風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置及風(fēng)力發(fā)電站的控制方法
【專利摘要】風(fēng)力發(fā)電站控制裝置(54)設(shè)置在具有多個風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)力發(fā)電站(50)中，當(dāng)降低從風(fēng)力發(fā)電站(50)到電力系統(tǒng)的供電時，使多個風(fēng)力發(fā)電裝置中，實際輸出的電力相對可輸出的最大電力較小的風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且進(jìn)行增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速的輸出降低控制。由此，即使進(jìn)行使風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出的控制，也可抑制舍棄葉片接受的風(fēng)能的情況，增加的年度總發(fā)電量。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置及風(fēng)力發(fā)電站的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置及風(fēng)力發(fā)電站的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由多個風(fēng)力發(fā)電裝置構(gòu)成、向電力系統(tǒng)供電的風(fēng)力發(fā)電站的所謂“風(fēng)力發(fā) 電廠”(wind farm)正在普及。
[0003]風(fēng)力發(fā)電站必須使電力系統(tǒng)不會變得不穩(wěn)定地向電力系統(tǒng)供電，當(dāng)從風(fēng)力發(fā)電站 到電力系統(tǒng)的供電變得過剩時，需要降低從風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電。
[0004]因此，專利文獻(xiàn)I公開了下述系統(tǒng):當(dāng)多個風(fēng)力發(fā)電裝置的總輸出超過規(guī)定量時， 優(yōu)先降低輸出最大的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出。
[0005]并且，專利文獻(xiàn)2、3中公開了下述風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法:當(dāng)供電過剩時，提高 具有葉片的風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，作為旋轉(zhuǎn)能量(慣性能量)積蓄。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-343416號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開平10-339259號公報
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本特開平11-82282號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]但是，以額定輸出運行的風(fēng)力發(fā)電裝置中，為降低輸出，需要使葉片的槳距角控制 到順槳一側(cè)，即需要縮小槳距角，舍棄了這一部分的風(fēng)能。
[0013]并且，如專利文獻(xiàn)2、3所述，當(dāng)提高風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速時，存在風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速 的情況。這種情況下，為使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速以下，還是需要使葉片的槳距角控制到順 槳一側(cè)，需要舍棄風(fēng)能。
[0014]進(jìn)行這種控制的風(fēng)力發(fā)電裝置存在以下問題:對本來可變換為電力的風(fēng)能的一部 分，無法作為風(fēng)輪的慣性能量積蓄而舍棄。
[0015]本發(fā)明鑒于以上情況而出現(xiàn)，其目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置及風(fēng)力 發(fā)電站的控制方法，即使進(jìn)行使風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出的控制，也可抑制舍棄葉片接受的 風(fēng)能的情況，增加年度總發(fā)電量。
[0016]用于解決問題的手段
[0017]本發(fā)明的第一方式涉及的風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置具有多個風(fēng)力發(fā)電裝置，當(dāng)降 低從上述風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電時，使多個上述風(fēng)力發(fā)電裝置中，實際輸出的電力 相對可輸出的最大電力較小的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且進(jìn)行增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速的控 制。
[0018]根據(jù)上述構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電站具有多個風(fēng)力發(fā)電裝置。[0019]其中，當(dāng)從風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電變得過剩時，需要降低從風(fēng)力發(fā)電站到 電力系統(tǒng)的供電。此時，例如可考慮與各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出(電力)成比例，按照各風(fēng)力 發(fā)電裝置決定輸出的降低值。風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出時，通過未發(fā)電而剩余的能量提高風(fēng) 輪的轉(zhuǎn)速，風(fēng)輪具有的慣性能量增加。
[0020]但是，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)行輸出降低時，存在提高的風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的 情況。這種情況下，為使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速以下，需要將葉片的槳距角控制到順槳一 偵牝需要散逸葉片受到的風(fēng)。進(jìn)行這種控制的風(fēng)力發(fā)電裝置對本來可變換為電力的風(fēng)能的 一部分，無法作為風(fēng)輪的慣性能量積蓄而舍棄。
[0021 ] 另一方面,實際輸出的電力相對可輸出的最大電力較小的風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)輪的 轉(zhuǎn)速，到達(dá)額定轉(zhuǎn)速為止的寬裕度較大。即，這種風(fēng)力發(fā)電裝置可不舍棄葉片接受的風(fēng)能， 作為風(fēng)輪的慣性能量積蓄更多的風(fēng)能。并且，風(fēng)輪中積蓄的慣性能量在無需降低從風(fēng)力發(fā) 電站到電力系統(tǒng)的供電時，通過發(fā)電機變換為電力。
[0022]因此，當(dāng)降低從風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電時，降低輸出并增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速的 控制由多個風(fēng)力發(fā)電裝置中實際輸出的電力相對可輸出的最大電力較小的風(fēng)力發(fā)電裝置 進(jìn)行。增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是指，將上述未用于發(fā)電的風(fēng)能變換為葉片的旋轉(zhuǎn)能量并積蓄。
[0023]因此，本構(gòu)成即使進(jìn)行使風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出的控制，也可抑制舍棄葉片接受 的風(fēng)能的情況，增加年度的總發(fā)電量。
[0024]在上述第一方式中，優(yōu)選具有:潛在的慣性能量計算單元，根據(jù)表示上述風(fēng)力發(fā)電 裝置的運行狀態(tài)的運行信息，按照各上述風(fēng)力發(fā)電裝置計算出潛在的慣性能量，該潛在的 慣性能量是通過進(jìn)一步提高上述風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速而可積蓄的慣性能量；輸出降低值計算單元， 計算出各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值，以使通過上述潛在的慣性能量計算單元算出 的上述潛在的慣性能量越大，上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值越大。
[0025]根據(jù)上述構(gòu)成，通過潛在的慣性能量計算單元，根據(jù)表示風(fēng)力發(fā)電裝置的運行狀 態(tài)的運行信息，按照各風(fēng)力發(fā)電裝置計算出潛在的慣性能量，該潛在的慣性能量是通過進(jìn) 一步提高風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速而可積蓄的慣性能量。此外，慣性能量根據(jù)從預(yù)先確定的風(fēng)輪的最大 轉(zhuǎn)速減去風(fēng)力發(fā)電裝置運行時的風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速的值來計算。并且，通過輸出降低值計算單元， 計算出各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值，以使?jié)撛诘膽T性能量越大，風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出 的降低值越大。
[0026]因此，上述構(gòu)成下，計算潛在的慣性能量，潛在的慣性能量越大，風(fēng)力發(fā)電裝置的 輸出的降低值越大，因此可較高精度地進(jìn)行降低風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的控制。
[0027]在上述第一方式中優(yōu)選:上述輸出降低值計算單元將對上述電力系統(tǒng)的供電的降 低值根據(jù)各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的上述潛在的慣性能量進(jìn)行比例分配，從而計算出各上述風(fēng) 力發(fā)電裝置的輸出的降低值。
[0028]根據(jù)上述構(gòu)成，對到電力系統(tǒng)的供電的降低值，根據(jù)各風(fēng)力發(fā)電裝置的潛在的慣 性能量進(jìn)行比例分配，從而計算各風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出降低值，因此可簡單地計算出各風(fēng) 力發(fā)電裝置的輸出降低值。
[0029]在上述第一方式中優(yōu)選:上述輸出降低值計算單元根據(jù)對上述電力系統(tǒng)的供電的 降低值，導(dǎo)出降低輸出的上述風(fēng)力發(fā)電裝置的臺數(shù)，對導(dǎo)出的臺數(shù)的上述風(fēng)力發(fā)電裝置，計 算各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值，以使上述潛在的慣性能量越大，上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值越大，使上述導(dǎo)出的臺數(shù)的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且增加風(fēng)輪 的轉(zhuǎn)速。
[0030]根據(jù)上述構(gòu)成，例如到電力系統(tǒng)的供電的降低值較大時，對相對較多的風(fēng)力發(fā)電 裝置進(jìn)行降低輸出的控制。而當(dāng)?shù)诫娏ο到y(tǒng)的供電的降低值較小時，對相對較少的風(fēng)力發(fā) 電裝置進(jìn)行降低輸出的控制。
[0031]因此，上述構(gòu)成并非總是對所有風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)行輸出降低控制，因此可有效進(jìn) 行輸出降低控制。
[0032]在上述第一方式中優(yōu)選:上述輸出降低值計算單元選擇預(yù)測接受的風(fēng)能變小的上 述風(fēng)力發(fā)電裝置，對選擇的上述風(fēng)力發(fā)電裝置計算各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值， 以使上述潛在的慣性能量越大，上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值越大，使上述選擇的上 述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。
[0033]根據(jù)上述構(gòu)成，對預(yù)測接受的風(fēng)能變小的風(fēng)力發(fā)電裝置即使進(jìn)行降低輸出的控 制，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速提高較少即可，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的可能性變低，因此可抑制舍棄風(fēng) 倉泛。
[0034]本發(fā)明的第二方式涉及風(fēng)力發(fā)電站的控制方法，該風(fēng)力發(fā)電站具有多個風(fēng)力發(fā)電 裝置，當(dāng)降低從上述風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電時，使多個上述風(fēng)力發(fā)電裝置中實際輸 出的電力相對可輸出的最大電力較小的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且增加上述風(fēng)輪的 轉(zhuǎn)速。
[0035]發(fā)明效果
[0036]根據(jù)本發(fā)明具有下述良好效果:即使進(jìn)行使風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出的控制，也可 抑制舍棄葉片接受的風(fēng)能的情況，增加年度的總發(fā)電量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的風(fēng)力發(fā)電裝置的外觀圖。
[0038]圖2是本發(fā)明的實施方式涉及的風(fēng)力發(fā)電站的構(gòu)成圖。
[0039]圖3是現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電站控制裝置中的輸出降低控制的功能框圖。
[0040]圖4是本發(fā)明的實施方式涉及的風(fēng)力發(fā)電站控制裝置中的輸出降低控制的功能 框圖。
[0041]圖5是用于說明本發(fā)明的實施方式涉及的輸出降低控制的效果的示意圖，圖5A表 示現(xiàn)有的輸出降低控制中的風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電裝置下的變換，圖5B表示本實施方式涉及的 輸出降低控制中的風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電裝置下的變換。
[0042]附圖標(biāo)記
[0043]10風(fēng)力發(fā)電裝置
[0044]18 風(fēng)輪
[0045]20 葉片
[0046]50風(fēng)力發(fā)電站
[0047]52風(fēng)車控制器
[0048]54風(fēng)力發(fā)電站控制裝置
[0049]62A風(fēng)車輸出降低值計算部[0050]64潛在的慣性能量計算部 【具體實施方式】
[0051]以下說明本發(fā)明的實施方式。
[0052]圖1是本實施方式涉及的風(fēng)力發(fā)電裝置10的外觀圖。
[0053]圖1所示的風(fēng)力發(fā)電裝置10具有:支柱14，直立設(shè)置在基礎(chǔ)12上；機艙16，設(shè)置 在支柱14的上端；風(fēng)輪18，可圍繞基本水平的軸線旋轉(zhuǎn)，設(shè)置在機艙16。
[0054]風(fēng)輪18中，圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線放射狀地安裝多個(在本實施方式中作為一例是3 個)葉片20。由此，從風(fēng)輪18的旋轉(zhuǎn)軸線方向接觸到葉片20的風(fēng)力，變換為使風(fēng)輪18圍 繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的動力，該動力通過發(fā)電機變換為電力。此外，葉片20相對風(fēng)向可轉(zhuǎn)動地 與風(fēng)輪18連接，葉片20的槳距角可變化。此外，本實施方式涉及的發(fā)電機是感應(yīng)型發(fā)電機， 可進(jìn)行輸出控制。
[0055]圖2是本實施方式涉及的風(fēng)力發(fā)電站50 (wind farm)的構(gòu)成圖。風(fēng)力發(fā)電站50 具有:多個(n臺，以下將n作為用于識別風(fēng)力發(fā)電裝置10的代碼)風(fēng)力發(fā)電裝置50 ;風(fēng)車 控制器52，按照各風(fēng)力發(fā)電裝置10設(shè)置，用于控制風(fēng)力發(fā)電裝置10 ;風(fēng)力發(fā)電站控制裝置 54，進(jìn)行各風(fēng)力發(fā)電裝置10的控制。
[0056]各風(fēng)力發(fā)電裝置10經(jīng)由變壓器56A電連接，進(jìn)一步經(jīng)由變壓器56B與電力系統(tǒng)連 接，可對電力系統(tǒng)進(jìn)行供電。
[0057]風(fēng)力發(fā)電站控制裝置54與風(fēng)車控制器52之間進(jìn)行用于控制風(fēng)力發(fā)電裝置10的 各種數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體而言，風(fēng)力發(fā)電站控制裝置54從聯(lián)系點58取得表示由電力系統(tǒng)中 的風(fēng)力發(fā)電站50提供的電力、頻率(以下稱為“系統(tǒng)頻率”)的系統(tǒng)信息，從各風(fēng)車控制器 52接收表示各風(fēng)力發(fā)電裝置10的風(fēng)輪18的轉(zhuǎn)速、葉片20的槳距角等的運行信息。并且， 風(fēng)力發(fā)電站控制裝置54向各風(fēng)車控制器52發(fā)送表示通過風(fēng)力發(fā)電裝置10輸出的電力的 輸出指令值。
[0058]各風(fēng)車控制器52從風(fēng)力發(fā)電站控制裝置54接收到輸出指令值后，根據(jù)該輸出指 令值控制風(fēng)力發(fā)電裝置10。
[0059]其中，當(dāng)電力系統(tǒng)要求的電力降低時，即從風(fēng)力發(fā)電站50到電力系統(tǒng)的供電過剩 時，需要降低風(fēng)力發(fā)電站50到電力系統(tǒng)的供電。
[0060]參照圖3說明降低風(fēng)力發(fā)電站50到電力系統(tǒng)的供電的現(xiàn)有的輸出降低控制的一例。
[0061]如圖3所示，風(fēng)力發(fā)電站控制裝置54具有總輸出降低值計算部60及風(fēng)車輸出降 低值計算部62B。
[0062]總輸出降低值計算部60檢測來自聯(lián)系點58的系統(tǒng)信息中含有的系統(tǒng)頻率的變 動，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站50到電力系統(tǒng)的供電過剩時，根據(jù)系統(tǒng)頻率的變動，計算從風(fēng)力發(fā)電站 50到電力系統(tǒng)的供電的降低值(以下稱為“總輸出降低值”)AP0
[0063]風(fēng)車輸出降低值計算部62B根據(jù)通過總輸出降低值計算部60計算出的總輸出降 低值A(chǔ)P，計算各風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出的降低值(以下稱為“風(fēng)車輸出降低值”)APn。
[0064]因此，風(fēng)車輸出降低值計算部62B如下式(I)所示，與接收的各風(fēng)力發(fā)電裝置10 的運行信息所表示的各風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出(電力)Pn成比例，計算出風(fēng)車輸出降低值ΔΡn。
[0065](數(shù)式I)
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置，具有多個風(fēng)力發(fā)電裝置，當(dāng)降低從上述風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電時，使多個上述風(fēng)力發(fā)電裝置中，實際輸 出的電力相對可輸出的最大電力較小的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且進(jìn)行增加風(fēng)輪的 轉(zhuǎn)速的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置，具有:潛在的慣性能量計算單元，根據(jù)表示上述風(fēng)力發(fā)電裝置的運行狀態(tài)的運行信息，按照 各上述風(fēng)力發(fā)電裝置計算出潛在的慣性能量，該潛在的慣性能量是通過進(jìn)一步提高上述風(fēng) 輪的轉(zhuǎn)速而可積蓄的慣性能量；輸出降低值計算單元，計算出各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值，以使通過上述潛 在的慣性能量計算單元計算出的上述潛在的慣性能量越大，上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降 低值越大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置，上述輸出降低值計算單元將對上述 電力系統(tǒng)的供電的降低值根據(jù)各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的上述潛在的慣性能量進(jìn)行比例分配， 從而計算出各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置，上述輸出降低值計算單元根據(jù)對上述電力系統(tǒng)的供電的降低值，導(dǎo)出降低輸出的上述 風(fēng)力發(fā)電裝置的臺數(shù)，對導(dǎo)出的臺數(shù)的上述風(fēng)力發(fā)電裝置，計算各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸 出的降低值，以使上述潛在的慣性能量越大，上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值越大，使上述導(dǎo)出的臺數(shù)的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電站的控制裝置，上述輸出降低值計算單元選擇預(yù)測接受的風(fēng)能變小的上述風(fēng)力發(fā)電裝置，對選擇的 上述風(fēng)力發(fā)電裝置計算各上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值，以使上述潛在的慣性能量越 大,上述風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的降低值越大，使上述選擇的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且增加風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。
6.一種風(fēng)力發(fā)電站的控制方法，該風(fēng)力發(fā)電站具有多個風(fēng)力發(fā)電裝置，當(dāng)降低從上述風(fēng)力發(fā)電站到電力系統(tǒng)的供電時，使多個上述風(fēng)力發(fā)電裝置中，實際輸 出的電力相對可輸出的最大電力較小的上述風(fēng)力發(fā)電裝置降低輸出，并且增加上述風(fēng)輪的 轉(zhuǎn)速。
【文檔編號】F03D9/00GK103562545SQ201180004358
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月10日
【發(fā)明者】八杉明 申請人:三菱重工業(yè)株式會社