JP2002339855A - System and method for variable speed wind power generation - Google Patents
System and method for variable speed wind power generationInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、可変速風力発電シ
ステム、及び、可変速風力発電方法に関する。The present invention relates to a variable speed wind power generation system and a variable speed wind power generation method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】風力発電の風車は、可変速であることが
系統へ供給する発電電力の変動制御、エネルギー変換効
率の向上の点で好ましい。可変速のために、かご型誘導
発電機が好適に用いられ得る。このような可変速風力発
電システムは、コンバータ出力制御システムが用いられ
ている。コンバータ出力制御システムには、すべり周波
数制御ループを有する電圧・周波数一定制御（Ｖ／Ｆ一
定制御）が一般に用いられている。このようなコンバー
タ出力制御システムには、励磁周波数の生成のために速
度フィードバックが不可欠である。時々刻々に変化する
風速に応じて得られる電力を最大化するように風車回転
数を風速に追従させる速度制御ループを構成する場合に
も、速度フィードバックが不可欠である。2. Description of the Related Art A wind turbine for wind power generation is preferably variable in speed in terms of fluctuation control of generated power supplied to a system and improvement in energy conversion efficiency. For variable speeds, a cage induction generator may be suitably used. Such a variable speed wind power generation system uses a converter output control system. In the converter output control system, voltage / frequency constant control (V / F constant control) having a slip frequency control loop is generally used. In such a converter output control system, speed feedback is indispensable for generating the excitation frequency. Speed feedback is also indispensable when configuring a speed control loop that causes the windmill speed to follow the wind speed so as to maximize the power obtained according to the wind speed that changes every moment.
【０００３】モータ又は発電機の制御のためには、既述
の通り、速度フィードバックが一般的に不可欠である
が、目標速度は風力発電システムの最終目標ではなく、
風任せで発電電力が左右される風力発電機の制御目標
は、その出力電力の最大化である。予測できない入力値
である風力により駆動される発電機ロータの回転出力の
最大化は、目標発電電力の設定により実現することはで
きない。風車発電機の出力電力の最大化制御は、公知の
モータ・発電機の１変数制御と異なり、速度目標発電電
力Ｐと、目標回転数Ｎと、ピッチ角θの３制御対象変数
の制御が必要である。このような３変数同時制御の制御
ロジックは知られていない。[0003] As mentioned above, speed feedback is generally essential for motor or generator control, but the target speed is not the ultimate goal of the wind power system,
The control target of the wind power generator, in which the generated power depends on the wind, is to maximize its output power. Maximizing the rotational output of the generator rotor driven by wind power, which is an unpredictable input value, cannot be achieved by setting the target generated power. The control for maximizing the output power of the wind turbine generator is different from the known one-variable control of the motor / generator, and requires control of three control target variables of the target speed power P, the target rotation speed N and the pitch angle θ. It is. The control logic of such simultaneous control of three variables is not known.
【０００４】可変速風力発電システムの３制御変数の制
御ロジックを持つ技術の確立が求められる。特に風速に
対応して適正出力特に最大化出力を得ることができる制
御ロジックを確立することが望まれる。There is a need to establish a technology having control logic for three control variables of a variable speed wind power generation system. In particular, it is desired to establish a control logic capable of obtaining an appropriate output, particularly a maximized output, corresponding to the wind speed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、３制
御変数の制御ロジックを持つ技術を確立することができ
る可変速風力発電システム、及び、可変速風力発電方法
を提供することにある。本発明の他の課題は、風速に対
応して適正出力特に最大化出力を得ることができる制御
ロジックを確立することができる可変速風力発電システ
ム、及び、可変速風力発電方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a variable-speed wind power generation system and a variable-speed wind power generation method capable of establishing a technology having control logic of three control variables. Another object of the present invention is to provide a variable-speed wind power generation system and a variable-speed wind power generation method capable of establishing a control logic capable of obtaining an appropriate output, particularly a maximum output, corresponding to a wind speed. is there.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。Means for solving the problem are described as follows. The technical items appearing in the expression are appended with numbers, symbols, and the like in parentheses (). The numbers, symbols, and the like are technical items that constitute at least one embodiment or a plurality of the embodiments of the present invention, in particular, the embodiments or the examples. Corresponds to the reference numerals, reference symbols, and the like assigned to the technical matters expressed in the drawings corresponding to the above. Such reference numbers and reference symbols clarify the correspondence and bridging between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence / bridge does not mean that the technical matters described in the claims are interpreted as being limited to the technical matters of the embodiments or the examples.
【０００７】本発明による可変速風力発電システムは、
風速に対応する風車パラメータを設定する設定器（１
５，１６）と、誘導発電機（１）の発電電力を計算する
演算器（２２）と、風車パラメータと発電電力と誘導発
電機（１）の回転数とに基づいて回転数制御指令を計算
する回転数制御指令計算器（８）とから構成されてい
る。風車パラメータは、風速（Ｖ）により記述される出
力設定値Ｐ（Ｖ）と回転数設定値Ｎ（Ｖ）とピッチ角設
定値θ（Ｖ）の３変数のみから形成され、又は、風車パ
ラメータは、風速（Ｖ）により記述される出力設定値Ｐ
（Ｖ）と回転数設定値Ｎ（Ｖ）とピッチ角設定値θ
（Ｖ）の３変数を含んでいる。[0007] The variable speed wind power generation system according to the present invention comprises:
A setting device (1) for setting the windmill parameters corresponding to the wind speed
5, 16), a calculator (22) for calculating the generated power of the induction generator (1), and a rotation speed control command based on the wind turbine parameters, the generated power and the rotation speed of the induction generator (1). And a rotation speed control command calculator (8). The windmill parameter is formed from only three variables: an output set value P (V) described by a wind speed (V), a rotation speed set value N (V), and a pitch angle set value θ (V). , Output set value P described by wind speed (V)
(V), rotation speed setting value N (V), and pitch angle setting value θ
(V).
【０００８】誘導発電機の発電機出力ＰＲＡＴと発電機
回転数ＮＧに対する出力設定値Ｐ（Ｖ）と回転数設定値
Ｎ（Ｖ）の大小関係に基づいて、風車（２）に対するピ
ッチ角指令（θＳＥＴ）と誘導発電機（１）に対する出
力指令（ＰＳＥＴ）をそれぞれの設定範囲に制限するリ
ミッタ（３４，３８）が追加されている。このような制
限ロジックにより、過大な回転数上昇を防止することが
できる。[0008] Based on the magnitude relation of the induction generator of the generator output P RAT and the output setting for the generator speed N G value P (V) and the rotation speed setting value N (V), the pitch angle for the wind turbine (2) Limiters (34, 38) for limiting the command (θ SET ) and the output command (P SET ) to the induction generator (1) to respective setting ranges are added. With such a restriction logic, an excessive increase in the number of rotations can be prevented.
【０００９】２条件ａ，ｂ： ａ：ＰＳＥＴ１≧ＰＲＡＴ、且つ、ＮＧ≧ＮＳＥＴ１ ｂ：ＰＳＥＴ１＜ＰＲＡＴ、又は、ＮＧ＜ＮＳＥＴ１ が設定され、条件ａが充足される場合、回転数設定値Ｎ
ＳＥＴ１とピッチ角設定値θＳＥＴ１とに基づいてピッ
チ角指令（θＳＥＴ）が適正に設定範囲に制限され、条
件ｂが充足される場合、回転数設定値ＮＳＥＴ１と出力
設定値ＰＳＥＴ１とに基づいて出力指令ＰＳＥＴが適正
に設定範囲に制限される。出力最大を得る制御を優先し
ながら、このような簡素な条件ロジックにより、過大な
速度上昇を効果的に抑制することができる。Two conditions a, b: a: PSET1≧ PRATAnd NG≧ NSET1 b: PSET1<PRATOr NG<NSET1 Is set and if the condition a is satisfied, the rotation speed set value N
SET1And pitch angle setting value θSET1And based on
Angle command (θSET) Is properly restricted to the setting range,
If the condition b is satisfied, the rotation speed set value NSET1And output
Set value PSET1Output command P based onSETIs appropriate
Is limited to the setting range. Give priority to the control to obtain the maximum output
However, such a simple conditional logic
Speed rise can be effectively suppressed.
【００１０】本発明による可変速風力発電方法は、シミ
ュレーション等により風速Ｖに対して個々の風力発電塔
ｊについて３変数の適正な組合せ（出力Ｐｊ（Ｖ）−回
転数Ｎｊ（Ｖ）−ピッチ角θｊ（Ｖ））を規定し又は取
得するステップと、その組合せ（出力Ｐｊ（Ｖ）−回転
数Ｎｊ（Ｖ）−ピッチ角θｊ（Ｖ））に基づいて風力発
電塔ｊの発電機の出力を制御するステップとから構成さ
れている。出力の制御は、出力に対応する回転数の制
御、又は、出力に対応する回転数とピッチ角によって実
行される。誘導発電機の定格出力ＰＲＡＴと発電機回転
数ＮＧに対する出力Ｐ（Ｖ）と回転数Ｎ（Ｖ）の大小関
係に基づいて、風車に対するピッチ角指令と誘導発電機
に対する出力指令をそれぞれの設定範囲に制限する。そ
の取得するステップは、風力発電塔ｊに別々に共通のコ
ンピュータによりピッチ角θｊと回転数Ｎｊとを通信回
線（５３）を通じて指令し、出力Ｐｊを取得するステッ
プを備えている。風力発電塔ｊの制御ユニットに別々に
組合せ（出力Ｐｊ（Ｖ）−回転数Ｎｊ（Ｖ）−ピッチ角
θｊ（Ｖ））をコンピュータ（５１）により通信回線
（５３）を介して設定する。このような手法により、全
世界的に、国別に、又は、単位地方ごとに拠点として配
備される研究所内又は事業所内の共通の単一のコンピュ
ータが統括して、シミュレーションを実行し、シミュレ
ーションに基づいて、その後の最適制御を無人的に実行
することができ、又は、パラメータの変更を現地派遣な
しに中央研究所から実行することができ、更には、電力
需要に対応して個々の風力発電塔の出力をグローバルに
制御することができる。各発電塔には、そのようなステ
ップを実行するプログラムを記載した記録媒体が持ち込
まれ得る。In the variable speed wind power generation method according to the present invention, an appropriate combination of three variables (output Pj (V) -rotational speed Nj (V) -pitch angle) for each wind power tower j with respect to wind speed V by simulation or the like. θj (V)) and the output of the generator of the wind turbine tower j based on the combination (output Pj (V) −rotational speed Nj (V) −pitch angle θj (V)). And controlling. The output is controlled by controlling the number of rotations corresponding to the output, or by controlling the number of rotations and the pitch angle corresponding to the output. Based on the magnitude relationship between the rated output P RAT of the induction generator and the output P (V) and the rotation speed N (V) with respect to the generator rotation speed NG , a pitch angle command for the wind turbine and an output command for the induction generator are respectively determined. Limit to the setting range. The acquiring step includes a step of instructing the pitch angle θj and the number of revolutions Nj through a communication line (53) by a computer which is separately common to the wind power tower j, and acquiring an output Pj. The combination (output Pj (V) -rotational speed Nj (V) -pitch angle θj (V)) is separately set in the control unit of the wind power tower j by the computer (51) via the communication line (53). By such a method, a common single computer in a research laboratory or business site deployed as a base worldwide, by country, or by unit region, performs simulation, executes simulation, and executes simulation based on the simulation. The subsequent optimal control can be performed unattended, or parameter changes can be performed from the central laboratory without on-site dispatch, and furthermore, individual wind power towers can be Can be controlled globally. Each power tower can be brought with a recording medium describing a program for performing such steps.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図に対応して、本発明による可変
速風力発電システムの実施の形態は、誘導発電機がコン
バータ制御器とともに設けられている。その誘導発電機
１は、図１に示されるように、風車２の出力軸に変速機
３を介して軸結合している。風車２は、可変ピッチ回転
翼である。風速又は風力に対応して可変ピッチ回転翼の
ピッチ角が制御される。コンバータ４が、誘導発電機１
に制御的に結合している。コンバータ４は、インバータ
５と変圧器６とを介して出力系統７に接続している。コ
ンバータ制御器８は、コンバータ４に制御的に接続して
いる。インバータ制御器９は、インバータ５に制御的に
接続している。ピッチ角は、コンバータ制御器８と独立
した公知のメカ的駆動機構（例示：油圧機構、電動機駆
動機構、図示されず）により機械的に制御され、メカ的
駆動機構の駆動部分は、ピッチ角指令の電気信号により
制御的に駆動される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Corresponding to the drawings, an embodiment of a variable speed wind power generation system according to the present invention is provided with an induction generator together with a converter controller. The induction generator 1 is axially coupled to an output shaft of a wind turbine 2 via a transmission 3 as shown in FIG. The windmill 2 is a variable pitch rotor. The pitch angle of the variable pitch rotor is controlled according to the wind speed or the wind force. Converter 4 is an induction generator 1
Controllably linked to Converter 4 is connected to output system 7 via inverter 5 and transformer 6. Converter controller 8 is controllably connected to converter 4. The inverter controller 9 is controllably connected to the inverter 5. The pitch angle is mechanically controlled by a known mechanical drive mechanism (e.g., a hydraulic mechanism, an electric motor drive mechanism, not shown) independent of the converter controller 8, and the drive portion of the mechanical drive mechanism outputs a pitch angle command. Is driven in a controlled manner by the electric signal.
【００１２】誘導発電機１には、速度センサ１１が付属
している。速度センサ１１は、シミュレーションによる
性能確認のためだけでなく、回転数制御のフィードバッ
ク信号として用いられる。回転数制御が速度センサレス
に行われる場合には、フィードバック回転数（速度）信
号は、実測検出に対してよらずに計算により推定され
る。速度センサ１１は、実回転数ωｒをリアルタイムに
出力する。実回転数ωｒは、コンバータ制御器８に入力
される。風車２の有効近傍に、風速計１２が配置されて
いる。風速計１２は、リアルタイムに風速Ｖｗを出力す
る。風速Ｖｗは、コンバータ制御器８に入力される。The induction generator 1 is provided with a speed sensor 11. The speed sensor 11 is used not only for performance confirmation by simulation but also as a feedback signal for the rotation speed control. When the rotation speed control is performed without a speed sensor, the feedback rotation speed (speed) signal is estimated by calculation without depending on actual measurement detection. Speed sensor 11 outputs the actual revolution speed omega r in real time. The actual rotation speed ω r is input to the converter controller 8. An anemometer 12 is arranged near the effective position of the windmill 2. Anemometer 12, and outputs the wind speed V w in real-time. The wind speed Vw is input to the converter controller 8.
【００１３】図２は、誘導発電機１の出力電圧ｖｇと出
力電流ｉｇとを用いて、物理的検出によらずに数学的検
出により誘導発電機１の出力回転数を速度センサレスに
求めその出力回転数を回転数推定値ωｒｅ ｅｓｔとして
計算して出力するコンバータ制御器８の詳細を示してい
る。[0013] Figure 2, using the output voltage v g of the induction generator 1 and the output current i g, obtains the output speed of the induction generator 1 by mathematical detection without depending on physical detection of the speed sensorless The details of the converter controller 8 which calculates and outputs the output rotation speed as a rotation speed estimation value ω re est are shown.
【００１４】誘導発電機１の出力電圧ｖｇと出力電流ｉ
ｇは、適応二次磁束オブザーバ１７に入力されている。
適応二次磁束オブザーバ１７は、出力電圧ｖｇと出力電
流ｉ ｇとに基づいて、回転数推定値ωｒｅ ｅｓｔを計算
によって出力することができ、速度センサレス化を可能
にしている。コンバータ制御器８は、回転数推定値ω
ｒｅ ｅｓｔ又は実測回転数速度値に基づいて、電圧指令
ｖｇ ｒｅｆを出力することができる。Output voltage vg and output current i of induction generator 1
g is input to the adaptive secondary magnetic flux observer 17.
The adaptive secondary magnetic flux observer 17 outputs the output voltage vgAnd output power
Flow i gAnd the rotational speed estimated value ωre estCalculate
Output by speed sensorless
I have to. The converter controller 8 calculates the estimated rotational speed ω
re estOr, based on the measured speed value,
vg refCan be output.
【００１５】電力指令ＰＳＥＴと、実データから演算さ
れた電力推定値Ｐｅｓｔとは、第２減算器２１に入力さ
れる。第２減算器２１は、（ＰＳＥＴ−Ｐｅｓｔ）（＝
ΔＰ）を計算する。電力推定値Ｐｅｓｔは、電力演算器
２２により計算される。電力演算器２２は、出力電圧ｖ
ｇと出力電流ｉｇとに基づいて電力推定値Ｐｅｓｔを計
算により求める。The power command P SET and the estimated power value P est calculated from the actual data are input to a second subtractor 21. The second subtractor 21 calculates (P SET −P est ) (=
ΔP) is calculated. The power estimation value P est is calculated by the power calculator 22. The power calculator 22 calculates the output voltage v
An estimated power value P est is calculated based on g and the output current ig.
【００１６】ΔＰは、比例微分微分器２３に入力され
る。比例微分微分器２３は、ΔＰを比例微分積分して、
滑り変化相当分である回転数制御指令（又は速度制御指
令）ω ｓを計算する。回転数制御指令ωｓは、適応二次
磁束オブザーバ１７が出力する回転数推定値ωｒｅ
ｅｓｔとともに第３減算器２４に入力される。第３減算
器２４は、（ωｓ−ωｒｅ ｅｓｔ）を計算する。コンバ
ータ制御器８は、Ｖ／Ｆ関数器２５を介して、（ωｓ−
ωｒｅ ｅｓｔ）に対応する電圧指令ｖｇ ｒｅｆを出力す
る。この電圧指令ｖｇ ｒｅｆが、図１に示されるよう
に、コンバータ制御器８から出力されてコンバータ４に
入力される。シミュレーションを実行する場合には、入
力選択器２６により、ωｒｅ ｅｓｔに代えられて誘導機
回転数実測値ωｒ ｇが選択され、誘導機回転数実測値ω
ｒｇが第３減算器２４に入力される。ΔP is input to a proportional differentiator 23.
You. The proportional differential differentiator 23 performs a proportional differential integration of ΔP,
The rotational speed control command (or the speed control finger) corresponding to the slip change
Command) ω sIs calculated. Speed control command ωsIs the adaptive secondary
Estimated rotational speed ω output by magnetic flux observer 17re
estIs input to the third subtractor 24. Third subtraction
The container 24 is (ωs−ωre est) Is calculated. Comba
The data controller 8 receives (ω) via the V / F function unit 25.s−
ωre est) Corresponding to the voltage command vg refOutput
You. This voltage command vg refIs as shown in FIG.
And output from the converter controller 8 to the converter 4
Will be entered. When running a simulation,
By the force selector 26, ωre estInduction machine instead of
Actual number of rotations ωr gIs selected, and the induction machine rotation speed measured value ω
rgIs input to the third subtractor 24.
【００１７】図３は、電力・速度指令器１４の各指令値
と風速の対応ロジックを示している。対応表の複数の対
応値は、理論的に又は経験則的に定められ、実機から得
られるデータに基づいてより適正に更新され得る。風速
Ｖｗは、１分程度の平均値として、移動平均器２７から
出力される。風速平均値は、第１関数器２８と第２関数
器２９と第３関数器３１とに入力される。第１関数器２
８と第２関数器２９と第３関数器３１は、風速に対応す
る最適出力値と最適回転数と最適ピッチ角とを既定の関
数関係によりそれぞれに計算する計算機であり、又は、
その計算により求められている最適出力値と最適回転数
と最適ピッチ角とをそれぞれに有する対応表である。FIG. 3 shows the logic corresponding to each command value of the power / speed commander 14 and the wind speed. The plurality of correspondence values in the correspondence table are determined theoretically or empirically, and can be updated more appropriately based on data obtained from the actual machine. The wind speed Vw is output from the moving averager 27 as an average value of about one minute. The wind speed average value is input to the first function unit 28, the second function unit 29, and the third function unit 31. First function unit 2
8, the second function unit 29, and the third function unit 31 are computers that respectively calculate an optimum output value, an optimum rotation speed, and an optimum pitch angle corresponding to the wind speed by a predetermined functional relationship, or
It is a correspondence table having an optimum output value, an optimum rotation speed, and an optimum pitch angle obtained by the calculation.
【００１８】風速Ｖｗは、個々の風力発電システムの発
電機個性、メカ全体の機械的個性のような個々に異なる
物理的特性に基づいて、最適切に最大化される発電出力
Ｐ、その発電出力Ｐを得るための出力回転数Ｎ、そのよ
うな発電出力Ｐと出力回転数Ｎを得るためのピッチ角θ
が概ね一意的に定められている。風速Ｖを記述する関数
Ｖ（Ｐ，Ｎ，θ）は、一般的に１価関数であるとは限ら
ない。従って、 Ｐ＝Ｆｘ１（Ｖ）＝Ｐ（Ｖ） Ｐ＝Ｆｘ２（Ｖ）＝Ｎ（Ｖ） Ｐ＝Ｆｘ３（Ｖ）＝θ（Ｖ） によりそれぞれに一意的に３変数（Ｐ，Ｎ，θ）が決定
されるとは限らない。The wind speed Vw is determined by the power output P, which is optimally maximized, based on the individual characteristics of the generator of each wind power generation system and the individual physical characteristics such as the mechanical characteristics of the entire mechanism. Output rotational speed N for obtaining output P, pitch angle θ for obtaining such power generation output P and output rotational speed N
Is generally uniquely determined. The function V (P, N, θ) describing the wind speed V is generally not necessarily a monovalent function. Therefore, P = Fx1 (V) = P (V) P = Fx2 (V) = N (V) P = Fx3 (V) = θ (V) Each of the three variables (P, N, θ) is unique. Is not always determined.
【００１９】目標制御３変数（Ｐ，Ｎ，θ）は、風速Ｖ
に対応して経験則的に、一意的に、人為的に決定されて
いる。このような決定は、現場主任、派遣社員、世界的
に統括管理する研究所の所員又は研究所のコンピュータ
により変更自在に決定される。個々の風力発電機の個性
的物理的特性、使用年数、風向傾向を示す季節のような
要因に基づいて、３関数形は可変的であることが好まし
い。The three variables (P, N, θ) of the target control are the wind speed V
It is determined empirically, uniquely, and artificially corresponding to. Such a decision can be freely changed by a site supervisor, a temporary staff, a staff member of a research institute that oversees and manages worldwide, or a computer of the research institute. Preferably, the three-function form is variable based on factors such as the individual physical characteristics of the individual wind generators, the age of use, and the seasonal direction of the wind direction.
【００２０】このような関数形又はテーブルにより、出
力設定値ＰＳＥＴ１と回転数設定値ＮＳＥＴ１とピッチ
角設定値θＳＥＴ１とが一意的に設定される： ＰＳＥＴ１＝Ｆｘ１（Ｖ） ＰＳＥＴ１＝Ｆｘ２（Ｖ） ＰＳＥＴ１＝Ｆｘ３（Ｖ）With such a function form or table, the output set value P SET1 , the rotational speed set value N SET1, and the pitch angle set value θ SET1 are uniquely set: P SET1 = Fx1 (V) P SET1 = Fx2 (V) P SET1 = Fx3 (V)
【００２１】第１関数器２８は、既述の電力指令Ｐ
ｒｅｆに対応する出力設定値ＰＳＥＴ１を出力して図３
と図４と図５に示されるロジックに基づいて指令信号を
出力する指令器１５に設定し、第２関数器２９は既述の
速度指令ωｒ ｒｅｆに対応する回転数設定値ＮＳＥＴ１
を指令器１５に設定する。第３関数器３１は、ピッチ角
設定値θＳＥＴ１を設定する。ピッチ角は、図２に示さ
れる制御回路とは独立した既述の回転翼ピッチ角駆動系
に入力される。The first function unit 28 receives the power command P
The output set value P SET1 corresponding to ref is output and FIG.
And the command unit 15 that outputs a command signal based on the logic shown in FIGS. 4 and 5, and the second function unit 29 sets the rotation speed set value N SET1 corresponding to the speed command ω r ref described above.
Is set in the command device 15. The third function unit 31 sets a pitch angle setting value θ SET1 . The pitch angle is input to the above-described rotor blade pitch angle drive system independent of the control circuit shown in FIG.
【００２２】図４と図５は、風速により定められる３制
御変数（Ｐ，Ｎ，θ）が既述の決定方式により好ましく
決定されない条件にある場合に、出力設定値ＰＳＥＴ１
と回転数設定値ＮＳＥＴ１とピッチ角設定値θＳＥＴ１
とに基づいて、出力指令ＰＳ ＥＴとピッチ角指令θ
ＳＥＴを出力するロジックを示している。定格出力はＰ
Ｒ ＡＴで表され、発電機回転数はＮＧで表される。FIGS. 4 and 5 show the output set value P SET1 when the three control variables (P, N, θ) determined by the wind speed are not preferably determined by the above-described determination method.
, Rotational speed set value N SET1 and pitch angle set value θ SET1
Based on the bets, the output command P S ET and the pitch angle command θ
The logic which outputs SET is shown. Rated output is P
Represented by R AT, generator speed is represented by N G.
【００２３】図４は、ロジック１を示している。 ロジック１（ＰＳＥＴ１≧ＰＲＡＴ、且つ、ＮＧ≧Ｎ
ＳＥＴ１）：第１ロジック用減算器３２で、（Ｎ
ＳＥＴ１−ＮＧ）が計算され、その減算値は比例積分さ
れ、その比例積分値は第１ロジック用加算器３３でθ
ＳＥＴ１に加算され、その加算値は、例えば、−１０゜
≧θ≧−９０゜を規定する第１リミッタ３４を介してピ
ッチ角指令値θＳＥＴとして出力される。この場合、Ｐ
ＳＥＴ １は、１／変換効率器３５を介して出力指令Ｐ
ＳＥＴとして出力される。出力指令ＰＳＥＴに基づい
て、誘導発電機１の出力が制御される。出力指令Ｐ
ＳＥＴは、コンバータ４に入力される。風速が速く、出
力が過大になるような条件下では、小さ目に設定される
回転数設定値ＮＳＥＴ１に対応してピッチ角θを大きく
することにより、回転数の過大な増大を抑制する。FIG. 4 shows logic 1. Logic 1 (P SET1 ≧ P RAT and NG ≧ N
SET1 ): In the first logic subtractor 32, (N
SET1− NG ) is calculated, the subtracted value is proportionally integrated, and the proportionally integrated value is calculated by the first logic adder 33 as θ.
Is added to SET1, the added value is, for example, is output as a pitch angle command value theta SET through a first limiter 34 which defines -10 ° ≧ theta ≧ -90゜Wo. In this case, P
SET 1 outputs an output command P via a 1 / conversion efficiency unit 35.
Output as SET . The output of induction generator 1 is controlled based on output command PSET . Output command P
SET is input to converter 4. Under conditions where the wind speed is high and the output is excessive, an excessive increase in the rotational speed is suppressed by increasing the pitch angle θ corresponding to the rotational speed set value N SET1 which is set to a smaller value.
【００２４】図５は、ロジック２を示している。 ロジック２（ＰＳＥＴ１＜ＰＲＡＴ、又は、ＮＧ＜Ｎ
ＳＥＴ１）：第２ロジック用減算器３６で、（ＮＧ−Ｎ
ＳＥＴ１）が計算され、その減算値は比例積分され、そ
の比例積分値は第２ロジック用加算器３７でＰＳＥＴ１
に加算され、その加算値は、０≦ＰＳＥＴ≦ＰＲＡＴを
規定する第２リミッタ３８を介し、更に、他の１／変換
効率器３９を介して、出力指令ＰＳＥＴとして出力され
る。この場合、θＳＥＴ１は、そのままにピッチ角指令
θＳＥＴとして出力される。風速が遅く、回転数が過大
に設定されるような条件下では、ピッチ角θを設定値θ
ＳＥＴ１に保持して、電力出力の過大な増大を抑制し、
回転数の過大な増大を抑制する。FIG. 5 shows the logic 2. Logic 2 (P SET1 <P RAT or NG <N
SET1 ): In the second logic subtractor 36, ( NG− N)
SET1 ) is calculated, the subtracted value is proportionally integrated, and the proportionally integrated value is added to the second logic adder 37 by P SET1.
, And the added value is output as an output command P SET via a second limiter 38 that satisfies 0 ≦ P SET ≦ P RAT , and further via another 1 / conversion efficiency unit 39. In this case, θ SET1 is output as it is as pitch angle command θ SET . Under conditions where the wind speed is slow and the number of revolutions is set too high, the pitch angle θ is set to the set value θ.
SET1 to suppress excessive increase in power output,
Excessive increase in the number of rotations is suppressed.
【００２５】このようなロジックによれば、最大電力を
得るために回転数が定格回転数を上回ってシステムの耐
久性を劣化させることがない。According to such a logic, the rotation speed does not exceed the rated rotation speed in order to obtain the maximum power, and the durability of the system is not degraded.
【００２６】図４は、本発明による可変速風力発電方法
の統括的運転ネットワークを示している。風力発電シス
テム研究所５１と全世界的に展開され配置されている風
力発電塔５２−１〜ｎとの間に、通信ネットワーク５３
が設けられている。適正時期に発電量を最大化するシミ
ュレーションが各風力発電塔５２−１〜ｎについて風力
発電システム研究所５１により実行される。風力発電シ
ステム研究所５１は、風速の各レベルで、各風力発電塔
５２−ｊに多様な組合せでピッチ角指令θｊ−回転数指
令Ｎｊを送信し、その組合せにより得られる電力Ｐｊを
測定し、３変数組合せのピッチ角θｊ−回転数Ｎｊ−電
力Ｐｊを集計して、最大電力Ｐｍａｘを得る組合せであ
るピッチ角Ｐｊ−回転数Ｎｊ−電力Ｐｍａｘを取得す
る。風力発電システム研究所５１は、風力発電塔５２−
１〜ｎについて、その組合せとして既述の関数形を取得
する： ＰＳＥＴ１，１＝Ｆｘ１（Ｖ１） ＰＳＥＴ１，２＝Ｆｘ２（Ｖ１） ＰＳＥＴ１，２＝Ｆｘ３（Ｖ１） ・・・ ・・・ ・・・ ＰＳＥＴ１，ｎ＝Ｆｘ１，ｎ（Ｖｎ） ＰＳＥＴ１，ｎ＝Ｆｘ２，ｎ（Ｖｎ） ＰＳＥＴ１，ｎ＝Ｆｘ３，ｎ（Ｖｎ）FIG. 4 shows a general operation network of the variable speed wind power generation method according to the present invention. A communication network 53 is provided between the wind power generation system laboratory 51 and the wind power towers 52-1 to n that are deployed and arranged worldwide.
Is provided. A simulation for maximizing the power generation amount at an appropriate time is executed by the wind power generation system laboratory 51 for each of the wind power towers 52-1 to 52-1-n. The wind power generation system laboratory 51 transmits the pitch angle command θj-the rotation speed command Nj in various combinations to each wind power tower 52-j at each level of the wind speed, and measures the power Pj obtained by the combination, The pitch angle θj−rotational speed Nj−power Pj of the three-variable combination is totaled to obtain a pitch angle Pj−rotational speed Nj−power Pmax which is a combination for obtaining the maximum power Pmax. The wind power generation system research institute 51
For 1 to n, the above-described function form is obtained as a combination thereof: P SET1,1 = Fx1 (V1) P SET1,2 = Fx2 (V1) P SET1,2 = Fx3 (V1) ... ··· P SET1, n = Fx1, n (Vn) P SET1, n = Fx2, n (Vn) P SET1, n = Fx3, n (Vn)
【００２７】このように得られた関数形は、風力発電シ
ステム研究所５１から風力発電塔５２−ｊに送信され
る。各風力発電塔５２−ｊは、個々に自ら、関数形と既
述の拘束ロジック条件に基づいて最適切発電を行う。The function form thus obtained is transmitted from the wind power generation system laboratory 51 to the wind power tower 52-j. Each of the wind power towers 52-j individually performs the most appropriate power generation based on the function form and the constraint logic conditions described above.
【００２８】[0028]
【発明の効果】本発明による可変速風力発電システム、
及び、可変速風力発電方法は、風速に対応して適正に最
大になる電力を得ることができる。更に、風速が過度に
速い場合、風速が過度に遅い場合、回転数は過大に増大
しない。グローバルに事業を展開することができ、特
に、無人島、砂漠、海洋上、人が近づくことが不便であ
る断崖絶壁上の発電を促進することができる。The variable speed wind power generation system according to the present invention,
In addition, the variable-speed wind power generation method can obtain power appropriately maximizing the wind speed. Furthermore, when the wind speed is excessively high or when the wind speed is excessively low, the rotation speed does not increase excessively. It can operate globally, especially on uninhabited islands, deserts, offshore, and on cliffs where access is inconvenient.
【図１】図１は、本発明による可変速風力発電システム
の実施の形態を示す回路ブロック図である。FIG. 1 is a circuit block diagram showing an embodiment of a variable speed wind power generation system according to the present invention.
【図２】図２は、コンバータ制御器を示す回路ブロック
図である。FIG. 2 is a circuit block diagram showing a converter controller.
【図３】図３は、風速と設定値の対応を示すロジック図
である。FIG. 3 is a logic diagram illustrating a correspondence between a wind speed and a set value;
【図４】図４は、設定値の選択を示すロジック図であ
る。FIG. 4 is a logic diagram showing selection of a set value.
【図５】図５は、設定値の他の選択を示すロジック図で
ある。FIG. 5 is a logic diagram showing another selection of a set value.
【図６】図６は、本発明による可変速風力発電方法の実
施の形態を示すシステムブロック図である。FIG. 6 is a system block diagram showing an embodiment of a variable speed wind power generation method according to the present invention.
１…誘導発電機 ２…風車 ２２…演算器 ８…回転数制御指令計算器 １５，１６…設定器 ３４，３８…リミッタ ５１…コンピュータ ５２…風力発電塔 ５３…通信回線 Ｖ…風速 Ｐ（Ｖ）…出力設定値 Ｎ（Ｖ）…回転数設定値 θ（Ｖ）…ピッチ角設定値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Induction generator 2 ... Windmill 22 ... Calculator 8 ... Rotation speed control command calculator 15, 16 ... Setting device 34, 38 ... Limiter 51 ... Computer 52 ... Wind power tower 53 ... Communication line V ... Wind speed P (V) … Output setting value N (V)… Rotation speed setting value θ (V)… Pitch angle setting value
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB09 BB10 BB11 CC05 CC12 CC22 CC52 CC54 CC63 CC73 5H590 AA01 AA02 AB15 CA14 CB10 CC08 CD01 CD03 CE01 DD43 EB04 EB26 FA01 FA06 FA08 HA02 HA12 HA27 JA08 JA12 JA13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3H078 AA02 AA26 BB09 BB10 BB11 CC05 CC12 CC22 CC52 CC54 CC63 CC73 5H590 AA01 AA02 AB15 CA14 CB10 CC08 CD01 CD03 CE01 DD43 EB04 EB26 FA01 FA06 FA08 HA02 HA12 HA27 JA08 JA12 JA13
Claims (8)
設定器と、 誘導発電機の発電電力を計算する演算器と、 前記風車パラメータと前記発電電力と前記誘導発電機の
回転数とに基づいて回転数制御指令を計算する回転数制
御指令計算器とを含み、 前記風車パラメータは、前記風速により記述される出力
設定値Ｐ（Ｖ）と回転数設定値Ｎ（Ｖ）とピッチ角設定
値θ（Ｖ）を含む可変速風力発電システム。A setter for setting a windmill parameter corresponding to a wind speed; a calculator for calculating the generated power of the induction generator; and a calculator based on the windmill parameter, the generated power, and the rotation speed of the induction generator. A wind speed control command calculator for calculating a speed control command, wherein the wind turbine parameters include an output set value P (V), a speed set value N (V), and a pitch angle set value θ described by the wind speed. A variable speed wind power generation system including (V).
回転数ＮＧに対する出力設定値Ｐ（Ｖ）と回転数設定値
Ｎ（Ｖ）の大小関係に基づいて、前記風車に対するピッ
チ角指令と前記誘導発電機に対する出力指令をそれぞれ
の設定範囲に制限するリミッタを更に含む可変速風力発
電システム。2. A pitch angle command for the wind turbine on the basis of a magnitude relationship between an output setting value P (V) and a rotation speed setting value N (V) with respect to a rated output P RAT and a rated rotation speed NG of the induction generator. And a limiter for limiting an output command to the induction generator to a respective set range.
ＳＥＴ１と前記ピッチ角設定値θＳＥＴ１とに基づいて
前記ピッチ角指令が前記設定範囲に制限され、 前記条件ｂが充足される場合、前記回転数設定値Ｎ
ＳＥＴ１と出力設定値ＰＳ ＥＴ１とに基づいて前記出力
指令が前記設定範囲に制限される請求項２の可変速風力
発電システム。3. The following two conditions a and b are set: a: PSET1≧ PRATAnd NG≧ NSET1 b: PSET1<PRATOr NG<NSET1 When the condition a is satisfied, the rotation speed set value N
SET1And the pitch angle setting value θSET1And based on
When the pitch angle command is limited to the set range and the condition b is satisfied, the rotation speed set value N
SET1And output set value PS ET1And based on the output
3. The variable speed wind turbine according to claim 2, wherein a command is limited to the set range.
Power generation system.
て３変数の適正な組合せ（出力Ｐｊ（Ｖ）−回転数Ｎｊ
（Ｖ）−ピッチ角θｊ（Ｖ））を規定するステップと、 前記組合せ（出力Ｐｊ（Ｖ）−回転数Ｎｊ（Ｖ）−ピッ
チ角θｊ（Ｖ））に基づいて前記風力発電塔ｊの発電機
の回転数を制御するステップとを含む可変速風力発電方
法。4. An appropriate combination of three variables (output Pj (V) -rotational speed Nj) for each wind power tower j with respect to wind speed V
(V) -pitch angle θj (V)), and power generation of the wind turbine tower j based on the combination (output Pj (V) -rotational speed Nj (V) -pitch angle θj (V)). Controlling the number of revolutions of the machine.
回転数ＮＧに対する出力Ｐ（Ｖ）と回転数Ｎ（Ｖ）の大
小関係に基づいて、前記風車に対するピッチ角指令と前
記誘導発電機に対する出力指令をそれぞれの設定範囲に
制限するステップとを更に含む可変速風力発電方法。5. A pitch angle command for said wind turbine and said induction power generation based on a magnitude relationship between a rated output P RAT of said induction generator and an output P (V) with respect to a rated rotation speed NG and a rotation speed N (V). Limiting the output command to the machine to each set range.
ンにより前記組合せを取得するステップに一致している
請求項５の可変速風力発電方法。6. The variable speed wind power generation method according to claim 5, wherein said defining step corresponds to a step of acquiring said combination by simulation.
記ピッチ角θｊと前記回転数Ｎｊとを通信回線を通じて
指令し、前記出力Ｐｊを取得するステップを備え、 前記風力発電塔ｊの制御ユニットに別々に前記組合せ
（出力Ｐｊ（Ｖ）−回転数Ｎｊ（Ｖ）−ピッチ角θｊ
（Ｖ））を前記コンピュータにより前記通信回線を介し
て設定するステップを更に含む請求項５の可変速風力発
電方法。7. The step of specifying includes a step of instructing the pitch angle θj and the rotation speed Nj through a communication line by a computer separately common to the wind power tower j, and acquiring the output Pj. The combination (output Pj (V) -rotational speed Nj (V) -pitch angle θj is separately provided to the control unit of the wind power tower j.
6. The variable speed wind power generation method according to claim 5, further comprising the step of: setting (V)) by the computer via the communication line.
変速風力発電方法を実行するプログラムを記載し前記プ
ログラムがコンピュータにより読み取り可能である風力
発電制御用記録媒体。8. A recording medium for controlling wind power generation, wherein said medium executes a variable speed wind power generation method according to claim 5 and is readable by a computer.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001146697A JP2002339855A (en) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | System and method for variable speed wind power generation |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2002339855A true JP2002339855A (en) | 2002-11-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2002339855A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008011607A (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Hitachi Ltd | Speed-variable wind turbine power generation system |
| JP2009091923A (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Univ Of Ryukyus | Maximum power point follow-up control device for wind power generation device |
| JP2010071156A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Tokyo Denki Univ | Wind power generation system |
| KR101177838B1 (en) | 2010-12-17 | 2012-08-28 | 삼성중공업 주식회사 | Wind turbine including pitch control apparatus and pitch control method for wind turbine |
| US8523520B2 (en) | 2011-03-11 | 2013-09-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Blade pitch control system, wind turbine generator, and blade pitch control method |
-
2001
- 2001-05-16 JP JP2001146697A patent/JP2002339855A/en not_active Withdrawn
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| JP2009091923A (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Univ Of Ryukyus | Maximum power point follow-up control device for wind power generation device |
| JP2010071156A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Tokyo Denki Univ | Wind power generation system |
| KR101177838B1 (en) | 2010-12-17 | 2012-08-28 | 삼성중공업 주식회사 | Wind turbine including pitch control apparatus and pitch control method for wind turbine |
| US8523520B2 (en) | 2011-03-11 | 2013-09-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Blade pitch control system, wind turbine generator, and blade pitch control method |
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