專利名稱：風力發(fā)電系統(tǒng)及其運轉控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電系統(tǒng)及其運轉控制方法。
背景技術：
一直以來，關于風電場的互連點的電力控制，例如像專利文獻1、專利文獻2所公 開的那樣，提出有下述方案從中央控制裝置對各風車送出一樣的無功功率指令，各風車根 據該無功功率指令進行發(fā)電機的控制。專利文獻1 美國專利第7166928號說明書專利文獻2 美國專利第7224081號說明書

發(fā)明內容
近年來，要求提高電力系統(tǒng)的電壓的穩(wěn)定性，為此，需要使互連點的電壓進一步穩(wěn) 定化。但是，在上述的現有技術中，由于對各風車給予一樣的無功功率指令，因此存在不能 高效地使互連點的電壓穩(wěn)定的問題。本發(fā)明為了解決上述問題而提出，其目的在于，提供能夠高效地使互連點的電壓 穩(wěn)定的風力發(fā)電系統(tǒng)及其運轉控制方法。為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下的手段。本發(fā)明的第一方式是一種風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，所述風力發(fā)電系統(tǒng)具備 多個風車和對于各所述風車給予控制指令的中央控制裝置，各所述風車的輸出電力通過共 用的互連點而供給到電力系統(tǒng)，其中，使用對于各所述風車分別設定的無功功率校正量來 校正所述互連點的規(guī)定無功功率指令值，由此分別確定對應于各所述風車的無功功率指令值。根據上述風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，使用對應于各風車的無功功率校正量來 校正互連點的規(guī)定無功功率指令值，因此能夠對于各風車設定與其他風車不同的無功功率 指令值。由此，根據考慮了有關各風車的特性等的適宜的無功功率指令值，使各風車進行電 力控制，因此能夠提高系統(tǒng)點的電力的穩(wěn)定性。在上述風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法中，也可以是，根據各所述風車和所述互連 點之間存在的電抗成分來確定所述無功功率校正量。這樣，使用加入了風車和互連點之間存在的電抗成分的無功功率校正量，來確定 各風車的無功功率指令值，因此，能夠高效地使互連點的無功功率與規(guī)定無功功率指令值一致。例如，在不考慮各風車和互連點之間存在的電抗成分而進行使互連點的實際無功 功率與無功功率指令值一致的單純的反饋控制的情況下，即使能夠使各風車具備的發(fā)電系 統(tǒng)的輸出端的無功功率與給予各風車的無功功率指令值一致，也難以使互連點的無功功率 與規(guī)定無功功率指令值一致。這是因為，無功功率因從風車輸出端連接互連點的電力線的 電抗等而變動。關于這一點，在本發(fā)明中，根據加入了各風車和互連點之間存在的電抗成分的無功功率指令值進行各風車的控制，因此能夠容易地實現互連點的無功功率的進一步穩(wěn)定化。本發(fā)明的第二方式是一種風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，所述風力發(fā)電系統(tǒng)具備 多個風車和對于各所述風車給予控制指令的中央控制裝置，各風車的輸出通過共用的互連 點而供給到電力系統(tǒng)，其中，在具備可變速風車和固定速風車兩種風車作為多個所述風車 的情況下，計算作為所述固定速風車整體的所述互連點的無功功率，對算出的所述無功功 率和所述互連點的規(guī)定無功功率指令值之間的差分進行，使用算出的所述差分來校正所述 規(guī)定無功功率指令值，根據校正后的所述規(guī)定無功功率指令值來確定各所述可變速風車的 無功功率指令值。根據該方法，考慮到固定速風車產生的無功功率的變動而確定可變速風車的無功 功率指令值，因此，能夠通過可變速風車的無功功率控制來吸收固定速風車產生的無功功 率的變動。由此，即使在固定速風車和可變速風車混合存在的情況下，也能夠提高互連點的 無功功率的穩(wěn)定性。在上述風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法中，也可以是，使用對于各所述可變速風車 分別設定的無功功率校正量來校正校正后的所述規(guī)定無功功率指令值，由此確定對應于各 所述可變速風車的無功功率指令值。這樣，使用對應于各可變速風車而分別設定的無功功率校正量，進一步對考慮到 固定速風車的無功功率的變動而校正的互連點的規(guī)定無功功率指令值進行校正，由此確定 各可變速風車的無功功率指令值，因此，能夠對于各可變速風車設定與其他可變速風車不 同的無功功率指令值。由此，根據考慮到與各可變速風車有關的特性等的適宜的無功功率 指令值，使各可變速風車進行無功功率控制，因此，能夠進一步提高互連點的無功功率的穩(wěn) 定度。在上述風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法中，也可以是，根據各所述可變速風車和所 述互連點之間存在的電抗成分來確定對應于各所述可變速風車的無功功率校正量。這樣，加入風車和互連點之間存在的電抗成分而確定各可變速風車的無功功率指 令值，因此，能夠高效地使互連點的無功功率與無功功率指令值一致。本發(fā)明的第三方式是一種風力發(fā)電系統(tǒng)，具備多個風車和對于各所述風車給予控 制指令的中央控制裝置，各所述風車的輸出電力通過共用的互連點而供給到電力系統(tǒng)，其 中，使用對于各所述風車分別設定的無功功率校正量來校正所述互連點的規(guī)定無功功率指 令值，由此分別確定對應于各所述風車的無功功率指令值。本發(fā)明的第四方式是一種風力發(fā)電系統(tǒng)，具備多個風車和對于各所述風車給予控 制指令的中央控制裝置，各風車的輸出通過共用的互連點而供給到電力系統(tǒng)，其中，在具備 可變速風車和固定速風車兩種風車作為多個所述風車的情況下，所述中央控制裝置計算作 為所述固定速風車整體的所述互連點的無功功率，對算出的所述無功功率和所述互連點的 規(guī)定無功功率指令值之間的差分進行計算，使用算出的所述差分來校正所述規(guī)定無功功率 指令值，根據校正后的所述規(guī)定無功功率指令值來確定各所述可變速風車的無功功率指令 值。根據本發(fā)明，取得了能夠提高無功功率的調整精度的效果。


圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的整體構成的圖。圖2是用于對本發(fā)明第一實施方式的無功功率校正量進行說明的圖。圖3是表示本發(fā)明第一實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法的順序的流程 圖。圖4是用于對本發(fā)明第二實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法進行說明的 圖。標號說明1風力發(fā)電系統(tǒng)10中央控制裝置20發(fā)電系統(tǒng)30電力線WTGl、WTGl、WTGn 風車
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的風力發(fā)電系統(tǒng)及其運轉控制方法的各實施方式進行說明。[第一實施方式]圖1是表示本實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)的整體構成的框圖。如圖1所示，風力發(fā) 電系統(tǒng)1具有多個風車WTGl、WTG2、……、WTGn(以下，表示全部風車時僅附上標號“WTG”， 表示各風車時附上標號“WTG1”、“WTG2”等)和對各風車WTG給予控制指令的中央控制裝置 10。本實施方式中，全部的風力發(fā)電裝置WTG都是可變速風車。各風車WTG具有發(fā)電系統(tǒng)20。發(fā)電系統(tǒng)20例如具備發(fā)電機、可控制發(fā)電機的有效 功率和無功功率的可變頻率轉換器勵磁系統(tǒng)、以及對該可變頻率轉換器勵磁系統(tǒng)給予電力 指令值的風車控制裝置作為主要構成。從各風車具備的發(fā)電系統(tǒng)20輸出的電力通過各電力線30并經由共用的互連點A 而供給到電力系統(tǒng)(utility grid)。中央控制裝置10根據從管理系統(tǒng)電力的電力管理室(例如電力公司等)通知的 互連點A的要求無功功率指令，設定互連點A的無功功率指令值。然后，使用與各風車WTGl、 WTG2、……、WTGn對應而分別設定的無功功率校正量對該無功功率指令值進行校正，對于 各風車分別發(fā)送校正后的無功功率指令值。此處，對應于各風車而設定的無功功率校正量 的詳細情況如后所述。各風車WTGl、WTG2、……、WTGn具備的發(fā)電系統(tǒng)20從中央控制裝置10接收無功 功率指令值后，根據該無功功率指令值和對應于發(fā)電機的轉速而設定的有效功率指令值， 進行發(fā)電機的控制。此時，設定無功功率指令值和有效功率指令值以使其在由熱限制、電壓 限制所決定的動作范圍內。 具體而言，在發(fā)電系統(tǒng)20中，無功功率指令值和有效功率指令值被給予可變頻率 轉換器勵磁系統(tǒng)。可變頻率轉換器勵磁系統(tǒng)根據無功功率指令值和有效功率指令值生成 d_q軸的轉子電流指令，根據該轉子電流指令控制發(fā)電機的可變速轉換器。由此，輸出所期望的有效功率和無功功率。通過進行上述轉子電流控制，從各風車WTG輸出滿足給予各風車的無功功率指令 值的無功功率等，經由電力線30供給到共用的互連點A。接著，對與上述各風車WTG1、WTG2、……、WTGn對應而分別設定的無功功率校正量 進行詳細說明。上述無功功率校正量根據各風車WTG1、WTG2、……、WTGn和互連點A之間存在的電抗成分來決定。例如，在具有多個風車的風電場等上，連接各風車WTG1、WTG2、……、WTGn和互連 點A的電力線30的長度顯著不同，因此從風車輸出的無功功率直至到達互連點A前受到與 各自的電力線30的距離對應的電抗的影響。因此，例如對各風車給予一樣的無功功率指令 值的情況下，在互連點A的無功功率中產生偏差，存在電壓調整精度下降的可能性。本實施方式中，考慮到上述的電力線30的電抗成分所引起的電力變動，根據上述 電力線的電抗成分來校正給予各風車的無功功率指令值。首先，如圖2所示，分別設各風車WTGl、WTG2、……、WTGi、……、WTGn的輸出端的 電力為PJjQrPJjQr……七+jQ”……、Pn+jQn。此外，分別設各風車WTG1、WTG2、……、 WTGn和互連點A之間的電力線的電抗為jxi、jx2、……、jXi、……、jxn，并定義互連點A的 各風車的電力為 P1'+jQ/、P2，+jQ2，、……、Pi，+jQ/、……、Pn，+jQn，。接著，在各風車中進行潮流計算。此處，以第i個風車為例進行說明。為了方便， 設互連點電壓Vgrid= lpu，互連點電壓相位角SgHd = 0。此外，有效功率P、無功功率Q均 以從各風車朝向互連點A的方向為正符號。在這種條件中，風車GTWi的輸出端的有效功率P”無功功率Qi、以及互連點A的有 效功率P/、無功功率Qi'分別表示為以下的(1) (4)式。[數式1]<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>使用上述有關無功功率的(3)式及(4)式，導出以下的(5)式。[數式2]<formula>formula see original document page 6</formula>
設來自上述(5)式的Qi的變化率為Wi時，得到以下的(6)式。[數式3]<formula>formula see original document page 7</formula>
在上述(1) (4)式中，已知PiJi后，能夠求解Pi'、Qi'、V” 5i0例如，在過去規(guī)定期間(例如一個月、或三個月、或一年等)中取得無功功率Qi及有效功率Pi的數據，通過解析這些數據(例如通過進行平均)，設定適宜的無功功率Qi及 有效功率Pi。上述(6)式所示的變化率Wi被設定作為無功功率校正量。對于各風車求出的變化率Wi,與各風車建立對應而存儲于中央控制裝置10具備的存儲器內，用于風車運轉時的無功功率指令值的校正。此外，存儲于存儲器的上述無功功率校正量也可以例如以規(guī)定的時間間隔(例如 一年或三個月等)而更新。更新時，將風車的輸出端的無功功率仏和有效功率PiS定為適 宜的值，例如如上所述使用過去規(guī)定期間的數據的解析結果等而設定，將該值代入上述(6) 式，由此更新各風車的無功功率校正量即可。接著，對于具備上述構成的風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法進行說明。首先，中央控制裝置10取得互連點的無功功率指令值QgHd后(圖3的步驟SAl)， 從存儲器讀出各風車WTG1、WTG2、……、WTGn所對應的無功功率校正量Wi,使用該無功功率 校正量^和以下的(7)式，校正無功功率指令值QgHd，分別計算出對應于各風車的無功功率 指令值Qi (步驟SA2)。[數式4]<formula>formula see original document page 7</formula>在(7)式中N是風車的臺數。中央控制裝置10計算出各風車WTG1、WTG2、……、WTGn對應的無功功率指令值 Qp Q2、……Qn后，將它們分別發(fā)送到各風車(步驟SA3)。各風車WTG1、WTG2、……、WTGn的發(fā)電系統(tǒng)根據從中央控制裝置10接受的無功 功率指令值Qi、Q2、……Qn和根據發(fā)電機的轉速設定的有效功率指令值來控制發(fā)電機。由 此，從各風車的輸出端輸出與給予各風車的無功功率指令值一致的無功功率，經由電力線 30供給到共用的互連點A。中央控制裝置10檢測互連點A的實際的無功功率QgHd’，計算出該實際無功功率 和無功功率指令值Qg㈩之間的差分Δ Qgrid,重新計算消除該差分Δ Qgrid的無功功率指
令值，將其作為下一個無功功率指令值給予各風車(步驟SA4)。新的無功功率指令值如以下所示的⑶式，通過將差分AQgHd和無功功率校正量 Wi加到在步驟SAl取得的互連點A的無功功率指令值QgHd而求出。[數式5]
<formula>formula see original document page 7</formula>而且在之后，以規(guī)定的時間間隔檢測出互連點A的實際無功功率，將根據該檢測 結果求出的無功功率差分AQgHd = Qgrid-Qgri/和無功功率校正量Wi代入上述⑶式，由此 計算出對應于各風車的無功功率指令值即可。
這樣一來，通過進行反饋控制，能夠使互連點A的無功功率穩(wěn)定。如以上說明所述，根據本實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)1及其運轉控制方法，使用與 各風車和互連點A之間存在的電抗對應的無功功率校正量Wi來校正互連點A的無功功率指 令值，由此求解適于各風車的無功功率指令值，因此能夠在各風車中進行考慮了電力線30 的電抗的無功功率控制。由此，能夠實現互連點A的無功功率的進一步的穩(wěn)定化。[第二實施方式]接著，利用圖4對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。在上述第一實施方式中，對全部風車都是可變速風車的情況進行了說明，但本實 施方式中，對一部分風車為固定速風車的情況進行說明。本實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)具備至少一臺固定速風車和至少一臺可變速風車。例 如如圖4所示，設從第一臺到第i臺的風車為可變速風車，設從第i+1臺到第n臺的風車為 固定速風車。該情況下，首先，通過基于與上述第一實施方式同樣的順序的潮流計算，求解 風車的輸出端的無功功率Qi和互連點A的無功功率Q/。接著，如以下(9)式 (10)式所示求解僅是固定速風車的無功功率的合計。[數式6]
nQflx = ZQi(9)
/ = / + 1 nQfix= ZQi'(10)
/=/+l接著，通過以下的(11)式求解固定速風車整體的風車輸出端的無功功率的合計、 和互連點A的無功功率的合計之間的差分AQfix。AQfix = Qfix-Qfix，(11)需要由可變速風車吸收該差分A Qfix。此處，固定速風車的無功功率供給量對于互連點A的無功功率指令的貢獻率，可 由以下的(12)式表示，其剩余的(l_a)QgHd通過可變速風車進行供給即可。a = Qfix，/Qgrid (12)因此，必須由可變速風車整體供給的無功功率指令QgHd v ，考慮到上述固定速風 車的無功功率的變動，由以下的(13)式表示。[數7]Qgridvar= (l-a)Qgrid(13)而且，這樣一來求出必須由可變速風車整體供給的無功功率指令后，用可變速風 車的臺數去除該無功功率指令，由此求解由各風車一樣地分擔的無功功率指令，進一步通 過對應于各風車的無功功率校正量校正該無功功率指令。由此，最終給予各風車的無功 功率指令值由以下的(14)式表示。在(14)式中M是可變速風車的臺數。[數 8]Qi = (1 + (1 ~ a)Qgrid(14)
M然后，對于各風車發(fā)送利用上述(13)式求出的校正后的無功功率指令值。如以上說明，根據本實施方式的風力發(fā)電系統(tǒng)及其運轉控制方法，在固定速風車和可變速風車混合存在的情況下，考慮到固定速風車的無功功率的變動而確定對于可變速 風車整體的無功功率指令值，因此，能夠通過可變速風車吸收固定速風車產生的無功功率 變動。由此，在包括固定速風車的情況下也能夠提高無功功率控制的精度。此外，代替上述的本實施方式，例如也可以將用可變速風車的臺數M去除上述 (13)式所示的對于可變速風車整體的無功功率指令QgHd—所得的指令值作為無功功率指 令值給予各可變速風車。該情況下，對于各可變速風車和互連點A之間存在的電抗引起的 無功功率變動并沒有消除，但能夠消除固定速風車產生的無功功率變動，在這一點上能夠 取得顯著的效果。以上，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行了詳細說明，但具體的構成并不限于本 實施方式，也包括不脫離本發(fā)明主旨的范圍的設計變更等。例如，在上述各實施方式中，中央控制裝置10進行無功功率指令值的校正，但替 代本方式，例如也可以在各風車中進行無功功率指令值的校正。該情況下，從中央控制裝置 10對各風車發(fā)送一樣的無功功率指令值，在各風車中，使用各風車保有的各個無功功率校 正量，對從中央控制裝置10接收的一樣的無功功率指令值進行校正。此外，在上述各實施方式中，通過通信從中央控制裝置10發(fā)送校正后的無功功率 指令值等，但也可以是例如由操作者通過手動對各風車輸入無功功率指令值的構成。進一步，在上述各實施方式中，根據互連點的無功功率指令值確定給予各風車的 無功功率指令值，但替代之，例如也可以是下述方式中央控制裝置10取得互連點的電壓 指令值作為輸入信息，生成該互連點的電壓指令值和互連點的實際電壓值一致的無功功率 指令值。此外，在上述各實施方式中，從中央控制裝置10對各風車給予無功功率指令值， 根據有效功率指令值控制各風車的發(fā)電機輸出，所述有效功率指令值根據該無功功率指令 值和發(fā)電機的轉速確定。但是，在有效功率和無功功率的平方和的平方根、即視在功率超過 額定容量的情況下，不能輸出期望的有效功率、無功功率。該情況下產生選擇下述兩者中任 一個的需要減少有效功率而使無功功率優(yōu)先，或減少無功功率而使有效功率優(yōu)先。也可以備于這種情況而預先設定使哪一個優(yōu)先，在發(fā)生上述現象的情況下，根據 其設定內容而進行控制。此外，在發(fā)生上述現象的情況下，也可以向操作者通知其含義，每 次都由操作者輸入使哪一個優(yōu)先。
權利要求
一種風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，所述風力發(fā)電系統(tǒng)具備多個風車和對于各所述風車給予控制指令的中央控制裝置，各所述風車的輸出電力通過共用的互連點而供給到電力系統(tǒng)，其中，使用對于各所述風車分別設定的無功功率校正量來校正所述互連點的規(guī)定無功功率指令值，由此分別確定對應于各所述風車的無功功率指令值。
2.如權利要求1所述的風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，其中，根據各所述風車和所述 互連點之間存在的電抗成分來確定所述無功功率校正量。
3.一種風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，所述風力發(fā)電系統(tǒng)具備多個風車和對于各所述 風車給予控制指令的中央控制裝置，各風車的輸出通過共用的互連點而供給到電力系統(tǒng)， 其中，在具備可變速風車和固定速風車兩種風車作為多個所述風車的情況下，計算作為所述 固定速風車整體的所述互連點的無功功率，對算出的所述無功功率和所述互連點的規(guī)定無功功率指令值之間的差分進行計算，使用算出的所述差分來校正所述規(guī)定無功功率指令值，根據校正后的所述規(guī)定無功功率指令值來確定各所述可變速風車的無功功率指令值。
4.如權利要求3所述的風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，其中，使用對于各所述可變速 風車分別設定的無功功率校正量來校正校正后的所述規(guī)定無功功率指令值，由此確定對應 于各所述可變速風車的無功功率指令值。
5.如權利要求4所述的風力發(fā)電系統(tǒng)的運轉控制方法，其中，根據各所述可變速風車 和所述互連點之間存在的電抗成分來確定對應于各所述可變速風車的無功功率校正量。
6.一種風力發(fā)電系統(tǒng)，具備多個風車和對于各所述風車給予控制指令的中央控制裝 置，各所述風車的輸出電力通過共用的互連點而供給到電力系統(tǒng)，其中，使用對于各所述風車分別設定的無功功率校正量來校正所述互連點的規(guī)定無功功率 指令值，由此分別確定對應于各所述風車的無功功率指令值。
7.一種風力發(fā)電系統(tǒng)，具備多個風車和對于各所述風車給予控制指令的中央控制裝 置，各風車的輸出通過共用的互連點而供給到電力系統(tǒng)，其中，在具備可變速風車和固定速風車兩種風車作為多個所述風車的情況下，所述中央控制裝置計算作為所述固定速風車整體的所述互連點的無功功率，對算出的所述無功功率和所述互連點的規(guī)定無功功率指令值之間的差分進行計算，使用算出的所述差分來校正所述規(guī)定無功功率指令值，根據校正后的所述規(guī)定無功功率指令值來確定各所述可變速風車的無功功率指令值。
全文摘要
目的在于提高無功功率的調整精度。使用對于各風車分別設定的無功功率校正量來校正互連點(A)的規(guī)定無功功率指令值，由此確定對應于各風車的無功功率指令值。
文檔編號H02P9/00GK101803174SQ20078010057
公開日2010年8月11日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權日2007年12月14日
發(fā)明者八杉明, 有永真司, 松下崇俊, 柴田昌明, 若狹強志 申請人:三菱重工業(yè)株式會社