專利名稱：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，特別涉及采用可變速可變間距控制方 式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率以及間距角的控制。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有力的控制方式之一是，風(fēng)車轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速(即，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速) 可變，并且葉片的間距(pitch)角可變的可變速可變間距控制方式?？勺兯倏勺冮g距控制 方式具有能夠從風(fēng)獲取更多的能量，并且輸出變動(dòng)較小的優(yōu)點(diǎn)。在可變速可變間距控制方式中，重要的是發(fā)電機(jī)的輸出功率以及葉片的間距角 的控制的最佳化。特表2001-512804號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一邊通過(guò)磁場(chǎng)定向(orientation)控 制來(lái)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，一邊與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩相獨(dú)立地控制間距角的控制方法。在所公 開(kāi)的控制方法中，響應(yīng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使用一覽表來(lái)決定發(fā)電機(jī)的目標(biāo)輸出功率，并 根據(jù)該目標(biāo)輸出功率來(lái)決定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令。響應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩指令，通過(guò)磁場(chǎng)定向控制 來(lái)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。另一方面，葉片的間距角通過(guò)對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速的 偏差的PID控制、PI控制或者PD控制來(lái)控制。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制中的一個(gè)問(wèn)題是，對(duì)發(fā)生了短暫的無(wú)風(fēng)(transient wind null) 的情況，即風(fēng)速只在短時(shí)間下降的情況的對(duì)應(yīng)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般被設(shè)計(jì)為在風(fēng)車轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)產(chǎn)生額定功率。在這樣的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，若發(fā)生短暫的無(wú)風(fēng) 而風(fēng)車轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成為小于額定轉(zhuǎn)速，則輸出功率也將變得小于額定功率。這將導(dǎo)致輸 出功率的變動(dòng)或發(fā)電效率的下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種即使發(fā)生短暫的無(wú)風(fēng)也不易引起輸出功率的 變動(dòng)或發(fā)電效率的下降的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)車轉(zhuǎn)子，具有間距角可變的葉 片；發(fā)電機(jī)，由風(fēng)車轉(zhuǎn)子所驅(qū)動(dòng)；以及控制裝置，響應(yīng)于風(fēng)車轉(zhuǎn)子或者發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 控制發(fā)電機(jī)的輸出功率和葉片的間距角。控制裝置在轉(zhuǎn)速增大而達(dá)到規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之 前的期間，進(jìn)行按照規(guī)定的功率-轉(zhuǎn)速曲線而控制輸出功率的第1控制，在轉(zhuǎn)速超過(guò)了額 定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行將輸出功率控制為規(guī)定的額定功率的第2控制，一旦在被設(shè)定為進(jìn)行第 2控制的狀態(tài)之后，轉(zhuǎn)速成為比額定轉(zhuǎn)速小時(shí)，控制裝置響應(yīng)于間距角而維持進(jìn)行第2控 制的狀態(tài)，或者轉(zhuǎn)移到進(jìn)行第1控制的狀態(tài)。這里，間距角是葉片的翼弦(chord)和轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)面所構(gòu)成的角度。即，若間距角小，則風(fēng)車轉(zhuǎn)子從風(fēng)獲取更多的能量，若間距角 大，則風(fēng)車轉(zhuǎn)子從風(fēng)獲取更少的能量。在這樣的結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，只在短時(shí)間內(nèi)風(fēng)速下降的情況下，通過(guò)利用 風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能量，能夠抑制輸出功率的變動(dòng)。這是因?yàn)樵诒景l(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 中，在所述轉(zhuǎn)速成為比所述額定轉(zhuǎn)速小時(shí)，輸出功率根據(jù)葉片的間距角而被維持為規(guī)定的額定功率。在根據(jù)葉片的間距角而判定為是能夠?qū)⑤敵龉β示S持為規(guī)定的額定功率的 狀態(tài)時(shí)，將輸出功率維持為額定功率，從而有效地獲取風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能量，能夠抑制 輸出功率的變動(dòng)和發(fā)電效率的下降。 優(yōu)選的是，一旦在被設(shè)定為進(jìn)行第2控制的狀態(tài)之后，轉(zhuǎn)速成為比額定轉(zhuǎn)速小 時(shí)，控制裝置在間距角大于規(guī)定的間距角的情況下維持進(jìn)行第2控制的狀態(tài)，在間距角 達(dá)到所述規(guī)定的間距角之后才轉(zhuǎn)移到進(jìn)行第1控制的狀態(tài)。這時(shí)，期望一旦在被設(shè)定為 進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)之后，所述轉(zhuǎn)速成為比小于所述額定轉(zhuǎn)速的規(guī)定的閾值轉(zhuǎn)速還 要小時(shí)，所述控制裝置與所述間距角無(wú)關(guān)地轉(zhuǎn)移到進(jìn)行所述第1控制的狀態(tài)。優(yōu)選的是，控制裝置響應(yīng)于風(fēng)車轉(zhuǎn)子或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之差、 以及輸出功率和額定功率之差而控制所述間距角。這時(shí)，優(yōu)選的是，控制裝置在輸出功率小于額定功率時(shí)，控制間距角以減小間距角。優(yōu)選的是，控制裝置在檢測(cè)出了驟風(fēng)時(shí)，響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速而增大發(fā)電機(jī)的輸出功率。此外，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還包括回旋機(jī)構(gòu)，回旋風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)面的朝向；以 及風(fēng)向檢測(cè)器，檢測(cè)出上風(fēng)方向，在風(fēng)車轉(zhuǎn)子包括用于驅(qū)動(dòng)葉片的間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的情況 下，優(yōu)選控制裝置在檢測(cè)出了間距角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障時(shí)，控制回旋機(jī)構(gòu)使得風(fēng)車轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)面從上風(fēng)方向退避。優(yōu)選的是，控制裝置響應(yīng)于連接到發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的電壓而控制從發(fā)電機(jī)輸 出到電力系統(tǒng)的無(wú)效功率，并且根據(jù)所述無(wú)效功率而控制所述間距角。該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還包括應(yīng)急用電池；以及充電裝置，通過(guò)從電力系統(tǒng)獲取的 功率對(duì)應(yīng)急用電池進(jìn)行充電，風(fēng)車轉(zhuǎn)子包括用于驅(qū)動(dòng)葉片的間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)急用電 池在連接到發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的電壓下降時(shí)，對(duì)間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置提供功率的情 況下，優(yōu)選控制裝置在應(yīng)急用電池被充電的期間，控制輸出功率以增加輸出功率。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)車轉(zhuǎn)子，具有間 距角可變的葉片；以及發(fā)電機(jī)，由風(fēng)車轉(zhuǎn)子所驅(qū)動(dòng)。該控制方法包括響應(yīng)于風(fēng)車轉(zhuǎn)子 或者發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制發(fā)電機(jī)的輸出功率和所述葉片的間距角的步驟。所述進(jìn)行控制 的步驟包括(A)在所述轉(zhuǎn)速增大而達(dá)到規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之前的期間，進(jìn)行按照規(guī)定的 功率-轉(zhuǎn)速曲線而控制所述輸出功率的第1控制的步驟；(B)在所述轉(zhuǎn)速超過(guò)了所述額 定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行將所述輸出功率控制為規(guī)定的額定功率的第2控制的步驟；以及(C) 一 旦在被設(shè)定為進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)之后，所述轉(zhuǎn)速成為比所述額定轉(zhuǎn)速小時(shí)，響應(yīng) 于所述間距角而維持進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)，或者轉(zhuǎn)移到進(jìn)行所述第1控制的狀態(tài)的步 馬聚ο通過(guò)本發(fā)明，提供即使發(fā)生短暫的無(wú)風(fēng)也不易引起輸出功率的變動(dòng)或發(fā)電效率 的下降的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。圖2是表示本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖3是表示本實(shí)施 方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4是表示在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行的功率控制的方法的曲線。圖5是表示本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主控制裝置的結(jié)構(gòu)的一例的方框圖。圖6是說(shuō)明本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率控制單元以及間距控制單元的動(dòng) 作的表。圖7是表示本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)作的一例的曲線。圖8是表示本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)的方框圖。圖9是在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行的優(yōu)選控制的流程圖。圖10是在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行的其他優(yōu)選控制的流程圖。圖11是在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行的又一其他優(yōu)選控制的流程圖。圖12是在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行的又一其他優(yōu)選控制的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)1包括塔(tower) 2和設(shè)置在塔2的上端的發(fā)動(dòng)機(jī)艙(nacelle) 3。發(fā)動(dòng)機(jī)艙3能夠在偏 轉(zhuǎn)(yaw)方向上回旋，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙回旋機(jī)構(gòu)4而朝向所期望的方向。發(fā)動(dòng)機(jī)艙3中搭 載了線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5和齒輪(gear)6。線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)子經(jīng)由齒輪6與風(fēng)車轉(zhuǎn)子 7接合。風(fēng)車轉(zhuǎn)子7包括葉片8和支承葉片8的中樞(hub)9。葉片8被設(shè)置為其間 距角可變。詳細(xì)的說(shuō)，如圖2所示那樣，中樞9中容納了用于驅(qū)動(dòng)葉片8的油壓氣缸 (cylinder) 11、對(duì)油壓氣缸11提供油壓的伺服閥(servo valve) 12。根據(jù)伺服閥12的開(kāi)度 而控制提供給油壓氣缸11的油壓，由此，葉片8被控制為期望的間距角。返回到圖1，發(fā)動(dòng)機(jī)艙3中還設(shè)置了風(fēng)速計(jì)10。風(fēng)速計(jì)10測(cè)定風(fēng)速和風(fēng)向。如 后述那樣，發(fā)動(dòng)機(jī)艙3響應(yīng)于由風(fēng)速計(jì)10所測(cè)定的風(fēng)速和風(fēng)向而回旋。圖3是表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)的方框圖。本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)1是雙重供應(yīng)可變速風(fēng)力渦輪系統(tǒng)(doubly-fed variable speed wind turbine system)的一 種。即，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1構(gòu)成為線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5產(chǎn)生的功率能夠從定子 線圈以及轉(zhuǎn)子線圈的雙方輸出到電力系統(tǒng)13。具體地說(shuō)，線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的定子線圈 直接連接到電力系統(tǒng)13，轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)由AC-DC-AC變換器17而連接到電力系統(tǒng)13。AC-DC-AC變換器(converter) 17由有源整流器14、DC總線15以及逆變器 (inverter) 16構(gòu)成，將從轉(zhuǎn)子線圈獲取的交流功率變換為適合電力系統(tǒng)13的頻率的交流功 率。有源整流器14將轉(zhuǎn)子線圈上所產(chǎn)生的交流功率變換為直流功率，并將該直流功率輸 出到DC總線15。逆變器16將從DC總線15獲取的直流功率變換為與電力系統(tǒng)13相同 頻率的交流功率，并將該交流功率輸出到電力系統(tǒng)13。線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5輸出到電力系 統(tǒng)13的輸出功率由有源整流器14以及逆變器16控制。AC-DC-AC變換器17還具有將從電力系統(tǒng)13獲取的交流功率變換為適合轉(zhuǎn)子線 圈的頻率的交流功率的功能，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的運(yùn)行狀況，還用于激發(fā)轉(zhuǎn)子線圈。 這時(shí)，逆變器16將交流功率變換為直流功率，并將該直流功率輸出到DC總線15。有源 整流器14將從DC總線15獲取的直流功率變換為適合轉(zhuǎn)子線圈的頻率的交流功率，并將該交流功率提供給線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)子線圈。風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)1的控制系統(tǒng)由PLG (pulse logic generator ；脈沖邏輯發(fā)生器)18、
主控制裝置19、電壓/電流傳感器20、變換器驅(qū)動(dòng)控制裝置21、間距控制裝置22和偏轉(zhuǎn) 控制裝置23構(gòu)成。PLG18測(cè)定線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)速ω (以下稱為“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω ”)。主控制裝置19響應(yīng)于由PLG18測(cè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω而生成有效功率指令P*、 無(wú)效功率指令Q*以及間距指令β *，進(jìn)而響應(yīng)于由風(fēng)速計(jì)10測(cè)定的風(fēng)速以及風(fēng)向而生成 偏轉(zhuǎn)指令。如后面詳細(xì)記述的那樣，本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的特征之一在于，用 于生成有效功率指令P*以及間距指令β *的控制算法。電壓/電流傳感器20被設(shè)置在用于將線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5連接到電力系統(tǒng)13的電 力線上，測(cè)定電力系統(tǒng)13的電壓Vgnd(系統(tǒng)電壓)和從線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5輸出到電力系統(tǒng) 13的輸出電流Ignd。變換器驅(qū)動(dòng)控制裝置21響應(yīng)于有效功率指令P*、無(wú)效功率指令Q*而控制輸出 到電力系統(tǒng)13的有效功率P和無(wú)效功率Q?？刂朴性凑髌?4以及逆變器16的功率晶 體管的導(dǎo)通截止。具體地說(shuō)，變換器驅(qū)動(dòng)控制裝置21根據(jù)由電壓/電流傳感器20測(cè)定的 電力系統(tǒng)13的電壓Vgnd以及輸出電流Ignd，計(jì)算出輸出到電力系統(tǒng)13的有效功率P和無(wú) 效功率Q。進(jìn)而，變換器驅(qū)動(dòng)控制裝置21響應(yīng)于有效功率P和有效功率指令P*之差、 以及無(wú)效功率Q和無(wú)效功率指令Q*之差而進(jìn)行PWM控制，從而生成PWM信號(hào)，并將 生成的PWM信號(hào)提供給有源整流器14以及逆變器16。由此，控制輸出到電力系統(tǒng)13 的有效功率P和無(wú)效功率Q。間距控制裝置22響應(yīng)于從主控制裝置19送來(lái)的間距指令β *而控制葉片8的間 距角β。葉片8的間距角β被控制為與間距指令β * —致。偏轉(zhuǎn)控制裝置23響應(yīng)于從主控制裝置19送來(lái)的偏轉(zhuǎn)指令而控制發(fā)動(dòng)機(jī)艙回旋機(jī) 構(gòu)4。發(fā)動(dòng)機(jī)艙3朝向由偏轉(zhuǎn)指令所指示的方向。在連接電力系統(tǒng)13和線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的電力線上，連接了 AC/DC變換器24。 該AC/DC變換器24根據(jù)從電力系統(tǒng)13獲取的交流功率而生成直流功率，并將該直流功 率提供給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的控制系統(tǒng)、尤其是用于控制葉片8的間距角β的伺服閥12、 主控制裝置19以及間距控制裝置22。進(jìn)而，為了對(duì)伺服閥12、主控制裝置19以及間距控制裝置22穩(wěn)定地提供直流功 率，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中設(shè)置了包括充電裝置27和應(yīng)急用電池28的無(wú)停電電源系統(tǒng)26。 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的要求，即使系統(tǒng)電壓Vgnd下降了的情況下，也需要維持線圈 感應(yīng)發(fā)電機(jī)5連接到電力系統(tǒng)13的狀態(tài)。為此，即使在電力系統(tǒng)13的電壓下降了的情 況下，也需要葉片8的間距角被適當(dāng)?shù)乜刂?，由此線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)速被維持為期望 值。為了滿足這樣的要求，在系統(tǒng)電壓Vgnd下降至規(guī)定的電壓時(shí)，無(wú)停電電源系統(tǒng)26由 開(kāi)關(guān)25而連接到伺服閥12、主控制裝置19以及間距控制裝置22，功率從應(yīng)急用電池28 被提供給伺服閥12、主控制裝置19以及間距控制裝置22。由此，葉片8的間距角的控 制被維持。應(yīng)急用電池28與充電裝置27連接。充電裝置27通過(guò)從AC/DC變換器24 提供的直流功率對(duì)應(yīng)急用電池28進(jìn)行充電。本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的特征之一在于，線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的輸出功率P的控制的最佳化。圖4是表示有效功率指令P*和線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的轉(zhuǎn)速ω之間的關(guān)系的曲線，表示在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中進(jìn)行的輸出功率P的控制方法。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω小于最小轉(zhuǎn)速ω·時(shí)，線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的有效功率指令P*被 控制為0。最小轉(zhuǎn)速ω·是指由線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5進(jìn)行發(fā)電的最小的轉(zhuǎn)速，其根據(jù)風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)1的特性而決定。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω大于最小轉(zhuǎn)速ω·時(shí)，有效功率指令P*通過(guò)從最佳曲線(curve) 控制模式和額定值控制模式的兩個(gè)控制模式中選擇的一個(gè)控制模式來(lái)控制。在最佳曲線控制模式中，有效功率指令P*被控制為與由下述式Popt = Κω3，…⑴所定義的最佳化功率值P。pt—致。K是規(guī)定的常數(shù)。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中，已 知與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的三次方成比例地控制輸出功率為最佳，在第1控制模式中，控制為 輸出功率P與線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω的三次方成比例。最佳曲線控制模式主要在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω大于最小轉(zhuǎn)速ω·，且小于額定轉(zhuǎn)速 的范圍內(nèi)使用。這里，額定轉(zhuǎn)速是指線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5穩(wěn)定運(yùn)行的轉(zhuǎn)速。發(fā)
電機(jī)轉(zhuǎn)速ω通過(guò)葉片8的間距角的控制，(只要可能的話)被控制為額定轉(zhuǎn)速ω·。另一方面，在額定值控制模式中，輸出功率P與額定功率Prated—致。額定值控 制模式主要在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為額定轉(zhuǎn)速ω·以上的范圍內(nèi)使用。在以額定風(fēng)速吹風(fēng)的 穩(wěn)定狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω被控制成為額定轉(zhuǎn)速ω■，另一方面，輸出功率P被控制成 為額定功率Prated。本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的重要的特性在于，從額定值控制模式到最佳曲 線控制模式的轉(zhuǎn)移是根據(jù)葉片8的間距角β而進(jìn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω增加而達(dá)到了額 定轉(zhuǎn)速ω·χ時(shí)，功率控制從最佳曲線控制模式轉(zhuǎn)移到額定值控制模式。其另一方面，當(dāng) 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω減少而小于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，首先間距角β減少，進(jìn)而間距角β成為最 小值β mm之后，功率控制才會(huì)從額定值控制模式轉(zhuǎn)移到最佳曲線控制模式。即，有效功 率指令P*從額定功率Prated被切換為最佳化功率值P。pt。換言之，只要間距角β沒(méi)有達(dá) 到最小值β ■(即，只要間距指令β *沒(méi)有達(dá)到最小值β mm)，有效功率指令P*就會(huì)被維 持為額定功率Prated。由于間距角是葉片8的翼弦和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)面所構(gòu)成的角度，因此需要 注意的是，間距角β為最小值β mm的情況意味著，間距角β被設(shè)定為精細(xì)(fine)側(cè)的 臨界值，風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的輸出系數(shù)最大的情況。在間距角β達(dá)到最小值之前將輸出功率P維持為額定功率Prated的控制，有 利于抑制在發(fā)生了短暫的無(wú)風(fēng)時(shí)的輸出功率的變動(dòng)，進(jìn)而防止發(fā)電效率的下降。在上述 那樣的控制中，即使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為小于額定轉(zhuǎn)速ω·，只要其只持續(xù)短時(shí)間，有效 功率指令P*就會(huì)被維持為額定功率Prated,由此，輸出功率P的變動(dòng)被抑制。除此之外， 在本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為小于額定轉(zhuǎn)速Comax時(shí)，在風(fēng)車 轉(zhuǎn)速7的輸出系數(shù)無(wú)法因間距角β的減少而再增加之后，輸出功率P才會(huì)從額定功率？^^ 減少，因此風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)能量被有效地活用，能夠有效地提高發(fā)電效率。但是，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比小于額定轉(zhuǎn)速的規(guī)定的閾值轉(zhuǎn)速ω ’ Μ還要 小時(shí)，與間距角β (或者間距指令β*)無(wú)關(guān)地，功率控制從額定值控制模式被切換為最 佳曲線控制模式。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω過(guò)小時(shí)想要將輸出功率P維持為額定功率Prated對(duì)于保持控制的穩(wěn)定性并不理想。優(yōu)選，閾值轉(zhuǎn)速ω’ Μ是由下述式ω，μ = (ωΜ+ω·χ)/2，所確定的轉(zhuǎn)速。這里，ωΜ是中間轉(zhuǎn)速，定義為ωΜ = (comn+comax)/2。圖5是表示用于實(shí)現(xiàn)圖4所示那樣的控制的主控制裝置19的結(jié)構(gòu)的例子的方框 圖。需要注意的是，圖5只不過(guò)是表示主控制裝置19的結(jié)構(gòu)的一例，主控制裝置19也 可以由硬件、軟件、以及硬件和軟件的組合的任一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主控制裝置19包括用于生 成有效功率指令P*以及無(wú)效功率指令Q*的功率控制單元31、生成間距指令β*的間距 控制單元32。功率控制單元31包括選擇器33、減法器34、PI控制單元35、功率限制單元 36、功率設(shè)定計(jì)算單元37。另一方面，間距控制單元32包括減法器38、PI控制單元 39、減法器40、PI控制單元41和加法器42。選擇器33、減法器34、PI控制單元35、 功率限制單元36、功率設(shè)定計(jì)算單元37、減法器38、PI控制單元39、減法器40、PI控 制單元41以及加法器42與在主控制裝置19中使用的時(shí)鐘同步地分別執(zhí)行運(yùn)算步驟，由 此，生成有效功率指令P*、無(wú)效功率指令Q*、以及間距指令β*。詳細(xì)地說(shuō)，選擇器33響應(yīng)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω，選擇發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω和額定轉(zhuǎn)速 Wmax中的一個(gè)作為功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*。更具體地說(shuō)，選擇器33在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為 中間轉(zhuǎn)速ωΜ以下時(shí)，將功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*設(shè)定為最小轉(zhuǎn)速ω·，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω 大于中間轉(zhuǎn)速ωΜ時(shí)，將功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速ω_。減法器34從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω減去功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*，從而計(jì)算出偏差 Δ ωρ。PI控制單元35響應(yīng)于偏差Δ ωρ而生成有效功率指令P*。但是，所生成的有效 功率指令P*的范圍根據(jù)從功率限制單元36提供的功率指令下限Pmm和功率指令上限Pmax 而被限制。即，有效功率指令P*被限制為功率指令下限Pmm以上且功率指令下限Pmax以 下。功率限制單元36響應(yīng)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω和間距指令β *，決定要提供給PI控制單 元35的功率指令下限Pmm以及功率指令下限Pmax。功率限制單元36還將額定功率Prated 提供給間距控制單元32的減法器40。如后述那樣，通過(guò)適當(dāng)?shù)貨Q定由功率限制單元36 生成的功率指令下限P·、功率指令下限Pmax、以及由上述的選擇器33決定的功率控制轉(zhuǎn) 速指令ωρ*，從而進(jìn)行如圖4所示那樣的功率控制。功率設(shè)定計(jì)算單元37根據(jù)由PI控制單元35生成的有效功率指令P*、和用于 指定從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1輸出的交流功率的功率因數(shù)的功率因數(shù)指令來(lái)生成無(wú)效功率指令 Q*，并輸出有效功率指令P*和無(wú)效功率指令Q*。如上所述那樣，有效功率指令P*和 無(wú)效功率指令Q*用于從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1輸出的有效功率P以及無(wú)效功率Q的控制。另一方面，間距控制單元32的減法器38從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω中減去間距控制轉(zhuǎn)速 指令ω0*，從而計(jì)算出偏差Αωβο間距控制轉(zhuǎn)速指令ω 與額定轉(zhuǎn)速—致，從 而，Δ ω 0表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω和額定轉(zhuǎn)速ω·之差。PI控制單元39響應(yīng)于偏差Δ ω 0而進(jìn)行PI控制，生成間距指令基礎(chǔ)值β m*。 間距指令基礎(chǔ)值β m*主要支配最終生成的間距指令β *，但并非要與間距指令β *完全一致。決定間距指令 基礎(chǔ)值β ιη*，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω被控制為額定轉(zhuǎn)速ω max。減法器40從有效功率指令P*中減去額定功率Prated而生成偏差Δ P, PI控制單 元41響應(yīng)于偏差ΔΡ而進(jìn)行PI控制，生成校正值Δ β *。加法器42相加間距指令基礎(chǔ) 值β m*和校正值Δ β *，從而生成間距指令β *。間距控制單元32的減法器40以及PI控制單元41具有，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω增加至 額定轉(zhuǎn)速ω max而功率控制從最佳曲線控制模式被切換到額定值控制模式時(shí)，抑制間距控 制單元32對(duì)功率控制產(chǎn)生不期望的干擾的作用。間距控制單元32的PI控制單元39想 要將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω調(diào)整為額定轉(zhuǎn)速ω·。因此，應(yīng)作為功率而取出的空氣動(dòng)力能量有時(shí) 被不期望地舍棄掉。因此，在本實(shí)施方式中，響應(yīng)于額定功率Prated和有效功率指令P*之 差而由PI控制單元41生成校正值Δ β *，并通過(guò)該校正值Δ β *來(lái)校正間距指令β *。 校正值Δ β*在有效功率指令P*小于額定功率Prated時(shí)，即，偏差A(yù)P( = P*-Prated)為負(fù) 時(shí)，決定使得間距指令β*成為比間距指令基礎(chǔ)值βιη*小，即，間距角β成為精細(xì)側(cè)。 通過(guò)這樣的控制，在有效功率指令P*即將達(dá)到額定功率Prated之前，抑制間距角β成為 精細(xì)側(cè)。在有效功率指令P*已達(dá)到額定功率Prated之后，偏差ΔΡ成為0，校正值Δ β* 也成為0。圖6是表示主控制裝置19的功率控制單元31以及間距控制單元32的動(dòng)作的表。 以下，功率控制單元31以及間距控制單元32的動(dòng)作分為以下的5個(gè)情況來(lái)說(shuō)明。情況(1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為最小轉(zhuǎn)速ω·以上且中間轉(zhuǎn)速ωΜ(= (ω·+ω·)/2)以下的情況這時(shí)，功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*由選擇器33設(shè)定為最小轉(zhuǎn)速ω·，進(jìn)而，功率 指令下限Pmm以及功率指令上限Pmax分別被設(shè)定為0、Ρ。ρ ( = Κω3)。除此之外，偏差 Δ ωρ(= ω-ω·)為正，并且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω被控制成為額定轉(zhuǎn)速ωmax，因此，有效功率 指令P*始終貼近功率指令上限Pmax。由于功率指令上限Pmax是P。pt，因此作為其結(jié)果， 有效功率指令P*被設(shè)定為最佳化功率值P。pt。換言之，功率控制被設(shè)定為最佳曲線控制 模式。這時(shí)，間距指令β *由間距控制單元32控制為使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為額定轉(zhuǎn)速 ，因此作為其結(jié)果，間距指令β*被設(shè)定為精細(xì)側(cè)的臨界值，即最小間距角β·。情況(2):發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω超過(guò)中間轉(zhuǎn)速ωΜ而處于大于中間轉(zhuǎn)速ωΜ且小于轉(zhuǎn) 速ω’ Μ的范圍內(nèi)的情況這時(shí)，功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*由選擇器33設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速ω·，進(jìn)而，功率 指令下限Pmm以及功率指令上限Pmax分別被設(shè)定為P。pt、PratedO這時(shí)，偏差Δωρ( = ω-ω·》為負(fù)，并且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω通過(guò)間距控制單元32被控制成為額定轉(zhuǎn)速ω _，因 此，有效功率指令P*始終貼近功率指令下限P·。由于功率指令下限Pmax是P。pt，因此 作為其結(jié)果，有效功率指令P*被設(shè)定為最佳化功率值P。pt。換言之，功率控制被設(shè)定為 最佳曲線控制模式。上述的基于校正值Δ β *的間距指令β *的校正在情況(2)中有效地發(fā)揮作用。 在情況(2)中，由于有效功率指令P*小于額定功率Prated,因此偏差ΔΡ成為負(fù)，從而校 正值Δ β *也成為負(fù)。因此，間距指令β *成為比間距指令基礎(chǔ)值β m*還要小，即，間 距角β更靠近精細(xì)側(cè)。由此，空氣動(dòng)力能量被更加有效地變換為功率。
情況(3)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為閾值轉(zhuǎn)速ω ’ Μ以上，且間距角β達(dá)到最小間距角 β _的情況這時(shí)，功率控制轉(zhuǎn)速指令ω ρ*由選擇器33設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速ω ，功率指令下限 Pmin以及功率指令上限Pmax分別被設(shè)定為P。pt、額定功率Prated。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為閾值轉(zhuǎn)速ω’ Μ以上，且處于比額定轉(zhuǎn)速ω·小的范圍內(nèi) 時(shí)，偏差Δωρ(= ω-ω·)為負(fù)，有效功率指令P*始終貼近功率指令下限Pmm。由于功 率指令下限Pmax是P。pt，因此作為其結(jié)果，有效功率指令P*被設(shè)定為最佳化功率值P。pt。若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比額定轉(zhuǎn)速Comax大，則偏差Δ ωρ( = ω-ω·χ)為正，有 效功率指令P*始終貼近功率指令上限？_。從而，有效功率指令P*被設(shè)定為額定功率 Prated。換言之，功率控制被設(shè)定為額定值控制模式。
另一方面，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為額定轉(zhuǎn)速ω，Μ以上，且處于比額定轉(zhuǎn)速ω·小 的范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)PI控制，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω被控制成為額定轉(zhuǎn)速ω■，因此作為其結(jié)果， 間距指令β*被設(shè)定為精細(xì)側(cè)的臨界值，即最小間距角β·。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比額定轉(zhuǎn)速ω·大，并且有效功率指令P*沒(méi)有達(dá)到額定功 率Pratel時(shí)，上述的基于校正值△ β *的間距指令β *的校正有效地發(fā)揮作用。由于有效 功率指令P*小于額定功率Prated,因此偏差ΔΡ成為負(fù)，從而校正值Δ β*也成為負(fù)。因 此，間距指令β*成為比間距指令基礎(chǔ)值β m*還要小，即，間距角β更靠近精細(xì)側(cè)。由 此，空氣動(dòng)力能量被更加有效地變換為功率。若有效功率指令P*達(dá)到額定功率Prated,則 通過(guò)PI控制，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω被控制成為額定轉(zhuǎn)速ω·。情況(4):發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為閾值轉(zhuǎn)速ω，Μ以上，且間距角β沒(méi)有達(dá)到最小間 距角β mm的情況這時(shí)，功率控制轉(zhuǎn)速指令ω ρ*由選擇器33設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速ω _。進(jìn)而，功率 指令下限Pmm被設(shè)定為一個(gè)運(yùn)算步驟之前的有效功率指令P*和當(dāng)前運(yùn)算步驟的功率指令 上限Pmax中較小的一方，功率指令上限Pmax被設(shè)定為額定功率Prated。其結(jié)果，有效功率 指令P*被設(shè)定為額定功率Prated。換言之，即使變得小于額定轉(zhuǎn)速ω max，功率控制也被維 持為額定值控制模式。間距角β是否已達(dá)到最小間距角，是基于間距指令β*是否 與最小間距角β mm—致來(lái)判斷。另一方面，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為閾值轉(zhuǎn)速ω，Μ以上，且處于比額定轉(zhuǎn)速ω·小 的范圍內(nèi)時(shí)，間距指令β *通過(guò)PI控制而控制為使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為額定轉(zhuǎn)速ω·，因 此作為其結(jié)果，間距指令β*被設(shè)定為精細(xì)側(cè)的臨界值，即最小間距角β·。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比額定轉(zhuǎn)速ω·大，并且有效功率指令P*沒(méi)有達(dá)到額定功 率Pratel時(shí)，上述的基于校正值△ β *的間距指令β *的校正有效地發(fā)揮作用。由于有效 功率指令P*小于額定功率Prated,因此偏差ΔΡ成為負(fù)，從而校正值Δ β*也成為負(fù)。因 此，間距指令β*成為比間距指令基礎(chǔ)值β m*還要小，即，間距角β更靠近精細(xì)側(cè)。由 此，空氣動(dòng)力能量被更加有效地變換為功率。若有效功率指令P*達(dá)到額定功率Prated,則 通過(guò)PI控制，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω被控制成為額定轉(zhuǎn)速ω·。(5)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比閾值轉(zhuǎn)速ω，Μ小，且處于大于中間轉(zhuǎn)速ωΜ的范圍 內(nèi)的情況這時(shí)，功率控制轉(zhuǎn)速指令ωρ*由選擇器33設(shè)定為額定轉(zhuǎn)速ω·，進(jìn)而，功率指令下限Pmm以及功率指令上限Pmax分別被設(shè)定為P。pt、PratedO這時(shí)，偏差Δωρ( = ω-ω·》為負(fù)，并且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω通過(guò)間距控制單元32被控制成為額定轉(zhuǎn)速ω _，因 此，有效功率指令P*始終貼近功率指令下限？_。由于功率指令下限Pmm是P。pt，因此作 為其結(jié)果，有效功率指令P*被設(shè)定為最佳化功率值P。pt。換言之，功率控制從額定值控 制模式被設(shè)定為最佳曲線控制模式。圖7是表示本實(shí)施方式中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的動(dòng)作的一例的曲線。在風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)1的動(dòng)作開(kāi)始后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω達(dá)到額定轉(zhuǎn)速ω■之前，有效功率指令P*被設(shè)定 為最佳化功率值P。pt(上述的情況(2))。由此，輸出的有效功率P隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω的增加而一同增加。為了使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，間距指令β *被設(shè)定為最小間
距角β腿。若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω超過(guò)額定轉(zhuǎn)速ω·，則有效功率指令P*被設(shè)定為額定功率 Prated(上述的情況(3))。由此，輸出的有效功率P被維持為額定功率Prated。由于發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速ω超過(guò)額定轉(zhuǎn)速ω·，因此間距指令β *增加，間距角β移動(dòng)到順槳(feather)側(cè)。若發(fā)生短暫的無(wú)風(fēng)，則發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω將驟減。間距控制單元32為了將發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速ω維持為額定轉(zhuǎn)速而減少間距指令β*，由此，移動(dòng)到用于減小間距指令β* 的、即精細(xì)側(cè)。即使是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比額定轉(zhuǎn)速ω·小，但只要間距角β沒(méi)有達(dá) 到最小間距角β ■，有效功率指令P*就會(huì)被維持為額定功率Prated。從而，輸出的有效功 率P也被維持為額定功率Prated。在圖7的動(dòng)作中，在間距角β達(dá)到最小間距角之前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω再次 恢復(fù)為額定轉(zhuǎn)速ω·，從而有效功率P被維持為額定功率Prated。這樣，在本實(shí)施方式的 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中，發(fā)生了短暫的無(wú)風(fēng)時(shí)的輸出功率的變動(dòng)被抑制。進(jìn)而，在本實(shí)施方 式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω成為比額定轉(zhuǎn)速ω·小時(shí)，在風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的輸 出系數(shù)無(wú)法因間距角β的減少而再增加之后，輸出功率P才會(huì)從額定功率Prated減少，因 此風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)能量被有效地活用，能夠有效地提高發(fā)電效率。本實(shí)施方式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1還優(yōu)選構(gòu)成為執(zhí)行與各種運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的各種控 制方法。圖8表示進(jìn)行與各種運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的控制的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。第1，在圖8的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1中，主控制裝置19根據(jù)由風(fēng)速計(jì)10計(jì)測(cè)的風(fēng)速 以及風(fēng)向來(lái)檢測(cè)驟風(fēng)(突然刮起的風(fēng))的發(fā)生。也可以代替風(fēng)速以及風(fēng)向，而基于發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)檢測(cè)驟風(fēng)的發(fā)生。在檢測(cè)到了驟風(fēng)的發(fā)生時(shí)，控制有效功率指令Ρ*，使得風(fēng)車 轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速不會(huì)增大過(guò)多。具體地說(shuō)，如圖9所示那樣，若根據(jù)風(fēng)速以及風(fēng)向而檢測(cè) 到驟風(fēng)的發(fā)生(步驟S01)，則風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的加速度(轉(zhuǎn)子加速度)或者風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn) 速(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)被監(jiān)視。若轉(zhuǎn)子加速度或者轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)規(guī)定的限制值(步驟S02)，則 有效功率指令P*增大(步驟S03)。在有效功率指令P*迄今為止被控制為額定功率Prated 的情況下，有效功率指令P*被控制成為比額定功率Prated還要大。由此，風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋 轉(zhuǎn)能量被變換為電能而由電力系統(tǒng)13消耗。由此，風(fēng)車轉(zhuǎn)子7減速。此外，圖8的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1構(gòu)成為，在驅(qū)動(dòng)葉片8的間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中檢測(cè)到了 故障時(shí)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙回旋機(jī)構(gòu)4使風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)面從上風(fēng)方向上退避，由此停止風(fēng) 車轉(zhuǎn)子7。為了達(dá)到該目的，間距控制裝置22構(gòu)成為能夠檢測(cè)出圖2的油壓氣缸11和/ 或伺服閥12的故障。主控制裝置19若檢測(cè)出油壓氣缸11和/或伺服閥12的故障，則響應(yīng)于此而生成偏轉(zhuǎn)指令。圖10表示風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)面從上風(fēng)方向上退避的步驟。若由間距控制裝置22 檢測(cè)出油壓氣缸11和/或伺服閥12的故障(步驟S06)，則間距故障信號(hào)被激活。主控 制裝置19響應(yīng)于間距故障信號(hào)的激活而生成偏轉(zhuǎn)指令，并控制發(fā)動(dòng)機(jī)艙3的偏轉(zhuǎn)角，由 此，使風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)面從上風(fēng)方向上退避(步驟S07)。上風(fēng)方向可根據(jù)由風(fēng)速計(jì)10 計(jì)測(cè)的風(fēng)向而判斷。通過(guò)風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)面從上風(fēng)方向上退避，從而流入風(fēng)車轉(zhuǎn)子7 的風(fēng)的風(fēng)速減少，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩減少(步驟S08)。其結(jié)果，風(fēng)車轉(zhuǎn)子7減速而停止。除此之外，圖8的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1構(gòu)成為，控制在發(fā)生了系統(tǒng)電壓Vgnd的過(guò)多的 增加和減少時(shí)提供給電力系統(tǒng)13的無(wú)效功率Q，進(jìn)而進(jìn)行與該無(wú)效功率Q對(duì)應(yīng)的間距控 制。圖11是表示這樣的控制步驟的流程圖。 在系統(tǒng)電壓Vgnd超過(guò)了規(guī)定的額定電壓Vrated的時(shí)(X是大于100的規(guī)定值)， 或者成為比規(guī)定的額定電壓Vrated的￥%小時(shí)(Y是小于100的規(guī)定值)(步驟Sll)，提供 給功率控制單元31的功率因數(shù)指令被修正(步驟S12)。修正后的功率因數(shù)指令可以從 電力系統(tǒng)13的控制系統(tǒng)提供，此外，也可以是主控制裝置19本身根據(jù)系統(tǒng)電壓Vgnd而修 正功率因數(shù)指令。由此，在系統(tǒng)電壓Vgnd超過(guò)了規(guī)定的額定電壓Vrated的時(shí)，無(wú)效功 率指令Q*減少，在系統(tǒng)電壓Vgnd超過(guò)了規(guī)定的額定電壓VratedW 時(shí)，無(wú)效功率指令 Q*增加。由于從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1提供給電力系統(tǒng)13的視在功率S為一定，因此在無(wú)效 功率指令Q*減少時(shí)有效功率指令P*增加，在無(wú)效功率指令Q*增加時(shí)有效功率指令P* 減少。通過(guò)AC-DC-AC變換器17響應(yīng)于有效功率指令P*以及無(wú)效功率指令Q*而被控 制，從而提供給電力系統(tǒng)13的無(wú)效功率Q被控制(步驟S13)。在無(wú)效功率指令Q*大大增大時(shí)，有效功率指令P*將減少，這會(huì)使風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)1的輸出降低。為了避免這樣的不妥，通過(guò)在無(wú)效功率指令Q*的增大比規(guī)定的增大量 大時(shí)，減少間距指令β * (即，間距指令β *移動(dòng)到精細(xì)側(cè))，從而有效功率P增大(步 驟 S15)。在無(wú)效功率指令Q*大大減少時(shí)，有效功率指令P*將增加，這會(huì)使風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)1的輸出不必要地增加。為了避免這樣的不妥，通過(guò)在無(wú)效功率指令Q*的減少比規(guī) 定的減少量大時(shí)，增加間距指令β*(即，間距指令β*移動(dòng)到順槳側(cè))，從而有效功率P 減少。進(jìn)而，圖8的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1構(gòu)成為，在應(yīng)急用電池28充電的期間，增大要輸 出的有效功率P。這是為了補(bǔ)償在應(yīng)急用電池28的充電中使用的功率。具體地說(shuō)，如 圖12所示那樣，若充電裝置27開(kāi)始應(yīng)急用電池28的充電(步驟S21)，則充電裝置27 將激活充電開(kāi)始信號(hào)。主控制裝置19響應(yīng)于充電開(kāi)始信號(hào)的激活而增加有效功率指令 P* (步驟S22)。有效功率指令P*的增加量被設(shè)定為與在應(yīng)急用電池28的充電中使用的 功率的量相同。在不進(jìn)行充電的情況下，由PI控制單元35生成的有效功率指令P*用于 AC-DC-AC變換器17的控制。另外，本發(fā)明不應(yīng)被限定在上述的實(shí)施方式而解釋。例如，本實(shí)施方式的風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)1是雙重供應(yīng)可變速風(fēng)力渦輪系統(tǒng)，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于風(fēng)車轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和 間距角的雙方都可變的其他形式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于由發(fā)電機(jī)發(fā) 電的交流功率的全部，通過(guò)AC-DC-AC變換器而被變換為符合電力系統(tǒng)的頻率的交流功率那樣的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。此外，應(yīng)急用電池28的充電不僅可以通過(guò)從電力系統(tǒng)獲取的功率而進(jìn)行，也可 以通過(guò)從發(fā)電機(jī)輸出的功率而進(jìn)行。進(jìn)而，由于風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速依賴于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω，因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)清楚可以代替發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω而使用風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速。例如，如本實(shí)施方式那樣，風(fēng) 車轉(zhuǎn)子7經(jīng)由齒輪(gear) 6而連接到線圈感應(yīng)發(fā)電機(jī)5時(shí)，風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速ω —對(duì)一對(duì)應(yīng)。此外，在代替齒輪6而使用環(huán)形(toroidal)變速器那樣的無(wú)級(jí) 變速器 時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω也會(huì)伴隨風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速的增大而增大，因此可以代替發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ω而使用風(fēng)車轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)速。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)車轉(zhuǎn)子，具有間距角可變的葉片；發(fā)電機(jī)，由所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子所驅(qū)動(dòng)；以及控制裝置，響應(yīng)于所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子或者所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制所述發(fā)電機(jī)的輸出功 率和所述葉片的所述間距角，所述控制裝置在所述轉(zhuǎn)速增大而達(dá)到規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之前的期間，進(jìn)行按照規(guī)定的 功率-轉(zhuǎn)速曲線而控制所述輸出功率的第1控制，在所述轉(zhuǎn)速超過(guò)了所述額定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn) 行將所述輸出功率控制為規(guī)定的額定功率的第2控制，一旦在被設(shè)定為進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)之后，所述轉(zhuǎn)速成為比所述額定轉(zhuǎn)速小 時(shí)，所述控制裝置響應(yīng)于所述間距角而維持進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)，或者轉(zhuǎn)移到進(jìn)行 所述第1控制的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，一旦在被設(shè)定為進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)之后，所述轉(zhuǎn)速成為比所述額定轉(zhuǎn)速小 時(shí)，所述控制裝置在所述間距角大于規(guī)定的間距角的情況下維持進(jìn)行所述第2控制的狀 態(tài)，在所述間距角達(dá)到所述規(guī)定的間距角之后才轉(zhuǎn)移到進(jìn)行所述第1控制的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，一旦在被設(shè)定為進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)之后，所述轉(zhuǎn)速成為比小于所述額定轉(zhuǎn)速 的規(guī)定的閾值轉(zhuǎn)速還要小時(shí)，所述控制裝置與所述間距角無(wú)關(guān)地轉(zhuǎn)移到進(jìn)行所述第1控 制的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述控制裝置響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速和規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之差、以及所述輸出功率和所述額 定功率之差而控制所述間距角。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述控制裝置在所述輸出功率小于所述額定功率時(shí)，控制所述間距角以減小所述間距角。
6.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述控制裝置在檢測(cè)出了驟風(fēng)時(shí)，響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)速而增大所述發(fā)電機(jī)的輸出功率。
7.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，還包括回旋機(jī)構(gòu)，回旋風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)面的朝向；以及風(fēng)向檢測(cè)器，檢測(cè)出上風(fēng)方向，所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子包括用于驅(qū)動(dòng)所述葉片的間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述控制裝置在檢測(cè)出了所述間距角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障時(shí)，控制所述回旋機(jī)構(gòu)使得所 述風(fēng)車轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)面從所述上風(fēng)方向退避。
8.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述控制裝置響應(yīng)于連接到所述發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的電壓而控制從所述發(fā)電機(jī)輸出 到所述電力系統(tǒng)的無(wú)效功率，并且根據(jù)所述無(wú)效功率而控制所述間距角。
9.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，還包括應(yīng)急用電池；以及充電裝置，通過(guò)從所述電力系統(tǒng)獲取的功率對(duì)所述應(yīng)急用電池進(jìn)行充電，所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子包括用于驅(qū)動(dòng)所述葉片的間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述應(yīng)急用電池在連接到發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的電壓下降時(shí)，對(duì)所述間距驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和 所述控制裝置提供功率，所述控制裝置在所述應(yīng)急用電池被充電的期間，控制所述輸出功率以增加所述輸出功率。
10.—種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其中， 該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括 風(fēng)車轉(zhuǎn)子，具有間距角可變的葉片；以及 發(fā)電機(jī)，由所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子所驅(qū)動(dòng)， 所述控制方法包括響應(yīng)于所述風(fēng)車轉(zhuǎn)子或者所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制所述發(fā)電機(jī)的輸出功率和所述葉 片的所述間距角的步驟，其中，所述進(jìn)行控制的步驟包括(A)在所述轉(zhuǎn)速增大而達(dá)到規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之前的期間，進(jìn)行按照規(guī)定的功率-轉(zhuǎn)速 曲線而控制所述輸出功率的第1控制的步驟；(B)在所述轉(zhuǎn)速超過(guò)了所述額定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行將所述輸出功率控制為規(guī)定的額定功 率的第2控制的步驟；以及(C)一旦在被設(shè)定為進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)之后，所述轉(zhuǎn)速成為比所述額定轉(zhuǎn)速小 時(shí)，響應(yīng)于所述間距角而維持進(jìn)行所述第2控制的狀態(tài)，或者轉(zhuǎn)移到進(jìn)行所述第1控制的 狀態(tài)的步驟。
全文摘要
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)車轉(zhuǎn)子，具有間距角可變的葉片；發(fā)電機(jī)，由風(fēng)車轉(zhuǎn)子所驅(qū)動(dòng)；以及控制裝置，響應(yīng)于風(fēng)車轉(zhuǎn)子或者發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制發(fā)電機(jī)的輸出功率和葉片的間距角?？刂蒲b置在轉(zhuǎn)速增大而達(dá)到規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速之前的期間，進(jìn)行按照規(guī)定的功率-轉(zhuǎn)速曲線而控制輸出功率的第1控制，在轉(zhuǎn)速超過(guò)了額定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行將輸出功率控制為規(guī)定的額定功率的第2控制。一旦在被設(shè)定為進(jìn)行第2控制的狀態(tài)之后，轉(zhuǎn)速成為比額定轉(zhuǎn)速小時(shí)，控制裝置響應(yīng)于間距角而維持進(jìn)行第2控制的狀態(tài)，或者轉(zhuǎn)移到進(jìn)行第1控制的狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02P9/00GK102017392SQ20088012902
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者有永真司, 松下崇俊, 若狹強(qiáng)志 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社