风力发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种风力发电系统及其控制方法，用于在永磁体型风力发电系统连接的电力系统中引起系统事故时，由设置在电力变换器直流部的能量消耗电路消耗从发电机流入的能量，保护永磁体型风力发电系统免受过电压或过电流影响并继续运转。在本发明专利技术中，在由于系统异常电力变换器的直流部电压上升的情况下，也可回避直流过电流，进行风力发电系统的继续运转。因此，在风力发电系统中，通过在电力变换器的直流部设有由半导体开关和电阻器组成的能量消耗电力，从而即使在系统异常时直流电压上升的情况下，也能消耗能量，使风力发电系统继续运转。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在永磁体型风力发电系统连接的电力系统中发生系统事故时，由设置在电力变换器的直流部的能量消耗电路消耗从发电机流入的能量，来保护永磁体型风力发电系统免受过电压或过电流影响，并继续运转的装置及其控制方法。
技术介绍
当电力系统发生系统事故时，永磁体型风力发电系统将无法向电力系统供给电力。存在的问题时，其能量对永磁体型风力发电系统的电力变换器的直流部充电，并由于过电压而使机器出现故障。在[专利文献1]中，系统故障时减小发电功率等，从而避免对电力变换部的直流部的充电，但并不曾对直流部设有能量消耗电路。[专利文献1]JP特开2008-283747号公报
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是，提供一种风力发电系统及其控制方法，在永磁体型风力发电系统连接的电力系统中发生系统故障时，由能量消耗电路消耗从发电机流入电力变换器直流部的能量，保护系统整体免受过电压或过电流影响。为了完成上述课题，本专利技术的风力发电系统具有：叶片，能变更桨距角；风轮，与所述叶片机械连接；同步发电机，由所述风轮驱动；电力变换器，与所述同步发电机电连接，控制从所述同步发电机输出至电力系统的电力；和桨距角控制单元，控制所述桨距角，所述风力发电系统，在所述电力变换器的直流部分具备电能消耗电路。此外，本专利技术的风力发电系统具有：叶片，桨距角可变；风轮，与所述叶片机械连接；同步发电机，由所述风轮驱动；发电机侧变换器，与所述同步发电机电连接，将所述同步发电机输出的可变频率的发电电力变换至直流电力；和系统侧变换器，与所述发电机侧变换器和电力系统电连接，将所述直流电力变换至规定频率的交流电力，所述风力发电系统中，在电力系统的电压比规定值低的情况下，所述系统侧变换器结束直流电压控制开始无功电流控制，由此向电力系统供给无功电流，所述发电机侧变换器结束电力控制开始直流电压控制。根据本专利技术，能够提供一种永磁体型风力发电系统及其控制方法，可防止因系统事故的影响引起的过电压或过电流。附图说明图1是利用永磁体型发电机的风力发电系统的结构图。图2是利用永磁体型发电机的风力发电系统的结构图。图3是表示变换器控制器26的控制功能的图。图4是表示系统侧电力变换器的结构的图。-->图5是表示系统电压下降中的系统电压振幅和电力变换器输出电流的变动的图。图6是表示系统异常检测方法的图。图7是表示系统异常检测时的电力变换器的运转状态的图。图8是表示系统异常检测时的电力变换器的运转状态的图。图9是系统异常检测时的电力变换器的流程图。图10是系统异常检测时的电力变换器的流程图。图11是系统异常检测时的电力变换器的流程图。图12是表示变换器控制器26的控制功能的图。图13是表示能量消耗电路的结构图。图14是表示能量消耗电路的动作例的图。图15是桨距角控制系统和电力控制系统的结构图。图16是表示通常发电时的平均风速、发电电力、桨距角控制方式的关系的图。图17是表示通常发电时的桨距角指令、电力指令运算的图。图18是表示异常时运转继续模式中的桨距角指令的生成方法的图。图19是表示异常运转模式中的桨距角和转速的变动的图。图20是表示构成风力发电系统的控制及其辅助电源的图。图中：1  风轮2  机舱3  塔座(tower)4  变压器5、295b、295c、295e  断路器6  电力系统11 叶片12 轮毂21 轴22 增速齿轮23 永磁体型发电机24 风速计25 上位风车控制器26 变换器控制器28 电力变换器30a、30b、30c  辅助电源41 降压变压器111  桨距角控制器281  发电机侧电力变换器282  平滑电容器283  系统侧电力变换器284  直流能量消耗电路-->291、294  电压检测器292、293  电流检测器2501  平均化运算器2502  转速指令运算器2503  桨距角指令·功率指令运算器2504  切换器2505  事故检测器2506  异常时桨距角指令运算器2601  OR运算器2602  电压振幅运算器2603、2603a、2604、2604a、2606、2608、2608a、2609、2609a  比较运算器2605  电流振幅运算器2607  系统频率检测器2831  门驱动电路2832  回流二极管2833  IGBT2841  半导体开关2842  电阻器25031、25062  减法器25032  桨距角指令运算器25034  发电功率指令运算器25037  最大功率指令运算器25061  限制器2506b3、25063  PI控制器26001  异常检测运算器26002  电力运算器26003  电力控制运算器26004  转速运算器26005a、26005b  过电流检测运算器26006a、26006b  过电流检测电路具体实施方式以下，利用附图对本专利技术的实施例进行说明。【实施例1】利用图1～图8对本专利技术的风力发电系统的结构进行说明。图1表示风力发电系统的整体结构。图1所示的风力发电系统由叶片11接受风力，并将风能变换为旋转能。旋转能使叶片连接的轮毂(hub)12旋转。此外，将包括叶片11和轮毂12的旋转部分称为风轮1(rotor)。风轮1的旋转经由轴21传导至增速齿轮22。增速齿轮22将转转部件1的转速变换为适合于发电机的转速。图1中作为发电机表示了永磁体型发电机23。-->接下来，对风力发电系统的、发电运转时的控制系统的结构进行概要说明。图2中示意表示永磁体发电机型风力发电系统的、还包括控制系统的详细结构。控制系统主要由控制风车发电系统整体工作的上位风车控制器25、控制电力变换器28的电力变换器控制器26构成。上位风车控制器25基于风速计24计测的风速、风轮1的转速ω[rad/sec]、风力发电系统的发电功率P[W]，计算发电功率指令P*[W]、桨距角(pitch angle)指令Φ*[度]。电力变换器28，经由变压器4和断路器5与电力系统6连接。此外，叶片11由桨距角控制器111改变羽翼角度。风力发电系统的发电功率P，被电力变换器控制器26和电力变换器控制器26控制。电力变换器28由发电机侧电力变换器281、系统侧电力变换器283、平滑电容器282、直流能量消耗电路284等构成。发电机侧电力变换器281和系统侧电力变换器283利用IGBT等半导体开关元件构成。直流能量消耗电路284利用IGBT等半导体开关和电阻器构成。变换器控制器26从设置在风力发电系统和电力系统连接点的电压测定器291、以及电流测定器292，分别将三相的交流电压值VLU、VLV、VLW[V]、三相的电流值ILU、ILV、ILW[A]取入内部。电力变换器控制器26在内部基于这些电压、电流信号，运算电压振幅值Vabs、有功功率P、无功功率Q等。此外，变换器控制器26，从电力变换器28与永磁体型发电机23之间设置的电压检测器294和电流检测器293，分别将三相的交流电压值VGU、VGV、VGW[V]、三相的电流值IGU、ILGV、IGW[A]取入内部。直流电压VDC也由电压检测器检测出来。接下来，利用图3对电力变换器28的控制功能进行说明。电力变换器控制器26在运算时，利用坐标变换器32DQ-01、32DQ-02，暂时以旋转坐标系对检测出的电压VLU、本文档来自技高网...

【技术保护点】
电力变换器的直流部分具备电能消耗电路。１．一种风力发电系统，其具有：叶片，能变更桨距角；风轮，与所述叶片机械连接；同步发电机，由所述风轮驱动；电力变换器，与所述同步发电机电连接，控制从所述同步发电机输出至电力系统的电力；和桨距角控制单元，控制所述桨距角，所述风力发电系统，在所述

【技术特征摘要】
2010.02.25 JP 2010-0395341.一种风力发电系统，其具有：叶片，能变更桨距角；风轮，与所述叶片机械连接；同步发电机，由所述风轮驱动；电力变换器，与所述同步发电机电连接，控制从所述同步发电机输出至电力系统的电力；和桨距角控制单元，控制所述桨距角，所述风力发电系统，在所述电力变换器的直流部分具备电能消耗电路。2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述电能消耗电路具有：电阻器，用于消耗电能；和开关单元，用于使所述电阻器导通关断。3.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于，所述电能消耗电路，将所述电力变换器的直流电压作为所述开关单元的导通条件或者关断条件进行动作，成为所述开关单元的导通条件的直流电压比成为关断条件的直流电压高。4.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述电能消耗电路，计测从变为导通的瞬间起的时间、所述电能消耗电路为导通状态的时间，在处于导通之后的规定时间内导通状态超过一定比例的情况下，使所述电能消耗电路关断，且不再使其导通。5.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述电能消耗电路，计测从变为导通的瞬间起的时间、所述电能消耗电路转移至导通状态和关断状态的次数，在处于导通之后的规定时间内从导通状态转移至关断状态的次数超过某固定次数的情况下，使所述电能消耗电路关断，且不再使其导通。6.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述电能消耗电路具备测定电阻器的温度的单元，在电阻器的温度为规定温度以上的情况下，使所述电能消耗电路关断，且不再使其导通。7.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于，所述电能消耗电路，具备测定电阻器周边空气的温度的单元，在电阻器周边空气的温度为规定温度以上的情况下，使所述电能消耗电路关断，且不再使其导通。8.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，电力系统的电压低于规定值的情况下，所述系统侧变换器结束直流电压控制开始无功功率控制，来向电力系统供给无功功率，所述发电机侧变换器结束电力控制然后开始直流电压控制。9.根据权利要求8所述的风力发电系统，其特征在于，在所述系统侧变换器的交流电流为异常值时，所述系统侧变换器和所述发电机侧变换器暂时开始门阻断，门阻断解除之后，所述系统侧变换器结束直流电压控制开始无功电流控制，由此向电力系统供给无功电流，所述发电机侧变换器结束发电电力控制开始直流电压控制。10.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，发电机电压比系统电压高的时间经过某规定时间的情况下，所述系统侧变换器结束直流电压控制开始无功功率控制，由此向电力系统供给无功功率，所述发电机侧变换器结束电力控制开始直流电压控制。11.根据权利要求10所述的风力发电系统，其特征在于，所述系统侧变换器的交流电流为异常值时，所述系统侧变换器和所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：中山靖章，一濑雅哉，酒井洋满，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP