[發(fā)明專利]風力發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010623092.0
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102108943A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 友部修;渡邊雅浩;黑田英佑;古川俊行;安部圭子
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D7/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 朱丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及控制多個風力發(fā)電裝置使得由風力發(fā)電產(chǎn)生的電力質(zhì)量穩(wěn)定的風力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

所謂風力發(fā)電，是指通過風車或螺旋槳將風的動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)這一動能，并利用增速機等使旋轉(zhuǎn)增速之后使發(fā)電機運轉(zhuǎn)，由此變換為電能的發(fā)電方式。

近年來，作為可再生能源在世界中推進導入風力發(fā)電系統(tǒng)，近幾年，由于大量生產(chǎn)和技術(shù)進步帶來的風力發(fā)電設(shè)備的成本降低以及用于設(shè)置的補助金等導入支援政策等，以年平均大約30％的成長率發(fā)展，在利用自然能量的發(fā)電系統(tǒng)中正在與太陽能發(fā)電一起急速成長。

除了設(shè)置風力發(fā)電設(shè)備，還需要風速能夠確保一定等級、即風況良好，此外還需要存在用于運送葉片(blade)以及塔架(tower)這樣的風力發(fā)電設(shè)備器材的道路，需要用于將來自風力發(fā)電設(shè)備的電力送出的輸電線。

作為風力發(fā)電的一般方法，通過在風的強度滿足一定條件的地方排列導入多個風車從而構(gòu)成風電場(wind?farm)。風力發(fā)電設(shè)備一般在作為電源時具有輸出閃變顯著等、特征與以往電源較大不同的特性。此外，在要考慮確保用地資金、風況良好的情況下，對于系統(tǒng)相互聯(lián)系較弱，所以風力發(fā)電即使在分散型電源中也是特別擔心對系統(tǒng)產(chǎn)生影響的電源。因此，雖然有可能通過風電場使各個風力發(fā)電機的輸出閃變平衡化，但是現(xiàn)狀存在很多技術(shù)問題〔非專利文獻1〕。

具體而言，擔心伴隨風力發(fā)電機的大量導入而對電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，需要避免伴隨風力發(fā)電機的異常而導致的電壓降低等事故。另一方面，風力發(fā)電機大多導入在風況良好的山岳地帶以及沿海地區(qū)，一般為遙遠的地方。因此，需要檢測處于遙遠的地方的風力發(fā)電機的異常，并抑制對電力系統(tǒng)的波及。

因此，在〔專利文獻1〕中公開了如下技術(shù)：在排列許多風力/太陽能發(fā)電裝置等的分散型電源的電力系統(tǒng)中在發(fā)生系統(tǒng)事故時，分散型電源用傳輸切斷系統(tǒng)從分散型電源取得異常數(shù)據(jù)后，通過遠程操作切斷供電并且通過分散型電源的傳輸切斷，將分散性電源從電力系統(tǒng)分離開來，由此避免單獨運轉(zhuǎn)。

另一方面，在如風電場那樣許多風力發(fā)電機相互關(guān)聯(lián)那樣的條件下，報告發(fā)生風車間的“同步現(xiàn)象”。根據(jù)該報告，由塔影效應(yīng)產(chǎn)生的1Hz級別(order)的電壓閃變在風車臺數(shù)為N臺時，存在電壓閃變幅度最差增大到3N倍這樣的報告〔非專利文獻1〕〔非專利文獻2〕。

因此，在今后加速越來越大型化、大量風力發(fā)電機相互關(guān)聯(lián)的風電場中，具有如下問題：發(fā)生同步現(xiàn)象的風險提高，源自電力系統(tǒng)側(cè)的電壓降低時難以連續(xù)運轉(zhuǎn)。

【專利文獻1】日本特開2005-198446號公報

【非專利文獻1】「ENERGY2004-8P74-77特集系連系と配電技術(shù)ウインドフア一ムとその系影響風力発電を「普通電源」にちかづけられるか」，ENERGY2004-8P74-77專集系統(tǒng)聯(lián)系與配電技術(shù)風電場及其系統(tǒng)影響風力發(fā)電接近“普通電源”嗎

【非專利文獻2】「電気學會論文誌B?Vol124，No.9、2004「ウインドフア一ムにおける風力発電機の同期化現(xiàn)象の理論的検討」，電氣協(xié)會論文集BVol.124，No.9，2004「風電場中的風力發(fā)電機的同步現(xiàn)象的理論研究」

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明中要解決的課題是提供一種配置許多風力發(fā)電機的抑制電壓變動的風力發(fā)電系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述課題，本發(fā)明在具備構(gòu)成風電場的多個風力發(fā)電機的風力發(fā)電系統(tǒng)中，具備：能夠改變俯仰角的葉片；與該葉片機械連接的轉(zhuǎn)子；由該轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)電機；與該發(fā)電機電連接、并且控制從所述發(fā)電機向電力系統(tǒng)輸出的電力的電力轉(zhuǎn)換器；控制所述俯仰角的俯仰角控制單元；檢測所述電力系統(tǒng)或者所述風力發(fā)電系統(tǒng)的異常狀態(tài)的異常檢測單元；該異常檢測單元沒有檢測出異常時的第一俯仰角控制單元、和所述異常檢測單元檢測出異常時的第二俯仰角控制單元；所述第二俯仰角控制單元使所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度保持所述風力發(fā)電系統(tǒng)的能夠發(fā)電運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度。

進而，本發(fā)明在風力發(fā)電系統(tǒng)中，其特征在于，具有預先決定的第一規(guī)定值和比該第一規(guī)定值小的第二規(guī)定值，所述第二俯仰角控制單元在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度比所述風力發(fā)電系統(tǒng)的能夠發(fā)電運轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的上限值小、且比第一規(guī)定值大時，將俯仰角固定為規(guī)定的值；在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度比所述風力發(fā)電系統(tǒng)的能夠發(fā)電運轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的下限值大、且比第二規(guī)定值小時，使俯仰角為最大角。

進而，本發(fā)明在風力發(fā)電系統(tǒng)中，其特征在于，所述第二俯仰角控制單元是使所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的目標值為所述風力發(fā)電系統(tǒng)的能夠發(fā)電運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)的固定值的控制單元。