JP2001339996A - 風力発電設備の出力制御法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 風力などのように時間的に変動する電力は結
合された電力系統にとって周波数の変動や電圧変動をも
たらし、電力の品質を低下させる。本発明は、変動発電
設備と電力系統の結合に電圧移相調整器を用いて、位相
を制御すれば電力変動を低減し、品質の高い電力の送電
を可能にする構成を提供しようとするものである。 【効果】 風力のように数秒から、数十秒の入力動揺が
あっても発電機機械系のフライホイール効果を利用して
発電機の出力を一定にさせることができる。また、逆に
系統側の安定を図るために発電機機械系に蓄積されたエ
ネルギーを過渡的に取り出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

【０００１】

【発明の解決しようとする課題】時間的に変動する電力
は結合された電力系統にとって周波数の変動や電圧変動
をもたらし、電力の品質を低下させる。本発明は、変動
発電設備と電力系統の結合に電圧移相調整器を用いて、
位相を制御すれば電力変動を低減し、品質の高い電力の
送電を可能にする構成を提供しようとするものである。

【０００２】

【産業上の利用分野】自然エネルギーの利用が進んでい
るが出力が変動する発電機が結合された系統は、系統全
体の周波数変動の問題が起こってくる。

【０００３】自然エネルギーのなかで、風力発電のよう
に短時間に周期的変動する電力源も電力系統に結合する
必要が生じている。従来、風力発電では風車のピッチ角
制御で変動を押さえているが、それでも取りきれない変
動は、蓄電池などのエネルギー蓄積要素を併設して、電
力変動を平滑して、電力系統に結合するなどを行ってき
た。

【０００４】例えば５００ｋＷ級の大型風車では短周期
の電力変動が羽の位置、風の脈動などによって生じ、数
秒程度の周期でプラス、マイナス２５０ｋＷにもなる。
電力変動を平滑化できる高効率な電力連系制御装置が望
まれていた。

【０００５】

【本発明の目指すもの】風力発電のように羽と発電機が
大きなフライホイール効果を持つ場合、誘導型の連係制
御装置を介して接続すれば、両者の電圧や周波数、位相
によらず電力連係輸送が短時間の間、フライホイール効
果を電力蓄積装置として利用することで制御可能とな
り、安定な電力供給が可能になる。

【０００６】

【従来の技術】従来、小型の風車では、系統への結合を
行う際、インバーターを介して行っているが、その直流
に容量の大きな二次電池を置き、余剰電力を蓄積するこ
とにより平滑化を果たしきた。

【０００７】大型風車の場合は、系統への連係変換器の
設備コストの問題と変換効率の問題が大きなって、可能
な限り電力変化を許容できるような大容量の電力系統が
求められる。

【０００８】風力発電は当然ながら、大型の回転体であ
る風車に運転中、大きなエネルギーが蓄積されている
が、積極的にそのエネルギーを利用する手段が無かっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする手段】電力潮流量Ｐは、リア
クタンスＸで結合された２つの電圧源の電力連係の式、
Ｐ＝Ｖ_１Ｖ_２ｓｉｎ（δ）／Ｘで表される。ここで、Ｖ
_１、Ｖ_２は一次、２次の電圧である。δは電圧間の位相
差である。

【００１０】図１に電圧ベクトルのフェザー図を示すが
例えば、電圧位相が変化しても、中間に合した移相機
が、電力系統の位相にあわせて発電機側の電圧位相を変
化させて、位相差を一定にすることで一定の電力Ｐを実
現できる。

【００１１】移相器の制御は輸送電力量が移相器のトル
クに比例する事がわかっていることから移相器の回転ト
ルクを一定にしておくトルク制御を行うことで良い。

【００１２】

【作用】機械的入力が変動する場合、まず、第一に回転
するフライホイール効果がその平滑を行っている。

【００１３】しかし、変動が大きい場合、例えば、機械
入力が平均より大きくなった場合、発電機の回転が速く
なって、系統との連係において、系統との位相差が大き
くなって出力電力が増加してしまう。

【００１４】本発明によれば、誘導型電力連係装置を付
加することによって、回転の速くなった分の位相を誘導
移相器が補償するので、一定の電力を送電することがで
きる。

【００１５】結局、発電機機械系の持つフライホイール
効果を積極的に利用して、そこに蓄積されているエネル
ギーを短時間に放出させて、出力電力は一定に出来るこ
とになる。この際、発電機機械系の回転の変動は大きく
なっているのでパワーバランスは満足している。

【実施例】

【００１６】図１に示すように誘導型移相器で構成され
た連係制御装置が系統と風力発電設備との間に結合して
いる。

【００１７】誘導型移相器は系統側への電力を一定にす
る目的で、発電機の電圧位相と系統の電圧位相の差を一
定になるように制御する。

【００１８】入力の変動の大きさと風車のフライホイー
ル効果の大きさにもよるが、定格出力に対するフライホ
イール効果は数秒から数分の時定数があるため、その時
定数より短い時間の変動は十分に平滑化に効果があると
考えられる。

【００１９】例えば、図１の発電機の機械的入力が大き
くなると、誘導移相器は電力系との位相差を大きくさせ
ないように発電機側位相を発電機の位相の進むままに追
従する。そのため、系統への電力の変動は抑えられる。

【００２０】発電機と風車のローターは機械入力と電気
出力の差が生じ、そのパワーはフライホイール効果に蓄
積され、その結果、回転速度が変化する事になる。この
場合、誘導型移相器は周波数変換器の役目を果たしたと
も言える。

【００２１】

【発明の効果】本構成は、従来の半導体電力変換器によ
る電力連系装置が持っている直流リンクを用いないた
め、効率が良くかつ高調波電流を出さない。

【００２２】移相器を介して電力系統に接続し位相を制
御することは、発電機の回転数を可変速化することにな
るので、発電機機械系のフライホイール効果をエネルギ
ー蓄積装置として利用して出力電力の制御が可能にな
る。

【００２３】特に入力過多の場合、そのピークパワーを
フライホイールに蓄積して発電させないため電気的には
ピーク出力に対する過負荷対策をする必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】風力発電装置に回転型誘導移相器を介して電力
系に結合した構成と電圧位相を示すフェーザー図。

【図２】風力と発電電力、羽の回転数の変化など、移相
器の制御実施例

【符号の説明】

１： 風力発電用風車 ２： 風力発電機 ３： 回転型誘導移相器 ４： 電力系統 ５： 移相角度 ６： 発電機の位相角 ７： 回転型移相器の移相角 ８： δ、系統側から見た負荷角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風力から発電する電力を電力系統に結合
   する際、電圧位相を回転させる移相調整器を介して結合
   し、周波数、位相、または電圧を調整する構成。
2. 【請求項２】 電圧位相を回転させる移相調整器を用い
   て、発電機電圧位相を回転させ、発電機側の電圧周波数
   を変えることにより機械系のフライホイール効果を利用
   して、発電機入力と電気出力との差を生じさせることに
   より、電力系の安定を図る制御方法。