖4、圖5對本實施例進(jìn)行說明。
[0043]<概要構(gòu)成>
[0044]與實施例1相同
[0045]<概要功能>
[0046]與實施例1相同
[0047]<詳細(xì)功能>[0048]使用圖4、圖5，對無效電流指令運算器1009進(jìn)行說明。
[0049]圖4表示通過系統(tǒng)電壓運算器1008運算的系統(tǒng)電壓、通過無效電流計算器計算的無效電流和通過無效電流指令運算器1009計算的無效電流指令的關(guān)系。無效電流指令運算器1009對系統(tǒng)電壓運算器1008中發(fā)生了電壓下降的情況進(jìn)行檢測，當(dāng)殘余電壓為90%以下時，將指令值設(shè)定為100%。此時，針對該指令值，在無效電流的傾斜度比傾斜度A大的情況下，對指令值乘以某個倍率，通過在一定時間內(nèi)增加指令值，能夠減小無效電流的傾斜度并收斂在規(guī)定時間內(nèi)。此處，90%，100%是示例，也可以結(jié)合各個發(fā)電機(jī)的特性而選擇其他的數(shù)值。下面的實施例中也一樣。
[0050][公式]
[0051]傾斜度A = 100% 規(guī)定時間
[0052]圖5表示無效電流指令運算器1009的處理流程。在無效電流指令運算器1009中，當(dāng)系統(tǒng)電壓運算器1008的信息被輸入時,進(jìn)行判定5001的判定。在不符合判定5001的情況下，執(zhí)行運算5004并將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在符合判定5001的情況下，執(zhí)行判定5002。在符合判定5002的情況下，執(zhí)行運算5005并將維持所述無效電流指令在額定無效電流指令0%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定5002的情況下,執(zhí)行判定5003。在符合判定5003的情況下,執(zhí)行運算5006并將維持所述無效電流指令在100%的信息輸出給加減運算器1014。在不符合判定5003的情況下，將執(zhí)行計算5007(指令值=100% X倍率，指令值增加時間=追隨時間-規(guī)定時間)的結(jié)果作為無效電流指令，并輸出給加減運算器1014。
[0053]在本實施例2中，由于具備所述〈詳細(xì)功能〉，因此在電力系統(tǒng)電壓下降的時候，能夠使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)運行。
[0054]符號說明
[0055]1001 扇葉
[0056]1002 軸
[0057]1003 發(fā)電機(jī)
[0058]1004電力變換器
[0059]1005電力系統(tǒng)
[0060]1006電力變換單元
[0061]1007控制裝置
[0062]1008系統(tǒng)電壓運算器
[0063]1009無效電流指令運算器
[0064]1010無效電流運算器
[0065]1011系統(tǒng)側(cè)電流傳感器
[0066]1012系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器
[0067]1013發(fā)電機(jī)側(cè)電流傳感器
[0068]1014加減計算器
[0069]ACR電流調(diào)整器
[0070]AQR無效電力調(diào)整器
[0071]WTC風(fēng)車控制裝置[0072]3001，3002，3003，5001，5002，5003 判定
[0073]3004，3005，3006，3007，5004，5005，5006，5007 運算。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電用變換裝置，進(jìn)行電力變換，使得將由風(fēng)力旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的規(guī)定的頻率的發(fā)電電力提供給電力系統(tǒng)，所述風(fēng)力發(fā)電用變換裝置具有: 系統(tǒng)電壓運算部，其通過由系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器對所述電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行檢測，來對系統(tǒng)電壓的狀態(tài)進(jìn)行判定； 無效電流指令運算部，其基于所述系統(tǒng)電壓運算部的信息，在檢測到所述電力系統(tǒng)中發(fā)生了規(guī)定的電壓降的情況下，運算使所述電力系統(tǒng)的無效電流增加的無效電流指令；和 電流控制部，其根據(jù)所述無效電流指令將無效電流提供給所述電力系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電用變換裝置，其特征在于， 根據(jù)所述電力系統(tǒng)的電壓降的比例，對提供給所述電力系統(tǒng)的無效電流進(jìn)行改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力用變換裝置，其特征在于， 在將無效電流提供給所述電力系統(tǒng)時，檢測出在某個固定時間內(nèi)無效電流未達(dá)到無效電流指令的情況，并輸出暫時超過額定的無效電流指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力用變換裝置，其特征在于， 將無效電流提供給所述電力系統(tǒng)時，檢測出在某個固定時間內(nèi)無效電流未達(dá)到無效電流指令的情況，輸出暫時超過額定的無效電流指令，并且對輸出的時間進(jìn)行改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力用變換裝置，其特征在于， 在將無效電流提供給所述電力系統(tǒng)時，檢測出在某個固定時間內(nèi)無效電流未達(dá)到無效電流指令的情況，輸出暫時超過額定的無效電流指令，并且，對輸出所述無效電流指令的時間進(jìn)行改變，因所述無效電流達(dá)到指令值，從而將所述無效電流指令恢復(fù)到額定。
6.一種風(fēng)力發(fā)電用控制裝置，對電力供給進(jìn)行控制，使得將由風(fēng)力旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的規(guī)定的頻率的發(fā)電電力提供給電力系統(tǒng)，所述風(fēng)力發(fā)電用控制裝置具有: 系統(tǒng)電壓運算部，其通過由系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器對所述電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行檢測，來對系統(tǒng)電壓的狀態(tài)進(jìn)行判定； 無效電流指令計算部，其在基于所述系統(tǒng)電壓運算部的信息，檢測出所述電力系統(tǒng)中發(fā)生了規(guī)定的電壓降的情況下，運算使所述電力系統(tǒng)的無效電流增加的無效電流指令；和 電流控制部，其根據(jù)所述無效電流指令將無效電流提供給所述電力系統(tǒng)。
7.一種風(fēng)力發(fā)電用變換裝置的控制方法，其特征在于， 通過由系統(tǒng)側(cè)電壓傳感器對電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行檢測，來判定基于風(fēng)力的轉(zhuǎn)動能而被提供了規(guī)定的頻率的電力的系統(tǒng)電壓的狀態(tài)，并在基于所述系統(tǒng)電壓運算部的信息，檢測出所述電力系統(tǒng)中發(fā)生了規(guī)定的電壓降的情況下，運算指令實現(xiàn)對所述電力系統(tǒng)增加提供無效電流。
【文檔編號】H02P9/14GK103684155SQ201310328466
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月30日
【發(fā)明者】仲二見信吾, 目黑光 申請人:株式會社日立制作所