專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置和輸出控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置和輸出控制方法。
背景技術(shù)：
葉片接受風(fēng)能從而風(fēng)車轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電裝置存在輸出由于風(fēng)速的變動(dòng)而變動(dòng)的問(wèn)題。作為用于解決該問(wèn)題的技術(shù)，在專利文獻(xiàn)1中記載了以下風(fēng)力發(fā)電裝置，即通過(guò)整流器將與風(fēng)車的軸連接的發(fā)電機(jī)的可變頻率的發(fā)電電力變換為直流電力，并且通過(guò)逆變器將該直流電力變換為交流電力，在整流器和逆變器之間直接連接可充放電的二次電池， 始終對(duì)二次電池進(jìn)行充放電控制，以便抑制對(duì)電力系統(tǒng)的輸出變動(dòng)。更詳細(xì)地說(shuō)，在專利文獻(xiàn)1中記載的風(fēng)力發(fā)電裝置將從發(fā)電機(jī)的輸出的檢測(cè)值去除變動(dòng)成分的高頻去除濾波器的輸出值作為逆變器的輸出值，通過(guò)上述二次電池充放電而吸收發(fā)電機(jī)的輸出和逆變器的輸出的差分，抑制對(duì)電力系統(tǒng)的輸出的變動(dòng)?，F(xiàn)有技術(shù)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 (日本)特開(kāi)2003-333752號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，在專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)中，將發(fā)電機(jī)的輸出和高頻去除濾波器的輸出值的差分作為用于二次電池充放電而吸收的電力，用于檢測(cè)從發(fā)電機(jī)輸出的電力的變動(dòng)量的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，目的是提供一種通過(guò)用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)正確地檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出變動(dòng)，可以更有效地補(bǔ)償電力系統(tǒng)的電力供給量的降低的風(fēng)力發(fā)電裝置和輸出控制方法。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下的手段。本發(fā)明的第1方式的風(fēng)力發(fā)電裝置，具有多個(gè)葉片的風(fēng)車轉(zhuǎn)子接受風(fēng)而旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且將通過(guò)該發(fā)電機(jī)發(fā)電的電力送電至電力系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電裝置包括判定單元，導(dǎo)出所述發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度，并且根據(jù)導(dǎo)出的該傾斜度判定所述發(fā)電機(jī)的輸出的增減；以及控制單元，在電力系統(tǒng)的頻率已降低的情況下，根據(jù)所述判定單元的判定結(jié)果進(jìn)行電力控制。按照本發(fā)明，通過(guò)判定單元導(dǎo)出通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電的發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度，根據(jù)導(dǎo)出的該傾斜度判定所述發(fā)電機(jī)的輸出的增減。而且，例如以規(guī)定時(shí)間間隔多次檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出，根據(jù)連接檢測(cè)值的直線的傾斜度導(dǎo)出輸出的變化的傾斜度。例如判定單元在變化的傾斜度θ為0° < θ <90°的情況下，判定為發(fā)電機(jī)的輸出正在增加，在為270° < θ < 360°的情況下，判定為發(fā)電機(jī)的輸出正在減少。而且，輸出正在增加的情況是風(fēng)速正在上升的情況，輸出正在減少的情況是風(fēng)速正在下降的情況。然后，通過(guò)控制單元，在電力系統(tǒng)的頻率已下降的情況下，根據(jù)判定單元的判定結(jié)果進(jìn)行電力控制。根據(jù)以上情況，本發(fā)明通過(guò)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)正確地檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出變動(dòng)，可以更有效地補(bǔ)償電力系統(tǒng)的電力供給量的降低。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置還包括可充放電的二次電池，在所述電力系統(tǒng)的頻率已降低、并且通過(guò)所述判定單元判定為所述發(fā)電機(jī)的輸出正在減少的情況下，所述控制單元進(jìn)行控制，以通過(guò)所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和對(duì)所述二次電池充電的電力的至少一個(gè)補(bǔ)償所述發(fā)電機(jī)的輸出和所述電力系統(tǒng)要求的電力的差。在電力系統(tǒng)發(fā)生異常(例如，大型發(fā)電廠的解列)時(shí)，電力系統(tǒng)的頻率暫時(shí)地大幅度降低。然后，該頻率的降低一邊重復(fù)頻率的變動(dòng)一邊緩慢地返回平衡的狀態(tài)。因此，風(fēng)力發(fā)電裝置為了補(bǔ)償電力系統(tǒng)的頻率的降低，即電力系統(tǒng)的電力供給量的降低，產(chǎn)生根據(jù)電力系統(tǒng)的頻率的變動(dòng)使聯(lián)系的發(fā)電廠的輸出變動(dòng)的要求。而且，上述要求是電力系統(tǒng)要求的電力。因此，按照本發(fā)明，在電力系統(tǒng)的頻率已降低、且通過(guò)判定單元判定為發(fā)電機(jī)的輸出正在減少的情況下，通過(guò)控制單元進(jìn)行控制，以通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和對(duì)二次電池充電的電力的至少一個(gè)補(bǔ)償發(fā)電機(jī)的輸出和電力系統(tǒng)要求的電力的差。因此，本發(fā)明即使在電力系統(tǒng)的電力供給量降低、并且風(fēng)速正在下降的情況下，也可以供給電力系統(tǒng)要求的輸出。而且，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置還包括可充放電的二次電池；以及存儲(chǔ)單元，在所述電力系統(tǒng)的頻率已降低、并且通過(guò)所述判定單元判定為所述發(fā)電機(jī)的輸出正在增加的情況下，存儲(chǔ)所述電力系統(tǒng)的頻率降低時(shí)的所述發(fā)電機(jī)的輸出，所述控制單元進(jìn)行控制，以使所述發(fā)電機(jī)的輸出成為所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出，并且進(jìn)行控制，以通過(guò)所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和對(duì)所述二次電池充電的電力補(bǔ)償所述發(fā)電機(jī)的輸出和所述電力系統(tǒng)要求的電力的差。在所述電力系統(tǒng)的頻率已降低的情況下，如果發(fā)電機(jī)的輸出正在增加，則存在發(fā)電機(jī)輸出超過(guò)了電力系統(tǒng)要求的電力的可能性。因此，按照本發(fā)明，通過(guò)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)電力系統(tǒng)的頻率降低時(shí)的發(fā)電機(jī)的輸出，通過(guò)控制單元進(jìn)行限制，使得發(fā)電機(jī)的輸出成為存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。而且，通過(guò)控制單元進(jìn)行控制，以便通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和對(duì)二次電池充電的電力補(bǔ)償發(fā)電機(jī)的輸出和電力系統(tǒng)要求的電力的差。因此，本發(fā)明即使在電力系統(tǒng)的電力供給量降低且風(fēng)速正在上升的情況下，也可以供給電力系統(tǒng)要求的輸出。而且，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置中，也可以是所述控制單元控制所述葉片的斜度 (pitch)角，使得所述發(fā)電機(jī)的輸出成為所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。按照本發(fā)明，通過(guò)控制單元控制葉片的斜度角，以使所述發(fā)電機(jī)的輸出成為存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。
因此，本發(fā)明可以簡(jiǎn)單地使發(fā)電機(jī)的輸出減少。而且，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)置多個(gè)所述二次電池，所述控制單元進(jìn)行控制，使所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電的電力對(duì)多個(gè)所述二次電池中對(duì)放電沒(méi)有貢獻(xiàn)的所述二次電池充電，以便所述發(fā)電機(jī)的輸出成為所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。按照本發(fā)明，通過(guò)控制單元，發(fā)電機(jī)發(fā)電的電力向?qū)Ψ烹姏](méi)有貢獻(xiàn)的二次電池進(jìn)行充電，以使發(fā)電機(jī)的輸出成為存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。因此，本發(fā)明可以簡(jiǎn)單地使發(fā)電機(jī)的輸出減少。另一方面，本發(fā)明的第2方式的輸出控制方法，用于具有多個(gè)葉片的風(fēng)車轉(zhuǎn)子接受風(fēng)而旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且將通過(guò)該發(fā)電機(jī)發(fā)電的電力送電至電力系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，該輸出控制方法包括第1步驟，導(dǎo)出所述發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度，并且根據(jù)導(dǎo)出的該傾斜度判定所述發(fā)電機(jī)的輸出的增減；以及第2步驟，在電力系統(tǒng)的頻率已降低的情況下，根據(jù)所述第1步驟的判定結(jié)果進(jìn)行電力控制。按照本發(fā)明，導(dǎo)出發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度，根據(jù)導(dǎo)出的變化的傾斜度判定發(fā)電機(jī)的輸出的增減，并且在電力系統(tǒng)的頻率已降低的情況下，根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行電力控制。因此，本發(fā)明通過(guò)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)正確地檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出變動(dòng)，可以更有效地補(bǔ)償電力系統(tǒng)的電力供給量的降低。發(fā)明的效果按照本發(fā)明，具有以下優(yōu)良的效果，即通過(guò)以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)正確地檢測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出變動(dòng)，可以更有效地補(bǔ)償電力系統(tǒng)的電力供給量的降低。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置的外觀圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置的電氣結(jié)構(gòu)的方框圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的輸出控制程序的處理的流程的流程圖。圖4是說(shuō)明導(dǎo)出本發(fā)明的實(shí)施方式的發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度所需要的曲線圖。圖5是表示一例本發(fā)明的實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的頻率的降低的曲線圖。圖6是表示一例與本發(fā)明的實(shí)施方式的電力系統(tǒng)的頻率的降低相對(duì)應(yīng)的要求輸出的曲線圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的控制單元的功能的功能方框圖。圖8是表示在電力系統(tǒng)的頻率降低的同時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出減少的情況下，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力進(jìn)行了填補(bǔ)時(shí)的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的一例，㈧是表示電力系統(tǒng)發(fā)生了異常的定時(shí)的整體圖，(B)是表示電力系統(tǒng)發(fā)生了異常的定時(shí)的前后的區(qū)域A的放大圖。圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置為了輸出滿足要求輸出的電力的、 風(fēng)車二次電池裝置的輸出和風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力的比的示意圖，(A)是要求輸出為預(yù)定的閾值以上的情況，(B)是要求輸出未達(dá)到預(yù)定的閾值的情況。圖10是在本發(fā)明的實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置中，電力系統(tǒng)的頻率降低，并且發(fā)電機(jī)的輸出減少的情況下，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和風(fēng)車二次電池裝置進(jìn)行了填補(bǔ)的情況下的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的一例。圖11是在電力系統(tǒng)的頻率降低，并且發(fā)電機(jī)的輸出增加的情況下，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力進(jìn)行了填補(bǔ)的情況下的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的一例，㈧是表示電力系統(tǒng)發(fā)生了異常的定時(shí)的整體圖，(B)是電力系統(tǒng)發(fā)生了異常定時(shí)的前后的區(qū)域A的放大圖。圖12是在本發(fā)明的實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置中電力系統(tǒng)的頻率降低，并且發(fā)電機(jī)的輸出增加的情況下，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和風(fēng)車二次電池裝置進(jìn)行了填補(bǔ)的情況下的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出的一例。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10風(fēng)力發(fā)電裝置16風(fēng)車轉(zhuǎn)子20發(fā)電機(jī)22 葉片36風(fēng)車二次電池裝置42電力系統(tǒng)44農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置48控制單元50存儲(chǔ)單元
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的一個(gè)實(shí)施方式。圖1是本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10的外觀圖。風(fēng)力發(fā)電裝置10具有塔12、設(shè)置在塔12的上部的導(dǎo)流罩14和風(fēng)車轉(zhuǎn)子16。導(dǎo)流罩14在其內(nèi)部具有發(fā)電機(jī)20等(也參照?qǐng)D2)，風(fēng)車轉(zhuǎn)子16和發(fā)電機(jī)20被機(jī)械性地連接，風(fēng)車轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)被傳遞到發(fā)電機(jī)20。而且，導(dǎo)流罩14能夠與風(fēng)車轉(zhuǎn)子 16—起轉(zhuǎn)向希望的偏轉(zhuǎn)(yaw)方向。風(fēng)車轉(zhuǎn)子16具有多個(gè)葉片22和中樞(hub) 24。多個(gè)葉片22各自的斜度(pitch) 角能夠可變地控制，被放射狀地設(shè)置在中樞M上。這樣，風(fēng)力發(fā)電裝置10通過(guò)葉片22接受風(fēng)能，風(fēng)車轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16 的旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(jī)20驅(qū)動(dòng)，并且將通過(guò)發(fā)電機(jī)20發(fā)電的電力送電至電力系統(tǒng)。圖2是表示本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10的電氣結(jié)構(gòu)的方框圖。在發(fā)電機(jī)20連接有交流-直流變換單元30A，交流-直流變換單元30A將從發(fā)電機(jī)20輸出的交流的電力變換為直流。而且，在交流-直流變換單元30A上連接有直流-直流變換單元32和直流-交流變換單元34。在直流-直流變換單元32上連接有被配置在導(dǎo)流罩14內(nèi)的能夠充放電的作為二次電池(例如鋰電池)的風(fēng)車二次電池裝置36，直流-直流變換單元32將由交流-直流變換單元30A變換為直流的電壓變換為可對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36充電的大小的電壓。另一方面，直流-交流變換單元34將通過(guò)交流-直流變換單元30A變換為直流的電力再次變換為交流。然后，通過(guò)直流-交流變換單元34變換為交流的電力經(jīng)由用于與其它風(fēng)力發(fā)電裝置電連接的變壓器38A和干線40被送電到電力系統(tǒng)42。而且，在用于送電到電力系統(tǒng)42的干線40上，經(jīng)由變壓器38B和交流-直流變換單元30B連接有配置在導(dǎo)流罩14外的作為可充放電的二次電池(例如，鋰電池)的農(nóng)場(chǎng) (7 Τ-Λ ) 二次電池44。而且，農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44既可以對(duì)每個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置10設(shè)置，也可以對(duì)每規(guī)定數(shù)目的風(fēng)力發(fā)電裝置10設(shè)置。而且，風(fēng)力發(fā)電裝置10具有檢測(cè)發(fā)電機(jī)20的輸出的電力檢測(cè)單元46。而且，電力檢測(cè)單元46每規(guī)定時(shí)間間隔(例如，每3秒間隔)檢測(cè)電力。而且，風(fēng)力發(fā)電裝置10具有控制單元48?？刂茊卧?8被輸入表示由電力檢測(cè)單元46檢測(cè)到的電力的檢測(cè)值，并且控制風(fēng)車轉(zhuǎn)子16、交流-直流變換單元30A、直流-直流變換單元32、直流-交流變換單元34和交流-直流變換單元30B。而且，控制單元48具有由磁存儲(chǔ)裝置或者半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置構(gòu)成的存儲(chǔ)單元50。存儲(chǔ)單元50用于存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)和作為控制單元48執(zhí)行的程序的工作區(qū)域。然后，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10進(jìn)行導(dǎo)出發(fā)電機(jī)20的輸出的變化的傾斜度，根據(jù)該變化的傾斜度判定發(fā)電機(jī)20的輸出的增減的處理(以下稱為“輸出變化判定處理”)。圖3是表示進(jìn)行輸出變化判定處理的情況下，通過(guò)控制單元48執(zhí)行的輸出變化判定程序的處理的流程的流程圖，該輸出變化判定程序被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元50的規(guī)定區(qū)域。而且，本程序例如與風(fēng)力發(fā)電裝置10開(kāi)始發(fā)電的同時(shí)開(kāi)始。首先，在步驟100中，直至從電力檢測(cè)單元46輸入檢測(cè)值為止為待機(jī)狀態(tài)，在從電力檢測(cè)單元46輸入檢測(cè)值時(shí)轉(zhuǎn)移到步驟102。在步驟102中，將從電力檢測(cè)單元46輸入的發(fā)電機(jī)20的輸出的檢測(cè)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元50中。在下一個(gè)步驟104中，判定存儲(chǔ)單元50中存儲(chǔ)的檢測(cè)值是否已存儲(chǔ)了為判定發(fā)電機(jī)20的輸出的增減所需要的規(guī)定數(shù)(在本實(shí)施方式中，作為一例為兩個(gè))以上，在為肯定判定的情況下轉(zhuǎn)移到步驟106，另一方面在為否定判定的情況下返回到步驟100。在步驟106中，根據(jù)存儲(chǔ)單元50中存儲(chǔ)的規(guī)定數(shù)的檢測(cè)值導(dǎo)出發(fā)電機(jī)20的輸出的變化的傾斜度。這里，參照?qǐng)D4，說(shuō)明輸出的變化的傾斜度的導(dǎo)出方法。圖4是表示在電力檢測(cè)單元46中檢測(cè)到的電力(輸出)的變化的曲線圖。圖4所示的檢測(cè)值η是最新的檢測(cè)值，檢測(cè)值η-1是比檢測(cè)值η前一個(gè)被檢測(cè)出的檢測(cè)值。于是，在本實(shí)施方式中，導(dǎo)出連接檢測(cè)值η和檢測(cè)值η-1的直線L的傾斜度θ作為輸出的變化的傾斜度。而且，為了判定發(fā)電機(jī)20的輸出的增減所需要的檢測(cè)值的數(shù)目也可以是3個(gè)以上。這時(shí)，根據(jù)3個(gè)以上的檢測(cè)值求直線的近似線，將該近似線的傾斜度作為發(fā)電機(jī)20的輸出的變化的傾斜度。在下一個(gè)步驟108中，根據(jù)在步驟106中導(dǎo)出的傾斜度θ，判定發(fā)電機(jī)20的輸出的增減。
具體來(lái)說(shuō)，在傾斜度θ例如為0° < θ <90°的情況下，判定為風(fēng)速在上升中， 發(fā)電機(jī)20的輸出正在增加。另一方面，在傾斜度θ例如為270° < θ < 360°的情況下， 判定為風(fēng)速在下降中，發(fā)電機(jī)20的輸出正在減少。而且，在傾斜度θ不是0° < θ <90° 和270° < θ < 360°的其中一個(gè)的情況下，判定為發(fā)電機(jī)20的輸出沒(méi)有增減。即，判定結(jié)果為輸出的增加、輸出的減少和沒(méi)有輸出的增減這3種中的一個(gè)。在下一個(gè)步驟110中，判定是否由操作者通過(guò)未圖示的控制盤(pán)輸入了停止風(fēng)力發(fā)電裝置10的發(fā)電的指示，在為肯定判定的情況下，結(jié)束本程序，在為否定判定的情況下，返回步驟100。接著，說(shuō)明由于在電力系統(tǒng)42中發(fā)生異常(例如，大型發(fā)電廠的解列)，風(fēng)力發(fā)電裝置10連接的電力系統(tǒng)42的頻率降低的情況。在電力系統(tǒng)42中發(fā)生異常時(shí)，例如，如圖5所示，有時(shí)電力系統(tǒng)42的頻率暫時(shí)大幅度降低(0 5秒的范圍中的頻率的降低)。然后，該頻率的降低一邊重復(fù)頻率的微小的變動(dòng)(5秒以后的周期為2秒的頻率的變動(dòng))一邊返回平衡狀態(tài)。因此，風(fēng)力發(fā)電裝置10為了補(bǔ)償電力系統(tǒng)42的頻率的降低，即電力系統(tǒng)42的電力的降低，產(chǎn)生根據(jù)電力系統(tǒng)42的頻率的變動(dòng)而使輸出的電力變動(dòng)的要求。即，該要求是電力系統(tǒng)42對(duì)于風(fēng)力發(fā)電裝置10要求的電力(以下稱為“要求輸出”)。而且，要求電力根據(jù)下述(1)式求出。在(1)式中，ΔΡ是對(duì)應(yīng)于電力系統(tǒng)42的頻率的變動(dòng)的要求輸出的變動(dòng)幅度，f是電力系統(tǒng)的頻率，R是預(yù)定的常數(shù)。公式1仏等,)...(1) R圖6是表示對(duì)應(yīng)于圖5所示的電力系統(tǒng)42的頻率的降低的要求輸出的曲線圖。如圖6所示，在電力系統(tǒng)42的頻率的變動(dòng)變大時(shí)要求輸出也變大，在電力系統(tǒng)42的頻率的變動(dòng)變小時(shí)要求輸出也變小。于是，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10在電力系統(tǒng)42的頻率降低的情況下，通過(guò)控制單元48進(jìn)行控制，以輸出要求輸出。圖7是表示與要求輸出的輸出有關(guān)的控制單元48的功能的方框圖?？刂茊卧?8 具有要求輸出計(jì)算單元60、輸出變化判定處理單元62、和控制指令生成單元64?？刂茊卧?8被輸入電力系統(tǒng)42的頻率。要求輸出計(jì)算單元60根據(jù)被輸入的電力系統(tǒng)42的頻率，使用上述的(1)式計(jì)算應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出增加的要求輸出，并將計(jì)算出的值作為輸出上升指令值輸出到控制指令生成單元64。輸出變化判定處理單元62進(jìn)行上述的輸出變化判定處理，判定發(fā)電機(jī)20的輸出的增減，將判定結(jié)果輸出到控制指令生成單元64?？刂浦噶钌蓡卧?4根據(jù)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速、從要求輸出計(jì)算單元60輸出的輸出上升指令值和輸出變化判定處理單元62的判定結(jié)果，生成用于控制風(fēng)車轉(zhuǎn)子16的風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值、用于控制風(fēng)車二次電池裝置36和農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44的至少一個(gè)的充放電的充放電控制指令值。而且，風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值被發(fā)送到風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制器66，充放電控制指令值被發(fā)送到風(fēng)車充放電控制器68和農(nóng)場(chǎng)充放電控制器70。風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制器66根據(jù)風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值進(jìn)行對(duì)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16的制動(dòng)力(剎車)的賦予或者葉片22的斜度角的變更。風(fēng)車充放電控制器68根據(jù)充放電控制指令值控制直流-直流變換單元32，以對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36進(jìn)行充放電。農(nóng)場(chǎng)充放電控制器70根據(jù)充放電控制指令值控制交流-直流變換單元30B，以對(duì)農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44進(jìn)行充放電。接著，說(shuō)明電力系統(tǒng)42的頻率降低，并且通過(guò)輸出變化判定處理單元62判定了發(fā)電機(jī)20的輸出減少的情況。如上述圖5所示，由于電力系統(tǒng)42發(fā)生了異常，電力系統(tǒng)42的頻率在異常剛發(fā)生之后大幅度降低。于是，如圖6所示，對(duì)于該頻率的大幅度降低的要求輸出與此后相比更大。因此，對(duì)于電力系統(tǒng)42的頻率的大幅度降低，通過(guò)對(duì)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16施加制動(dòng)力，使用風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力(慣性能量)進(jìn)行填補(bǔ)。圖8是表示風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出變化，并且發(fā)電機(jī)20的輸出減少的情況下，在電力系統(tǒng)42中產(chǎn)生了異常的定時(shí)的一例，圖8(A)的區(qū)域A的放大圖為圖8(B)。于是，如圖8(B)所示，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力的填補(bǔ)，風(fēng)力發(fā)電裝置10 的輸出暫時(shí)接近要求輸出。但是之后發(fā)電機(jī)20的輸出由于對(duì)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16施加了制動(dòng)力而減少。因此，風(fēng)力發(fā)電裝置10不能輸出要求輸出。因此，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10在電力系統(tǒng)42的頻率降低并且發(fā)電機(jī)20 的輸出減少的情況下，用充電到風(fēng)車二次電池裝置36的電力補(bǔ)償慣性力填補(bǔ)的不足部分。 即，控制指令生成單元64生成用于風(fēng)力發(fā)電裝置10輸出要求輸出的風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值和充放電控制指令值。圖9是表示用于風(fēng)力發(fā)電裝置10輸出滿足要求輸出的電力的、風(fēng)車二次電池裝置 36的輸出和風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力的比。圖9(A)表示用于表示要求輸出的輸出上升指令值對(duì)于風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出為預(yù)定的比例(例如3% )以上的情況下的風(fēng)車二次電池裝置36和風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力的比。而且，在以下的說(shuō)明中，將上述比例簡(jiǎn)稱為閾值。輸出上升指令值為預(yù)定的閾值以上的情況下，控制指令生成單元64生成風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值和充放電控制指令值，以便如圖9(A)所示那樣，風(fēng)車轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速越快，風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力的輸出越大，來(lái)自風(fēng)車二次電池裝置36的輸出越小。另一方面，在表示要求輸出的輸出上升指令值未達(dá)到上述預(yù)定的閾值的情況下， 控制指令生成單元64生成充放電控制指令值，以便如圖9 (B)所示那樣，不生成風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值，與風(fēng)車轉(zhuǎn)子16的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)地通過(guò)風(fēng)車二次電池裝置36的放電來(lái)滿足要求輸出。 這是因?yàn)樵谳敵錾仙噶钪滴催_(dá)到閾值的情況下，要追隨的輸出過(guò)小，通過(guò)對(duì)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16 的控制不能追隨該輸出。圖10表示通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力和風(fēng)車二次電池裝置36進(jìn)行填補(bǔ)的情況的一例。如圖10所示，在通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力和風(fēng)車二次電池裝置36進(jìn)行填補(bǔ)的情況下，與僅使用風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力的情況相比，風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出和要求輸出的差變小。而且，在圖10所示的例子中，僅通過(guò)風(fēng)車二次電池裝置36的放電不能滿足要求輸出。在這樣的情況下，生成也使農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44放電，也用農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44進(jìn)行填補(bǔ)的充放電控制指令值。如以上說(shuō)明的那樣，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10在電力系統(tǒng)42的頻率已降低且發(fā)電機(jī)20的輸出正在減少的情況下，用風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力以及對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36或者農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44充電的電力對(duì)發(fā)電機(jī)20的輸出和要求輸出的差進(jìn)行補(bǔ)償。而且，既可以僅通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力補(bǔ)償發(fā)電機(jī)20的輸出和要求輸出的差，也可以僅通過(guò)對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36或者農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44充電的電力補(bǔ)償發(fā)電機(jī)20的輸出和要求輸出的差。而且，風(fēng)力發(fā)電裝置10在進(jìn)行對(duì)應(yīng)于要求輸出的輸出的期間，也通過(guò)輸出變化判定處理單元62判定發(fā)電機(jī)20的輸出的增減，根據(jù)判定結(jié)果，通過(guò)控制指令生成單元64重新生成并輸出風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值和充放電控制指令值。接著，說(shuō)明在電力系統(tǒng)42的頻率已降低且通過(guò)輸出變化判定處理單元62判定為發(fā)電機(jī)20的輸出正在增加的情況。圖11表示風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出的變化，并且表示發(fā)電機(jī)20的輸出正在增加的情況下電力系統(tǒng)42中發(fā)生了異常的定時(shí)的一例，圖Il(A)的區(qū)域A的放大圖為圖11(B)。然后，在圖11 (B)中表示伴隨電力系統(tǒng)42的頻率的降低，通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力進(jìn)行了填補(bǔ)的情況下的例子。如圖11⑶所示，如果通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力進(jìn)行填補(bǔ)，則風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出暫時(shí)相當(dāng)于要求輸出。但是，由于發(fā)電機(jī)20的輸出正在增加，所以之后存在風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出超過(guò)要求輸出的可能性。因此，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10在電力系統(tǒng)42的頻率降低，并且發(fā)電機(jī)20 的輸出正在增加的情況下，使發(fā)電機(jī)20的輸出降低。具體來(lái)說(shuō)，控制單元48使存儲(chǔ)單元50 中存儲(chǔ)在電力系統(tǒng)42的頻率已降低時(shí)，即在電力系統(tǒng)42中產(chǎn)生了異常時(shí)的發(fā)電機(jī)的輸出 (以下稱為“存儲(chǔ)輸出”)。然后，控制單元48進(jìn)行控制，使得發(fā)電機(jī)20的輸出成為存儲(chǔ)輸出，并且通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力和對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36充電的電力補(bǔ)償發(fā)電機(jī)20的輸出和要求輸出的差。即，控制指令生成單元64首先生成與電力系統(tǒng)42剛發(fā)生異常之后大幅度降低的頻率對(duì)應(yīng)的、用于對(duì)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16提供制動(dòng)力的風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值、以及用于使風(fēng)車二次電池裝置36放電的充放電控制指令值。由此，風(fēng)力發(fā)電裝置10通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力和從風(fēng)車二次電池裝置36放電的電力的填補(bǔ)，輸出滿足了要求輸出的電力。之后，控制指令生成單元64生成用于控制葉片22的斜度角以使發(fā)電機(jī)20的輸出減少至存儲(chǔ)輸出的風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)生成使葉片22的斜度角向平槳 (feather) 一側(cè)變更的風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值，可以減少葉片22受的風(fēng)力，使發(fā)電機(jī)20的輸出減少。而且，圖12的點(diǎn)劃線表示使發(fā)電機(jī)20的輸出減少至存儲(chǔ)輸出的情況。由此，可以抑制風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出超出要求有效輸出的情況。但是，僅通過(guò)這樣，不能對(duì)應(yīng)電力
10系統(tǒng)42的微小的頻率的變動(dòng)，所以風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出不能達(dá)到要求有效輸出。因此，本實(shí)施方式的控制指令生成單元64生成用于控制葉片22的斜度角的風(fēng)車轉(zhuǎn)子控制指令值，并且根據(jù)輸出上升指令值生成用于使風(fēng)車二次電池裝置36放電的充放電控制指令值。由此，如圖12的虛線所示，風(fēng)力發(fā)電裝置10可以使輸出相當(dāng)于要求輸出。如以上說(shuō)明的那樣，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電裝置10在電力系統(tǒng)42的頻率已降低、 并且發(fā)電機(jī)20的輸出正在增加的情況下進(jìn)行控制，使得發(fā)電機(jī)20的輸出成為存儲(chǔ)單元50 中存儲(chǔ)的存儲(chǔ)輸出，并且用風(fēng)車轉(zhuǎn)子16中蓄積的慣性力和對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36充電的電力補(bǔ)償發(fā)電機(jī)20的輸出和要求輸出的差。因此，風(fēng)力發(fā)電裝置10即使在由于電力系統(tǒng)42中產(chǎn)生異常而電力系統(tǒng)的頻率降低，并且風(fēng)速正在上升的情況下，也可以輸出電力系統(tǒng)42要求的電力。而且，本實(shí)施方式的控制指令生成單元64在不能僅通過(guò)風(fēng)車二次電池裝置36的放電滿足要求輸出的情況下，生成使農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44也放電，也使用農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44進(jìn)行填補(bǔ)的充放電控制指令值。而且，也可以不使風(fēng)車二次電池裝置36放電，而僅通過(guò)使農(nóng)場(chǎng)二次電池裝置44放電來(lái)進(jìn)行填補(bǔ)。以上，使用上述實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式中記載的范圍。在不超出發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施方式施加多種變更或者改良，該施加了變更或者改良的方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。例如，在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了為了將發(fā)電機(jī)20的輸出作為存儲(chǔ)輸出，控制葉片22的斜度角的情況，但是本發(fā)明不限于此，也可以是為了將發(fā)電機(jī)20的輸出作為存儲(chǔ)輸出，進(jìn)行控制，以便將發(fā)電機(jī)20發(fā)電的電力對(duì)二次電池充電的方式。具體來(lái)說(shuō)，例如，風(fēng)車二次電池裝置36具有多個(gè)二次電池，對(duì)多個(gè)該二次電池中對(duì)放電沒(méi)有貢獻(xiàn)的二次電池充電發(fā)電機(jī)20所發(fā)電的電力。而且，所謂對(duì)放電有貢獻(xiàn)的二次電池，是為了使風(fēng)力發(fā)電裝置10的輸出成為要求輸出而放電的二次電池。而且，在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了作為風(fēng)車二次電池裝置36而使用鋰電池的情況，但是本發(fā)明不限于此，也可以是作為風(fēng)車二次電池裝置36而使用電場(chǎng)電容器等其他蓄電器件的方式。而且，在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了將風(fēng)車二次電池裝置36配置在導(dǎo)流罩14內(nèi)的情況，但是本發(fā)明不限于此，也可以是將風(fēng)車二次電池裝置36配置在塔12內(nèi)或者塔12下的方式。而且，也可以是具有風(fēng)車二次電池裝置36的風(fēng)力發(fā)電裝置10通過(guò)對(duì)不具有風(fēng)車二次電池裝置36的其它風(fēng)力發(fā)電裝置送電對(duì)風(fēng)車二次電池裝置36充電的電力，上述其它的風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出滿足要求輸出的方式。在該方式的情況下，風(fēng)力發(fā)電裝置10接受從其它的風(fēng)力發(fā)電裝置輸出的輸出的測(cè)量值，從風(fēng)車二次電池裝置36放電相當(dāng)于對(duì)該其它風(fēng)力發(fā)電裝置要求的要求輸出和接收到的測(cè)量值的差的電力。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，具有多個(gè)葉片的風(fēng)車轉(zhuǎn)子接受風(fēng)而旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且將通過(guò)該發(fā)電機(jī)發(fā)電的電力送電至電力系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電裝置包括判定單元，導(dǎo)出所述發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度，并且根據(jù)導(dǎo)出的該傾斜度判定所述發(fā)電機(jī)的輸出的增減；以及控制單元，在電力系統(tǒng)的頻率已降低的情況下，根據(jù)所述判定單元的判定結(jié)果進(jìn)行電力控制。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，還包括可充放電的二次電池，在所述電力系統(tǒng)的頻率已降低、并且通過(guò)所述判定單元判定為所述發(fā)電機(jī)的輸出正在減少的情況下，所述控制單元進(jìn)行控制，以通過(guò)所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和對(duì)所述二次電池充電的電力的至少一個(gè)補(bǔ)償所述發(fā)電機(jī)的輸出和所述電力系統(tǒng)要求的電力的差。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，還包括可充放電的二次電池；以及存儲(chǔ)單元，在所述電力系統(tǒng)的頻率已降低、并且通過(guò)所述判定單元判定為所述發(fā)電機(jī)的輸出正在增加的情況下，存儲(chǔ)所述電力系統(tǒng)的頻率降低時(shí)的所述發(fā)電機(jī)的輸出，所述控制單元進(jìn)行控制，以使所述發(fā)電機(jī)的輸出成為所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出，并且進(jìn)行控制，以通過(guò)所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子中蓄積的慣性力和對(duì)所述二次電池充電的電力補(bǔ)償所述發(fā)電機(jī)的輸出和所述電力系統(tǒng)要求的電力的差。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，所述控制單元控制所述葉片的斜度角，使得所述發(fā)電機(jī)的輸出成為所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。
5.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，設(shè)置多個(gè)所述二次電池，所述控制單元進(jìn)行控制，使所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電的電力對(duì)多個(gè)所述二次電池中對(duì)放電沒(méi)有貢獻(xiàn)的所述二次電池充電，以便所述發(fā)電機(jī)的輸出成為所述存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的輸出。
6.一種輸出控制方法，用于具有多個(gè)葉片的風(fēng)車轉(zhuǎn)子接受風(fēng)而旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且將通過(guò)該發(fā)電機(jī)發(fā)電的電力送電至電力系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，該輸出控制方法包括第1步驟，導(dǎo)出所述發(fā)電機(jī)的輸出的變化的傾斜度，并且根據(jù)導(dǎo)出的該傾斜度判定所述發(fā)電機(jī)的輸出的增減；以及第2步驟，在電力系統(tǒng)的頻率已降低的情況下，根據(jù)所述第1步驟的判定結(jié)果進(jìn)行電力控制。
全文摘要
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置(10)，導(dǎo)出通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子(16)的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電的發(fā)電機(jī)(20)的輸出的變化的傾斜度，根據(jù)導(dǎo)出的輸出的變化的傾斜度，判定發(fā)電機(jī)(20)的輸出的增減。于是，在電力系統(tǒng)(42)的頻率已降低的情況下根據(jù)判定結(jié)果進(jìn)行電力控制。因此，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)正確地檢測(cè)發(fā)電機(jī)(20)的輸出變動(dòng)，可以更有效地補(bǔ)償電力系統(tǒng)(42)的電力供給量的降低。
文檔編號(hào)H02J3/32GK102597506SQ201080002715
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者八杉明 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社