特許 6165644 ウィンドファームおよびその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6165644

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】ウィンドファームおよびその運転方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/00 20060101AFI20170710BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/00 F

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-11283(P2014-11283)

(22)【出願日】2014年1月24日

(65)【公開番号】特開2015-139343(P2015-139343A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2016年2月24日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】若狭 強志

(72)【発明者】

【氏名】山下 幸生

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１３８２５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２０６６０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５１７２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９８２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２５０９３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２３５１１９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の風力発電装置と、少なくとも一台の前記風力発電装置がそれぞれ接続される複数のフィーダと、前記複数のフィーダと電力系統との間に設けられる変電所と、を備えたウィンドファームの運転方法であって、
各々の前記風力発電装置の発電機の端子電圧を検出する端子電圧検出ステップと、
前記端子電圧検出ステップにおいて前記端子電圧の低下が検出されたとき、各々の前記風力発電装置の前記発電機への機械的入力を減少させるとともに、前記発電機から出力する無効電流を増大させる暫定制御ステップと、
前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下が前記ウィンドファームの前記変電所よりもフィーダ側における事故に付随して起きていることが判明したとき、前記複数の風力発電装置の運転を停止させずに、前記暫定制御ステップにおいて増大させた前記無効電流を減少させることによって前記ウィンドファーム内における前記事故の拡大を抑制する事故拡大抑制ステップと、を備え、
前記変電所よりも前記フィーダ側における前記事故の除却前および除却後において、複数の風力発電装置のうち前記事故が起きていない少なくとも一つの前記フィーダに接続された前記風力発電装置の運転を継続する
ことを特徴とするウィンドファームの運転方法。

【請求項2】

前記事故が発生した前記フィーダ又は前記風力発電装置を特定する事故点特定ステップと、
前記事故点特定ステップにおいて特定された事故点を他のフィーダ又は他の風力発電装置から切り離す事故除去ステップと、を備え、
前記事故拡大抑制ステップでは、少なくとも、前記事故除去ステップにおいて前記事故点の切り離しまでの間、各々の前記風力発電装置について前記無効電流の減少を継続することを特徴とする請求項１に記載のウィンドファームの運転方法。

【請求項3】

前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下が前記変電所における事故の発生に付随して起きていることが判明したとき、前記複数の風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第１停止制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のウィンドファームの運転方法。

【請求項4】

前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下の原因である事故が特定されるまでの間、前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを継続することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。

【請求項5】

前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下が前記電力系統における事故に付随して起きていることが判明したとき、前記暫定制御ステップにおける前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを継続することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。

【請求項6】

前記端子電圧の低下が規定時間を超えて継続したとき、前記暫定制御ステップを終了し、前記複数の風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第２停止制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。

【請求項7】

規定時間内に前記端子電圧が回復したとき、前記暫定制御ステップを終了し、前記複数の風力発電装置の通常運転時における制御に復帰する復帰制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のウィンドファームの運転方法。

【請求項8】

発電機と、前記発電機の端子電圧を検出するための端子電圧検出センサと、前記発電機への機械的入力および前記発電機から出力する無効電流を制御するためのＷＴＧコントローラとをそれぞれ有する複数の風力発電装置と、
少なくとも一台の前記風力発電装置がそれぞれ接続される複数のフィーダと、
前記複数のフィーダと電力系統との間に設けられる変電所と、
各々の前記風力発電装置の前記ＷＴＧコントローラと通信可能に構成されたＷＦコントローラと、を備えるウィンドファームであって、
前記ＷＴＧコントローラは、
前記端子電圧検出センサにより前記端子電圧の低下が検出されたとき、前記発電機への機械的入力を減少させるとともに、前記発電機から出力する無効電流を増大させる暫定制御モードを実行し、
前記暫定制御モードの実行中、前記端子電圧の低下が前記ウィンドファームの前記変電所よりもフィーダ側における事故に付随して起きていることを示す第１事故情報を前記ＷＦコントローラから受け取ったとき、前記複数の風力発電装置の運転を停止させずに、前記暫定制御モードにおいて増大させた前記無効電流を減少させることによって前記ウィンドファーム内における前記事故の拡大を抑制する事故拡大抑制モードに移行するとともに、
前記変電所よりも前記フィーダ側における前記事故の除却前および除却後において、前記複数の風力発電装置のうち前記事故が起きていない少なくとも一つの前記フィーダに接続された前記風力発電装置の運転を継続する
ように構成されたことを特徴とするウィンドファーム。

【請求項9】

前記事故が発生した前記フィーダ又は前記風力発電装置を特定するための事故点特定装置と、
前記事故点特定装置により特定された事故点を他のフィーダ又は他の風力発電装置から切り離すように構成された遮断器と、をさらに備え、
前記ＷＴＧコントローラは、少なくとも、前記遮断器による前記事故点の切り離しまでの間、前記発電機からの前記無効電流を減少させる前記事故拡大抑制モードを継続して実行するように構成されたことを特徴とする請求項８に記載のウィンドファーム。

【請求項10】

前記ＷＴＧコントローラは、前記暫定制御モードの実行中、前記端子電圧の低下が前記変電所における事故の発生に付随して起きていることを示す第２事故情報を前記ＷＦコントローラから受け取ったとき、前記風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第１停止制御モードに移行するように構成されたことを特徴とする請求項８又は９に記載のウィンドファーム。

【請求項11】

前記ＷＴＧコントローラは、前記端子電圧の低下の原因である事故を特定した事故情報が前記ＷＦコントローラから送られてくるまでの間、前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを伴う前記暫定制御モードを継続して実行するように構成されたことを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載のウィンドファーム。

【請求項12】

前記ＷＴＧコントローラは、前記端子電圧の低下が前記電力系統における事故に付随して起きていることを示す第３事故情報を前記ＷＦコントローラから受け取ったとき、前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを伴う前記暫定制御モードを継続して実行するように構成されたことを特徴とする請求項８乃至１１の何れか一項に記載のウィンドファーム。

【請求項13】

前記ＷＴＧコントローラは、前記暫定制御モードの実行中、前記端子電圧の低下が規定時間を超えて継続したとき、前記風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第２停止制御モードに移行するように構成されたことを特徴とする請求項８乃至１２の何れか一項に記載のウィンドファーム。

【請求項14】

前記ＷＴＧコントローラは、前記暫定制御モードの実行中、規定時間内に前記端子電圧が回復したとき、前記風力発電装置の通常制御モードに移行するように構成されたことを特徴とする請求項８乃至１３の何れか一項に記載のウィンドファーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力系統に連系される複数の風力発電装置を備えたウィンドファームおよびその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保全の観点から、分散型電源の一つである風力発電装置の導入が進んでいる。大規模な分散型電源として、所定地域に複数の風力発電装置が設置されたウィンドファームも建設されている。

【0003】

一般的に、商用電力系統に連系される分散型電源に対しては、電力品質の維持、電力系統の安定化を図る目的から、系統連系要件（Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅ）で規定される運用が要求される。例えば、電力系統の擾乱が発生した場合、散在する多数の分散型電源が一斉に解列すると電力系統の電力品質に多大な影響を与えることが懸念される。そのため、Ｇｒｉｄ
ｃｏｄｅにおいて、分散型電源に対して系統電圧低下時においても運転を継続するためのＦＲＴ（Fault Ride Through）機能を備えるように推奨している。

【0004】

ウィンドファームの風力発電装置に対しても分散型電源の役割の一つとしてＦＲＴ要件が求められる。例えば、特許文献１には、系統事故が発生した場合に発電を継続させ、ＦＲＴ要件（ＬＶＲＴ要件を含む）を達成するようにした風力発電装置の構成が記載されている。また、特許文献２にも、発電機端子電圧の低下を検知し、発電機のＦＲＴ要件を達成するようにした風力発電装置の構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０８５９８８号

【特許文献2】欧州特許第２４８１９１７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、風力発電装置の運転に影響を与える事故として、系統事故による瞬間的な電圧変動や周波数変動等の擾乱とは別に、ウィンドファーム内で発生する内部事故もある。例えば、ウィンドファームに設置された風力発電装置の発電機やその変換器等の不具合に起因した内部事故が発生した場合、風力発電装置の運転を継続すると、他の連系している風力発電装置や電力系統から事故点に電流が流れ込み、ダメージを拡大するおそれがある。

【0007】

上記特許文献１、２に記載される方法は、風力発電装置の端子電圧や連系点における電圧が低下したらＬＶＲＴ要件に従う運転を行うようになっている。上述したように、ＬＶＲＴ要件は電力系統側の事故を対象としたものである。しかしながら、発電機の端子電圧の低下は、ＬＶＲＴ以外の事象によっても引き起こされる可能性がある。発電機の端子電圧低下の原因が系統事故ではない場合、ＬＶＲＴ要件に従って風力発電装置の運転を継続することは、必ずしも適切な事故対応とは言い難い。

【0008】

本発明の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑み、事故の発生箇所に応じて適正な事故対応が可能なウィンドファームおよびその運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームの運転方法は、
複数の風力発電装置と、少なくとも一台の前記風力発電装置が接続される少なくとも一本のフィーダと、前記少なくとも一本のフィーダと電力系統との間に設けられる変電所と、を備えたウィンドファームの運転方法であって、
各々の前記風力発電装置の発電機端子電圧を検出する端子電圧検出ステップと、
前記端子電圧検出ステップにおいて前記端子電圧の低下が検出されたとき、各々の前記風力発電装置の前記発電機への機械的入力を減少させるとともに、前記発電機から出力する無効電流を増大させる暫定制御ステップと、
前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下が前記ウィンドファームの前記変電所よりもフィーダ側における事故に付随して起きていることが判明したとき、前記暫定制御ステップにおいて増大させた前記無効電流を減少させて前記ウィンドファーム内における前記事故の拡大を抑制する事故拡大抑制ステップと、を備えることを特徴とする。

【0010】

電力系統に連系されるウィンドファームの運転に際して、事故が発生した場合における優先度の高い要求の一つとして、例えばＧｒｉｄ Ｃｏｄｅのように、電力系統における電力品質の維持、電力系統の安定化を図る運用が挙げられる。そのため、各種の事故の中でも系統事故対応は優先度が高く、且つ迅速な対応が必要とされる。一方で、事故が発生してからその発生箇所である事故点が判明するまでには時間を要するという実状もある。
そこで、上記ウィンドファームの運転方法では、発電機の端子電圧の低下を検出することによって事故の発生を把握し、最初に、系統事故に対応した運転を行うようになっている。すなわち、端子電圧の低下が検出された時点では、その原因事象として系統事故の可能性が含まれるため、上述の理由から優先的に系統事故に適した運転を暫定的に行う。具体的には、暫定制御ステップにおいて発電機から出力する無効電流を増大させる。これにより、系統事故が発生している場合であっても、系統電圧の維持に寄与し得る運転を行うことができる。同時に、発電機への機械的入力を減少させるようにしたので、端子電圧の低下に伴って発電機の電気的出力が減少しても、発電機における機械的入力と電気的出力とのバランスを維持することができる。
そして、暫定制御ステップの開始後、事故拡大抑制ステップにて、端子電圧の低下が、ウィンドファームの変電所よりもフィーダ側における事故（以下、フィーダ側内部事故と称する。）に付随して起きていることが判明したとき、系統事故に適した運転からウィンドファーム内におけるフィーダ側内部事故に適した運転に切り替える。具体的には、フィーダ側内部事故であると判明したとき、暫定制御ステップにおいて増大させた無効電流を減少させて事故点に流れ込む電流を低減する。これにより事故の拡大を抑制できる。
このように、発電機の端子電圧低下を引き起こした原因事象の事故点が未だ判明していない事故発生直後から、各種の事故の中でも優先度の高い系統事故に適した運転をまずは開始し、原因事象がフィーダ側内部事故であると判明したら、フィーダ側内部事故に適した運転に切り替える。これにより、事故が発生した直後からの迅速な対応が可能であるとともに、事故点に応じた適切な運転を行うことができる。
なお、本明細書において「発電機への機械的入力を減少させる」とは、発電機へ入力される機械的なエネルギーを減少させることである。例えば、ギア式増速機を備えた風力発電装置、あるいはダイレクトドライブ方式を採用した風力発電装置の場合、ブレードのピッチ角の制御により発電機への機械的入力を減少させてもよい。また、油圧ポンプ及び油圧モータを含む油圧トランスミッションを備えた風力発電装置の場合、油圧モータの押しのけ容積の制御により発電機への機械的入力を減少させてもよい。

【0011】

幾つかの実施形態において、上記ウィンドファームの運転方法は、
前記事故が発生した前記フィーダ又は前記風力発電装置を特定する事故点特定ステップと、
前記事故点特定ステップにおいて特定された事故点を他のフィーダ又は他の風力発電装置から切り離す事故除去ステップと、を備え、
前記事故拡大抑制ステップでは、少なくとも、前記事故除却ステップにおいて前記事故点の切り離しまでの間、各々の前記風力発電装置について前記無効電流の減少を継続する。
このように、事故が発生したフィーダ又は風力発電装置が特定されたら、その事故点を他のフィーダ又は他の風力発電装置から切り離すようにしたので、他の風力発電装置の運転を継続できる。また、健全な他のフィーダ又は他の風力発電装置から事故点を切り離すまでの間、事故拡大抑制ステップにおける無効電流の減少を継続するようにしたので、事故拡大を効果的に抑制し、その後の健全な他の風力発電装置の速やかな運転再開を実現できる。なお、事故拡大抑制ステップにおける「無効電流の減少を継続」とは、暫定制御ステップにて増大させた無効電流値を基準とし、この無効電流値よりも低い値まで無効電流を減少させた状態を継続することである。

【0012】

幾つかの実施形態において、上記ウィンドファームの運転方法は、
前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下が前記変電所における事故の発生に付随して起きていることが判明したとき、前記複数の風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第１停止制御ステップをさらに備える。
変電所にて事故（以下、変電所側内部事故と称する。）が発生した場合、変電所の健全な機器のみで直ちに送電を再開できるとは限らず、風力発電装置による運転継続の見込みが小さいため、変電所を介して電力系統に接続される複数の風力発電装置の運転を停止し、これらの発電機を電力系統から解列する。これにより、風力発電装置による運転継続の見込みが小さい場合には、複数の風力発電装置の運転を停止して、事故の復旧を優先させることができる。

【0013】

幾つかの実施形態において、上記ウィンドファームの運転方法は、
前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下の原因である事故が特定されるまでの間、前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを継続する。
このように、系統事故の可能性が残される間は、優先度の高い系統事故に適した運転を継続する。これにより、ウィンドファームが電力系統の不安定要因になることを極力避けることができる。

【0014】

幾つかの実施形態において、上記ウィンドファームの運転方法は、
前記暫定制御ステップの開始後、前記端子電圧の低下が前記電力系統における事故に付随して起きていることが判明したとき、前記暫定制御ステップにおける前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを継続する。
このように、発電機端子電圧低下の原因が系統事故であると判定された場合は、機械的入力の減少と無効電流の増大とを継続することによって、風力発電装置の保全と電力系統の安定化および電力品質の維持が図れる。

【0015】

幾つかの実施形態において、上記ウィンドファームの運転方法は、
前記端子電圧の低下が規定時間を超えて継続したとき、前記暫定制御ステップを終了し、前記複数の風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第２停止制御ステップをさらに備える。
これにより、複数の風力発電装置が、例えばＬＶＲＴ（Low Voltage Ride Through）要件を満たす運転を達成した上で、発電機端子電圧低下に伴う風力発電装置への影響を回避するために風力発電装置の運転を停止することができる。
なお、ＬＶＲＴ（Low Voltage Ride Through）要件とは、系統事故が発生して系統電圧が低下した場合でも分散型電源を電力系統から所定の規定時間解列せずに出力を継続するための要件である。ＬＶＲＴ要件によって電力系統への連系維持が求められる時間（規定時間）は、系統電圧の低下の程度に応じて定まるのが通常である。

【0016】

幾つかの実施形態において、上記ウィンドファームの運転方法は、
規定時間内に前記端子電圧が回復したとき、前記暫定制御ステップを終了し、前記複数の風力発電装置の通常運転時における制御に復帰する復帰制御ステップをさらに備える。
これにより、複数の風力発電装置が、例えばＬＶＲＴ要件を満たす運転を達成した上で、発電機端子電圧の回復を待って風力発電装置の通常運転を再開することができる。

【0017】

本発明の少なくとも一実施形態に係るウィンドファームは、
発電機と、前記発電機の端子電圧を検出するための端子電圧検出センサと、前記発電機への機械的入力および前記発電機から出力する無効電流を制御するためのＷＴＧコントローラとをそれぞれ有する複数の風力発電装置と、
少なくとも一台の前記風力発電装置が接続される少なくとも一本のフィーダと、
前記少なくとも一本のフィーダと電力系統との間に設けられる変電所と、
各々の前記風力発電装置の前記ＷＴＧコントローラと通信可能に構成されたＷＦコントローラと、を備えるウィンドファームであって、
前記ＷＴＧコントローラは、
前記端子電圧検出センサにより前記端子電圧の低下が検出されたとき、前記発電機への機械的入力を減少させるとともに、前記発電機から出力する無効電流を増大させる暫定制御モードを実行し、
前記暫定制御モードの実行中、前記端子電圧の低下が前記ウィンドファームの前記変電所よりもフィーダ側における事故に付随して起きていることを示す第１事故情報を前記ＷＦコントローラから受け取ったとき、前記暫定制御モードにおいて増大させた前記無効電流を減少させて前記ウィンドファーム内における前記事故の拡大を抑制する事故拡大抑制モードに移行する
ように構成されたことを特徴とする。

【0018】

上記ウィンドファームは、発電機の端子電圧の低下が検出されたとき、ＷＴＧコントローラにて、発電機への機械的入力を減少させるとともに発電機から出力する無効電流を増大させる暫定制御モードを実行するように構成されている。これにより、系統事故が発生している場合であっても、系統電圧の維持に寄与し得る運転を行うことができるとともに、端子電圧の低下に伴って発電機の電気的出力が減少しても、発電機における機械的入力と電気的出力とのバランスを維持することができる。
また、ＷＴＧコントローラは、暫定制御モードの実行中、発電機端子電圧の低下がフィーダ側内部事故に付随して起きていることを示す第１事故情報をＷＦコントローラから受け取ったとき、暫定制御モードにおいて増大させた無効電流を減少させて事故点に流れ込む電流を低減するようになっている。これにより事故の拡大を抑制できる。
このように、上記ウィンドファームでは、発電機の端子電圧低下を引き起こした原因事象の事故点が未だ判明していない事故発生直後から、各種の事故の中でも優先度の高い系統事故に適した運転をまずは開始し、原因事象がフィーダ側内部事故であると判明したら、フィーダ側内部事故に適した運転に切り替えるようになっている。これにより、事故が発生した直後からの迅速な対応が可能であるとともに、事故点に応じた適切な運転を行うことができる。

【0019】

幾つかの実施形態において、
上記ウィンドファームは、
前記事故が発生した前記フィーダ又は前記風力発電装置を特定するための事故点特定装置と、
前記事故点特定装置により特定された事故点を他のフィーダ又は他の風力発電装置から切り離すように構成された遮断器と、をさらに備え、
前記ＷＴＧコントローラは、少なくとも、前記遮断器による前記事故点の切り離しまでの間、前記発電機からの前記無効電流を減少させる前記事故拡大抑制モードを継続して実行するように構成される。
このように、事故点特定装置によって事故が発生したフィーダ又は風力発電装置が特定されたら、遮断器を作動して、その事故点を他のフィーダ又は他の風力発電装置から切り離すようにしたので、他の風力発電装置の運転を継続できる。また、ＷＴＧコントローラは、健全な他のフィーダ又は他の風力発電装置から事故点を切り離すまでの間、事故拡大抑制モードを継続するようにしたので、事故拡大を効果的に抑制し、その後の健全な他の風力発電装置の速やかな運転再開を実現できる。

【0020】

一実施形態において、
前記ＷＴＧコントローラは、前記暫定制御モードの実行中、前記端子電圧の低下が前記変電所における事故の発生に付随して起きていることを示す第２事故情報を前記ＷＦコントローラから受け取ったとき、前記風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第１停止制御モードに移行するように構成される。
このように、変電所側内部事故の発生が検知され、風力発電装置による運転継続の見込みが小さい場合には、第１停止制御モードの実行によって複数の風力発電装置の運転を停止し、事故の復旧を優先させることができる。

【0021】

一実施形態において、
前記ＷＴＧコントローラは、前記端子電圧の低下の原因である事故を特定した事故情報が前記ＷＦコントローラから送られてくるまでの間、前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを伴う前記暫定制御モードを継続して実行するように構成される。
このように、系統事故の可能性が残される間は、優先度の高い系統事故に適した暫定制御モードを継続して実行することにより、ウィンドファームが電力系統の不安定要因になることを極力避けることができる。

【0022】

一実施形態において、
前記ＷＴＧコントローラは、前記端子電圧の低下が前記電力系統における事故に付随して起きていることを示す第３事故情報を前記ＷＦコントローラから受け取ったとき、前記機械的入力の減少と前記無効電流の増大とを伴う前記暫定制御モードを継続して実行するように構成される。
このように、発電機端子電圧低下の原因が系統事故であると判定された場合には、機械的入力の減少と無効電流の増大と伴う暫定制御モードを継続して実行することにより、風力発電装置の保全と電力系統の安定化および電力品質の維持が図れる。

【0023】

一実施形態において、
前記ＷＴＧコントローラは、前記暫定制御モードの実行中、前記端子電圧の低下が規定時間を超えて継続したとき、前記風力発電装置の運転を停止して前記発電機を前記電力系統から解列する第２停止制御モードに移行するように構成される。
これにより、複数の風力発電装置が、例えばＬＶＲＴ要件を満たす運転を達成した上で、発電機端子電圧低下に伴う風力発電装置への影響を回避するために風力発電装置の運転を停止することができる。

【0024】

一実施形態において、
前記ＷＴＧコントローラは、前記暫定制御モードの実行中、規定時間内に前記端子電圧が回復したとき、前記風力発電装置の通常制御モードに移行するように構成される。
これにより、複数の風力発電装置が、例えばＬＶＲＴ要件を満たす運転を達成した上で、発電機端子電圧の回復を待って風力発電装置の通常運転を再開することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、発電機の端子電圧低下を引き起こした原因事象の事故点が未だ判明していない事故発生直後から、各種の事故の中でも優先度の高い系統事故に適した運転をまずは開始し、原因事象がフィーダ側内部事故であると判明したら、フィーダ側内部事故に適した運転に切り替えるようになっている。これにより、事故が発生した直後からの迅速な対応が可能であるとともに、事故点に応じた適切な運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一実施形態に係るウィンドファームおよびその周辺機器を示す構成図である。

【図2】風力発電装置の具体的な構成例を示す図である。

【図3】端子電圧低下を誘因する事故の分類に関する説明図である。

【図4】風力発電装置の運転継続必要領域を示す図である。

【図5】一実施形態に係るウィンドファームの運転方法の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0028】

図１は一実施形態に係るウィンドファーム１およびその周辺機器を示す構成図である。図２は風力発電装置の具体的な構成例を示す図である。
図１および図２に示すように、ウィンドファーム１は、送電線１０を介して電力系統５０と接続されており、複数の風力発電装置２（２ａ，２ｂ，…），３（３ａ，３ｂ，…）と、電力系統５０と複数の風力発電装置２，３との間に設けられた変電所３０と、複数の風力発電装置２，３と通信可能に構成されたＷＦコントローラ６０と、を備えている。なお、ウィンドファーム１は、洋上に設けられていてもよいし、陸上に設けられていてもよい。

【0029】

送電線１０には分岐線１２が接続されており、該分岐線１２には少なくとも一本のフィーダ１４，１６が接続されている。そして、各々のフィーダ１４，１６には、少なくとも一台の風力発電装置２，３が接続されている。送電線１０，分岐線１２又はフィーダ１４，１６は、海底ケーブルであってもよいし、架空ケーブルであってもよい。

【0030】

図１には一例として、分岐線１２に第１フィーダ１４および第２フィーダ１６が並列に接続された構成を示している。さらに、第１フィーダ１４には、複数の風力発電装置２ａ，２ｂ，…が並列に接続されており、第２フィーダ１６には、複数の風力発電装置３ａ，３ｂ，…が並列に接続されている。
変電所３０は、ウィンドファーム１の電力系統５０への連系点５２と、フィーダ１４，１６が接続される分岐線１２との間に設けられている。
そして、風力発電装置２，３で発電された電力は、各フィーダ１４，１６、分岐線１２、送電線１０、変電所３０の順に送電され、連系点５２を介して電力系統５０へ供給される。

【0031】

図２に示すように、一実施形態に係る風力発電装置２は、少なくとも一本のブレード２１と、該ブレード２１が取り付けられるハブ２２と、該ハブ２２に連結され、ブレード２１およびハブ２２を含む風車ロータと共に回転する回転シャフト２３と、該回転シャフト２３の回転が入力され、電力を生成するように構成された発電機２４と、を備えている。なお、回転シャフト２３と発電機２４との間には、回転を増速するためのドライブトレイン（不図示）が設けられていてもよい。あるいは、動力伝達方式として、風車ロータと発電機２４が直結されたダイレクトドライブ方式を採用してもよい。また、風力発電装置２は、ＷＦコントローラ６０と通信可能に構成されたＷＴＧコントローラ２５と、発電機２４の端子電圧を検出するための端子電圧検出センサ２６とをさらに備えている。

【0032】

ＷＦコントローラ６０及びＷＴＧコントローラ２５は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、外部記憶装置及び入出力装置からなるコンピュータによって構成され、外部記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、以下に示す所定の機能を実現可能に構成されている。なお、本実施形態では、ＷＦコントローラ６０と、ＷＴＧコントローラ２５とを別に記載しているが、これらは物理的に別体で構成されてもよいし、各々の機能を含む一体化されたコンピュータによって構成されてもよい。
ＷＴＧコントローラ２５は、主として、発電機２４への機械的入力および該発電機２４から出力する無効電流を制御するように構成されている。この構成に加えて、ＷＴＧコントローラ２５は、ブレード２１のピッチ角を制御するピッチ角制御や風力発電装置２の運転開始・停止等の制御等を行うように構成されてもよい。
ＷＦコントローラ６０は、各風力発電装置２，３や変電所３０や電力系統５０における事故情報を収集したり、後述する遮断器３２，３４，３６，３８の開閉を制御したりする。但し、ＷＦコントローラ６０の基本的な機能は、ウィンドファーム１内の各風力発電装置２，３や変電所３０の監視又は制御であってもよい。また、ＷＦコントローラ６０は、ウィンドファーム１から離れた遠隔地に設置されていてもよく、例えばＷＦコントローラ６０として、遠隔監視制御装置（SCADA ;Supervisory Control And Data Acquisition）を用いることができる。
なお、ここでは、説明の簡略化のために、第１フィーダ１４に接続された一台の風力発電装置２についてのみ説明したが、第１フィーダ１４に接続された他の風力発電装置２、あるいは第２フィーダ１６に接続された他の風力発電装置３も同一の構成を有している。

【0033】

図１に戻り、一実施形態に係るウィンドファーム１は、該ウィンドファーム１内を流れる電流を遮断可能に構成された少なくとも一つの遮断器３２，３４，３６，３８を有している。一例として、変電所３０より電力系統５０側の送電線１０には遮断器３２が設けられ、変電所より風力発電装置２，３側の送電線１０には遮断器３４が設けられている。これらの遮断器３２，３４を開くことによって変電所３０が送電線１０から切り離されるようになっている。また、分岐線１２と風力発電装置２との間の第１フィーダ１４には遮断器３６が設けられており、この遮断器３６を開くことによって第１フィーダ１４ごと風力発電装置２が切り離されるようになっている。同様に、分岐線１２と風力発電装置３との間の第２フィーダ１６には遮断器３８が設けられており、この遮断器３８を開くことによって第２フィーダ１６ごと風力発電装置３が切り離されるようになっている。

【0034】

上記構成を有するウィンドファーム１は、電力系統５０又はウィンドファーム１内で発生した事故（例えば地絡や短絡、機器故障等）に対応した運転を行うために、以下の機能をさらに備えている。
ＷＴＧコントローラ２５は、端子電圧検出センサ２６により端子電圧の低下が検出されたとき、通常運転モードから事故対応用の運転モードに切り替えるように構成されている。その際、本実施形態では、事故の種類を図３に示すように分類して、その種類に応じたモードを選択するようになっている。なお、図３は端子電圧低下を誘因する事故の分類に関する説明図である。同図に示すように、発電機２４の端子電圧低下を誘因する事故（すなわち端子電圧低下の原因事象となる事故）は、ウィンドファーム１の外部に事故点が存在する外部事故と、ウィンドファーム１の内部に事故点が存在する内部事故とに大別される。外部事故は、電力系統５０に事故点（事故発生箇所）が存在する系統事故であり、例えば電力系統５０の送電線の短絡や地絡、あるいは電力系統５０を構成する機器の不具合等が挙げられる。さらに、内部事故は、変電所３０に事故点が存在する変電所側内部事故と、変電所３０よりもフィーダ１４，１６側におけるフィーダ側内部事故とに区分される。例えば、変電所側内部事故は、変電所３０を構成する機器の不具合や変電所周辺の送電線における短絡や地絡等が挙げられる。また、フィーダ側内部事故は、フィーダ１４，１６の短絡や地絡、あるいはフィーダ１４，１６に接続された風力発電装置２，３を構成する機器の不具合等が挙げられる。

【0035】

一実施形態において、ＷＴＧコントローラ２５は、端子電圧検出センサ２６により端子電圧の低下が検出されたとき、まず最初に、発電機２４への機械的入力を減少させるとともに、発電機２４から出力する無効電流を増大させる暫定制御モードを実行するようになっている。端子電圧の低下が検出された時点では、その原因事象として系統事故の可能性が含まれるため、優先的に系統事故に適した運転を暫定的に行う。具体的には、暫定制御モードでは発電機２４から出力する無効電流を増大させる。これにより、系統事故が発生している場合であっても、系統電圧の維持に寄与し得る運転を行うことができる。同時に、暫定制御モードでは、発電機２４への機械的入力を減少させる制御を行う。
なお、本実施形態において「発電機２４への機械的入力を減少させる」とは、発電機２４へ入力される機械的なエネルギーを減少させることである。一実施形態において、回転シャフト２３と発電機２４の間に介装されたギア式増速機を備えた風力発電装置の場合、ブレード２１のピッチ角をフェザー側に制御して風車ロータの回転エネルギーを低減し、発電機２４への機械的入力を減少させる。同様に、風車ロータと発電機２４が直結されたダイレクトドライブ方式を採用した風力発電装置の場合にも、ブレード２１のピッチ角をフェザー側に制御して風車ロータの回転エネルギーを低減し、発電機２４への機械的入力を減少させる。他の実施形態において、回転シャフト２３と発電機２４との間のドライブトレインとして、回転シャフト２３によって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油によって駆動されて発電機２４に機械的入力を与える油圧モータとを組み合わせた油圧トランスミッションを採用した風力発電装置２の場合、油圧モータの押しのけ容積を低減することで発電機２４への機械的入力を減少させてもよい。これにより、発電機２４の端子電圧の低下に伴って発電機２４の電気的出力が減少しても、発電機２４における機械的入力と電気的出力とのバランスを維持することができる。

【0036】

ここで、ＷＴＧコントローラ２５は、暫定制御モードの実行中、端子電圧の低下が規定時間を超えて継続したとき、風力発電装置２，３の運転を停止して発電機２４を電力系統５０から解列する第２停止制御モードに移行するように構成されてもよい。
一実施形態において、ＷＴＧコントローラ２５は、ＷＦコントローラ６０によって取得した連系点５２の電圧に基づいて、規定時間が経過したか否かを判断してもよい。あるいは、他の実施形態において、ＷＦコントローラ６０は、該ＷＦコントローラ６０によって取得した連系点５２の電圧に基づいて、規定時間が経過したか否かを判断し、その結果をＷＴＧコントローラ２５に送信してもよい。

【0037】

図４は風力発電装置２，３の運転継続必要領域を示す図である。図４に示すグラフにおいて、連系点５２における時系列的な電圧変化ライン７０を実線で示している。同図に示す例では、電圧変化ライン７０は、通常時の電圧Ｖ_１から事故発生時の時刻ｔ_１の電圧Ｖ_２まで低下し、時刻ｔ_２から復旧が進んで徐々に電圧は回復する。この電圧変化ライン７０は、風力発電装置２，３の運転を継続することが求められる運転継続必要領域７１と、運転の継続を求められず、解列が許可される運転継続不要領域７２の境界を形成するものである。すなわち、電圧変化ライン７０より上側が運転継続必要領域７１で、電圧変化ライン７０より下側が運転継続不要領域７２となっている。この電圧変化ライン７０は、例えばＬＶＲＴ要件によって予め定められる。なお、ＬＶＲＴ（Low Voltage Ride Through）要件とは、系統事故が発生して系統電圧が低下した場合でも分散型電源を電力系統から所定の規定時間解列せずに出力を継続するための要件である。ＬＶＲＴ要件によって電力系統５０への連系維持が求められる時間（規定時間）は、系統電圧の低下の程度に応じて定まるのが通常である。例えば、連系点５２における電圧が電圧Ｖ_３のとき、その低下の程度に応じて定まる規定時間Ｔ（すなわち電圧低下が発生した時刻ｔ_１から電圧Ｖ_３まで復帰するまでの時間）を超えて連系点５２の電圧低下が継続した場合に、風力発電装置２，３の運転を停止して発電機２４を電力系統５０から解列する。これにより、複数の風力発電装置２,３がＬＶＲＴ要件を満たす運転を達成した上で、発電機２４の端子電圧低下に伴う風力発電装置２，３への影響を回避するために風力発電装置２，３の運転を停止することができる。

【0038】

また、ＷＴＧコントローラ２５は、暫定制御モードの実行中、発電機２４の端子電圧の低下がフィーダ側内部事故に付随して起きていることを示す第１事故情報をＷＦコントローラ６０から受け取ったとき、暫定制御モードにおいて増大させた無効電流を減少させて事故点に流れ込む電流を低減し、ウィンドファーム１内における事故の拡大を抑制する事故拡大抑制モードに移行するようになっている。これにより、フィーダ内部事故を特定した場合に、事故の拡大を抑制することができる。なお、事故拡大抑制モードにおいて無効電流を減少させる際には、暫定制御モードにて増大させた無効電流値を基準とし、この無効電流値よりも低い値まで無効電流を減少させる。

【0039】

一実施形態において、ＷＴＧコントローラ２５は、事故拡大抑制モードにおいて、後述する事故点特定装置４０により事故点が特定されたら、遮断器３６，３８を作動して、その事故点を他のフィーダ１４，１６又は他の風力発電装置２，３から切り離すようになっている。また、ＷＴＧコントローラ２５は、少なくとも、遮断器３６，３８による事故点の切り離しまでの間、発電機２４から出力する無効電流を減少させる事故拡大抑制モードを継続して実行するように構成されている。例えば、無効電流を減少させる制御は、Ｇｒｉｄ Ｃｏｄｅにて規定されるＤＶＳ要件に従って実行してもよい。なお、ＤＶＳ（Dynamic Voltage Support）要件とは、電圧低下時に所定の無効電流を供給することによって系統電圧を支えるとともに、系統事故除去後の早期電圧回復を目的として、積極的に無効電流を供給するように規定されたものである。

【0040】

事故点特定装置４０は、事故が発生した箇所、すなわち事故点を特定するように構成されている。例えば、事故点特定装置４０は、複数の電流検出センサ４２，４４，４６，４８とを含んでいる。図１に示す例では、変電所３０と電力系統５０との間の送電線１０に電流検出センサ４２が設けられ、変電所３０と分岐線１２との間の送電線１０に電流検出センサ４４が設けられている。そして、電流検出センサ４２，４４の差電流を用いて、電流差動リレー方式によって変電所の事故を検出する。また、風力発電装置２ａと分岐線１２との間の第１フィーダ１４に電流検出センサ４６が設けられ、風力発電装置３ａと分岐線１２との間の第２フィーダ１６に電流検出センサ４８が設けられている。例えば、これらの電流検出センサ４６，４８で検出された電流値に基づいて、事故が発生したフィーダ１４，１６又は風力発電装置２，３を特定する。なお、事故点の特定手段に関しては、事故点までのインピーダンス値に基づいて事故点を検出する距離リレー方式等の他の方式を用いてもよい。

【0041】

このように、事故点特定装置４０によって事故が発生したフィーダ１４，１６又は風力発電装置２，３が特定されたら、遮断器３６，３８を作動して、その事故点を他のフィーダ１４，１６又は他の風力発電装置２，３から切り離すようにすれば、正常な他の風力発電装置２，３の運転を継続できる。また、ＷＴＧコントローラ２５は、健全な他のフィーダ１４，１６又は他の風力発電装置２，３から事故点を切り離すまでの間、事故拡大抑制モードを継続することによって、事故拡大を効果的に抑制し、その後の健全な他の風力発電装置２，３の速やかな運転再開を実現できる。

【0042】

ＷＴＧコントローラ２５は、暫定制御モードの実行中、発電機２４の端子電圧の低下が変電所３０における事故の発生（変電所側内部事故）に付随して起きていることを示す第２事故情報をＷＦコントローラ６０から受け取ったとき、風力発電装置２，３の運転を停止して発電機２４を電力系統５０から解列する第１停止制御モードに移行するように構成されてもよい。
このように、変電所側内部事故の発生が検知され、風力発電装置２，３による運転継続の見込みが小さい場合には、第１停止制御モードの実行によって、複数の風力発電装置２，３の運転を停止し、事故の復旧を優先させることができる。

【0043】

また、ＷＴＧコントローラ２５は、発電機２４の端子電圧の低下の原因である事故を特定した事故情報がＷＦコントローラ６０から送られてくるまでの間、機械的入力の減少と無効電流の増大とを伴う暫定制御モードを継続して実行するように構成されてもよい。
このように、系統事故の可能性が残される間は、優先度の高い系統事故に適した暫定制御モードを継続して実行することにより、ウィンドファーム１が電力系統５０の不安定要因になることを極力避けることができる。

【0044】

さらに、ＷＴＧコントローラ２５は、発電機２４の端子電圧の低下が系統事故に付随して起きていることを示す第３事故情報をＷＦコントローラ６０から受け取ったとき、機械的入力の減少と無効電流の増大とを伴う暫定制御モードを継続して実行するように構成されてもよい。
このように、発電機２４の端子電圧低下の原因が系統事故であると判定された場合には、機械的入力の減少と無効電流の増大と伴う暫定制御モードを継続して実行することにより、風力発電装置２，３の保全と電力系統の安定化及び電力品質の維持が図れる。

【0045】

以下、図５を参照して、一実施形態に係るウィンドファームの運転方法について詳述する。なお、図５は一実施形態に係るウィンドファームの運転方法の手順を示すフローチャートである。

【0046】

一実施形態に係るウィンドファームの運転方法では、まず、端子電圧検出ステップにおいて、各々の風力発電装置２，３の発電機２４の端子電圧を端子電圧検出センサ２６で検出する。そして、発電機２４の端子電圧が低下したか否かを判断し（Ｓ１）、低下していない場合には通常運転を継続する。発電機２４の端子電圧が低下している場合には、通常運転からＬＶＲＴに沿った運転に移行する。すなわち、暫定制御ステップにて、各々の風力発電装置２，３の発電機２４への機械的入力を減少させるとともに、発電機２４から出力する無効電流を増大させる（Ｓ２）。ここで、ＷＴＧコントローラ２５が、発電機２４の端子電圧の低下が系統事故に付随して起きていることを示す第３事故情報をＷＦコントローラ６０から受け取った場合には、ＷＴＧコントローラ２５は暫定制御モードを継続して実行する。

【0047】

次いで、発電機２４の端子電圧の低下時間が、所定の規定時間Ｔ（図４参照）を超えたか否かを判断する（Ｓ３）。端子電圧の低下が規定時間Ｔを超えて継続したときは暫定制御ステップを終了し、複数の風力発電装置２，３の運転を停止して発電機２４を電力系統５０から解列する（Ｓ４）。なお、この規定時間Ｔ内に発電機２４の端子電圧が回復した場合には、暫定制御ステップを終了し、復帰制御ステップにて複数の風力発電装置２，３の通常運転時における制御に復帰する。

【0048】

一方、発電機２４の端子電圧の低下が規定時間Ｔを超えていないとき、ＷＴＧコントローラ２５は、暫定制御ステップの開始後、発電機２４の端子電圧の低下が変電所側内部事故の発生に付随して起きていることを示す第２事故情報をＷＦコントローラ６０から受信したか否かを判断する（Ｓ５）。ＷＴＧコントローラ２５が第２事故情報を受信した場合には、第１停止制御ステップにて、風力発電装置２，３の運転を停止して発電機２４を電力系統から解列する（Ｓ６）。このとき、遮断器３２，３４を作動して、変電所３０を切り離してもよい。

【0049】

ＷＴＧコントローラ２５がＷＦコントローラ６０から第２事故情報を受信していない場合には、次いで、発電機２４の端子電圧の低下がフィーダ側内部事故に付随して起きていることを示す第３事故情報を、ＷＴＧコントローラ２５がＷＦコントローラ６０から受信したか否かを判断する（Ｓ７）。ＷＴＧコントローラ２５が第３事故情報を受信した場合には、事故拡大抑制ステップにて、暫定制御ステップで増大させた無効電流を減少させてウィンドファーム１内における事故の拡大を抑制する（Ｓ８）。なお、事故拡大抑制ステップでは、暫定制御ステップにて増大させた無効電流値を基準とし、この無効電流値よりも低い値まで無効電流を減少させる。そして、発電機２４の端子電圧が復帰したか否かを判断し（Ｓ９）、復帰した場合には、ＬＶＲＴに沿った運転から、発電機２４の機械的入力を増加させて通常運転に戻る（Ｓ１０）。一方、この一連の手順を行った後も発電機２４の端子電圧が復帰していない場合は、最初の端子電圧検出ステップに戻り、端子電圧が復帰するまで上記手順を繰り返す。

【0050】

以上説明したように、上述の実施形態によれば、発電機２４の端子電圧低下を引き起こした原因事象の事故点が未だ判明していない事故発生直後から、各種の事故の中でも優先度の高い系統事故に適した運転をまずは開始し、原因事象がフィーダ側内部事故であると判明したら、フィーダ側内部事故に適した運転に切り替えるようになっている。これにより、事故が発生した直後からの迅速な対応が可能であるとともに、事故点に応じた適切な運転を行うことができる。

【0051】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

【符号の説明】

【0052】

１ ウィンドファーム
２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ 風力発電装置
１０ 送電線
１２ 分岐線
１４ 第１フィーダ
１６ 第２フィーダ
２１ ブレード
２２ ハブ
２３ 回転シャフト
２４ 発電機
２５ ＷＴＧコントローラ
２６ 端子電圧検出センサ
３０ 変電所
３２，３４，３６，３８ 遮断器
４０ 事故点特定装置
４２，４４，４６，４８ 電流検出センサ
５０ 電力系統
５２ 連系点
６０ ＷＦコントローラ
７０ 電圧変化ライン
７１ 運転継続必要領域
７２ 運転継続不要領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】