JP4774843B2 - 風力発電設備 - Google Patents
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Description
特許文献2は、交流発電機の出力端子(電機子回路を含む、以下同じ)を短絡させても、交流発電機の回転子内の永久磁石が減磁するのを防止することを目的とする短絡装置を開示する。従来の短絡装置のように出力端子を単に短絡させる構成においては、過大な電流が電機子回路から電機子コイルに流れてしまい、回転子の永久磁石が減磁するという問題がある。そこで、特許文献2の短絡装置では、出力端子をコンデンサ・抵抗・リアクトルなどで構成されるインピーダンスを介して短絡することにより、過大な電流が電機子回路から電機子コイルに流れることを防止し、もって回転子内の永久磁石が減磁するのを防止できる、とされている。
ここで最大電力追従制御とは、ある風速における出力電力が最も大きくなるような固有の回転速度となるよう、風車等にかかる負荷を適宜増減させる制御方式をいう。
図6には、風車が風を受けることにより発生するトルク(以下、単に「風車発生トルク」ともいう。)と、発電機の出力端子を短絡させることで発生する風車を減速させようとするトルク(以下、単に「回転制動トルク」ともいう。)との関係を示す。
また風車の回転速度が過大となると、風車等が損傷する恐れを有している(以下、そのような速度を単に「過回転速度」ともいう。)。
一方、上記特許文献2の構成では、回転子内の永久磁石が減磁することを防止しているに過ぎず、突風や強風が発生した場合、制御不可能速度領域へ到達するのをどのように防止するのかに関して記載がない。
一方、風速の加速が長時間に及び、且つ発生する最も大きな回転加速度が突風のそれと比して小である強風(回転加速度変化率は小)が発生する場合にあっては、前記上限値を小さく定めることにより、前記風車等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得る風況に対して、前記短絡装置をもれなく好適に作動させることができる。
従って前記風車等が損傷するのをより確実に防止できる。
図2は本発明の一実施形態に係る風力発電設備の全体構成を示す図である。
図3は本発明の一実施形態に係る風力発電設備の作動に関するフローチャートである。
図4は風況予測機能に関するサブルーチンのフローチャートである。
図5は風車減速または停止に関するサブルーチンのフローチャートである。
図6は風車発生トルクと回転制動トルクとの関係を示す図である。
図7は突風発生時における風車の回転加速度を示す図である。
図8は強風発生時における風車の回転加速度を示す図である。
即ち(1)前記充電制御駆動部43を制御する充電制御機能と、(2)回転速度が正常か否かを判定する回転速度判定機能と、(3)回転速度から突風や強風などの風況を予測する風況予測機能と、(4)回転加速度が正常か否かを判定する回転加速度判定機能と、(5)風車11等の回転を減速または停止させる風車減速停止機能と、を有する。なお当該充電制御機能・回転速度判定機能・風況予測機能は何れも前記回転速度入力部41を介して回転軸15の回転速度を監視するようになっている。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図3のフローに従う。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図3及び図4のフローに従う。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図3のフローに従う。
具体的な動作に関しては後述するが、その動作は図3及び図5のフローに従う。
一方、風速の加速が長時間に及び、且つ発生する最も大きな回転加速度が突風のそれと比して小である強風(回転加速度変化率は小)が発生する場合にあっては、前記上限値を小さく定めることにより、前記風車11等の回転速度が制御不可能速度領域または過回転速度に到達し得る風況に対して、前記短絡装置(短絡制動装置21)をもれなく好適に作動させることができる。
従って前記風車11等が損傷するのをより確実に防止できる。
即ち前述した(1)充電制御機能と、(2)回転速度判定機能と、(3)風況予測機能と、(4)回転加速度判定機能と、(5)風車減速停止機能と、は以下のような処理を行う。
前記回転速度検出器18によって検出された前記回転軸15の回転数が(S303)、前記の回転速度上限値未満であるときは(S304:YES)、風車11の回転へ向けてその他の処理(S305以降)へ移行する。そうでないときは(S304:NO)、風車11の回転を調節し、あるいは完全に停止させる(S400)。
回転軸15の回転速度が回転速度上限値未満であると判断された場合(S304:YES)、図4に示す通りその回転速度に基づいて回転加速度(S306)及び回転加速度変化率(S307)を演算する。突風に見られる回転加速度の変化の特徴を図7に、強風のそれを図8に示す。これらに示されるように、風況の特徴は初期の回転加速度変化率として顕著に現れる。したがって、回転加速度変化率に基づいて風況を早期に予測することが可能となる(S308)。
具体的には図7に示すように回転加速度が急峻に上昇する、即ち加速度変化率が大きいときは、当該風況予測機能(3)は突風に移行しつつあると予測し、また図8に示すように回転加速度が上昇傾向にあり、且つ加速度変化率が比して小さいときは、強風に移行しつつあると予測する。
風況予測機能(3)の予測結果に基づいて、回転加速度上限値を設定する(S310、図7及び図8)。回転加速度が回転加速度上限値以上であるときは(S311:NO)、風車11の回転を停止させる(S400)。そうでないときは(S311:YES)、風車11の回転を継続あるいは開始する(S350)。
例えば、前述の風況予測機能(3)により、突風に移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を大きく設定する。一方、強風に移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を小さく設定する。
例えば突風が発生するとき(図7)は、一般的に風車11の回転加速度を大きく上昇させるが、それは短時間で収束することが多く、風車11が上記の制御不可能速度領域に結局到達しない場合も多い。従って回転加速度上限値を小とすると、上記の制御不可能速度領域に到達し得ない場合でも風車11を減速・停止することとなり、もって風力発電設備100の稼働率を不必要に低下させることとなる。よって、風況が突風へ移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を大きく設定するのである。
一方、強風が発生するとき(図8)は、一般的に風車の回転加速度の上昇は緩やかであるが、加速が長時間にわたって続くことが多く、且つ、加速度のピークは突風のそれに比して小さい。従って回転加速度上限値を大とすると、回転加速度がその上限値まで到達しない間に風車の速度が制御不可能速度領域に到達して、風車11等を損傷する恐れがある。よって、風況が強風へ移行しつつあると予測されたときは、回転加速度上限値を小さく設定するのである。
図3に示すS304又はS311において風力発電設備100の異常状態が検出されたときは(S304:NO、又はS311:NO)、風車11を減速あるいは停止させる(S400)。具体的には図5に示すように短絡駆動部42をOFFにする(短絡用リレー22:短絡状態、S402)。
ここで、風車11を完全に停止させる必要のあるときは、S402とS403との間に処理を一定時間だけ中断するようなタイマー(S402a)を設けることが好ましい。前記タイマーは、回転軸15の回転速度を監視し、完全に停止したことを確認してS403へ移行するように設定されていても良いし、処理を再開する旨の指示があるまで中断を継続しても良い。
19 発電機
21 短絡制動装置
51 演算処理部(風況予測手段等)
100 風力発電設備
Claims (4)
- 風車と発電機とを備え、最大電力追従制御により稼働することが可能な風力発電設備に
おいて、
前記風車の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度に基づいて風況を予測する風況予測手段と、
前記発電機の出力側を短絡させる短絡手段と、
を有し、
前記風況予測手段は、
前記回転速度から回転加速度を推定する加速度推定手段と、
前記回転加速度から回転加速度変化率を推定する加速度変化率推定手段と、を有し、
前記回転加速度変化率から風況を予測するものであり、
前記風況予測手段による予測に基づいて前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする
風力発電設備。 - 前記風況予測手段の予測結果に基づいて前記回転加速度に対する上限値を定め、前記回
転加速度が前記上限値以上である場合に前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とする請
求項1に記載の風力発電設備。 - より大きな前記回転加速度変化率に対して、前記上限値をより大きく定める、ことを特
徴とする請求項2に記載の風力発電設備。 - 前記回転速度が一定値を越えた場合にも、前記短絡手段を作動させる、ことを特徴とす
る請求項1〜3の何れかに記載の風力発電設備。
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