专利名称：监视控制装置以及方法和具备该监视控制装置的风电场的制作方法
技术领域：
本发明涉及监视控制装置以及方法和具备该监视控制装置的风电场。
背景技术：
以往，在具备多个风力发电装置的风电场中，为了响应电力系统侧所请求的输出限制，设有控制风电场整体的发电量的监视控制装置。例如，在专利文献1中，提出了如下方法通过由集中地控制多个风电场的监视控制装置，使由各风电场得到的发电量在风电场间调配，来响应来自电力系统的输出请求。专利文献1 JP特开2009-156171号公报但是，在上述专利文献1的方法中，对于无法在风电场间调配的部分的发电量，通过对规定的风电场内所包含的全体风力发电装置进行控制来处理，由于疲劳等而产生的劣化度较高的风力发电装置、和劣化度较低的风力发电装置不被区分地受到了输出限制。像这样，因为劣化度较高的风力发电装置并不是优先成为输出限制的控制对象，所以存在作为风电场的寿命无法得到延长的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题而作，目的在于提供一种能够在进行与电力系统的请求相应的有效功率的输出控制的同时，延长作为风电场的寿命的监视控制装置和方法以及具备该监视控制装置的风电场。为了达成上述目的，本发明提供以下手段。本发明的第1形态，是一种监视控制装置，其适用于具有多个风力发电装置的风电场，所述监视控制装置具备推定部，其推定各所述风力发电装置的劣化度；群生成部， 其根据所述劣化度来将所述风力发电装置分组，生成风力发电装置群；和功率控制部，其在从电力系统侧接收到了有效功率的减小请求的情况下，与包含所述劣化度较高的所述风力发电装置的所述风力发电装置群即高劣化风力发电装置群以外的其他所述风力发电装置群所包含的所述风力发电装置相比，使所述高劣化风力发电装置群所包含的各所述风力发电装置优先减小有效功率。通过该形态，在从电力系统侧接收到了有效功率的变更请求的情况下，根据风力发电装置的劣化度而被分组的风力发电装置群中的高劣化风力发电装置群的风力发电装置，与其他风力发电装置群的风力发电装置相比，优先减小有效功率。在此，劣化度是指，过去的风力发电装置的故障频度、过去从风力发电装置检测出的警报频度、根据风力发电装置的响应的恶劣度等而决定的风力发电装置的疲劳的程度。像这样，因为从劣化度较高的风力发电装置群开始优先减小有效功率，所以，例如在风电场中存在多个风力发电装置，且风力发电装置被分为劣化度较高的风力发电装置、 中等程度的风力发电装置、劣化度较低的风力发电装置等各个风力发电装置群的情况下， 优先减小高劣化风力发电装置群所包含的风力发电装置的有效功率。由此，能够抑制在同时限制风电场内全体的风力发电装置的有效功率的情况下产生的剧烈的有效功率的变动， 能够减小对电力系统的影响。此外，因为从劣化度较高的风力发电装置群(即，具有容易较早损坏的性质的风力发电装置)的有效功率开始优先减小，所以劣化度较低的风力发电装置群(即，具有较不易损坏的性质的风力发电装置)的有效功率的减小被推迟，结果能够延长作为风电场的寿命。并且，通过以风力发电装置群为单位来减小有效功率，与由一个风力发电装置来响应有效功率的变更请求的情况相比，因为每一个风力发电装置的有效功率的变动量变少，所以能够减小对电力系统的影响。也可以采用如下方式上述形态的所述推定部根据所述风力发电装置的有效功率的输出值来推定所述劣化度，所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述输出值较大的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。通过上述形态，与其他风力发电装置相比，有效功率的输出值较大的风力发电装置被当作劣化度较高的风力发电装置。风力发电装置，例如，连结有与安装了风车叶片的旋翼头连结且一体地旋转的主轴、对主轴的旋转进行增速并输出的增速机、由增速机的输出来驱动的发电机，构成了传动系统的情况下，风力发电装置的输出值和主轴的旋转转矩的关系成为图4那样。在图4中表示风力发电装置的输出值越大则施加于传动系统的主轴的旋转转矩越大的关系。此外，因为风力发电装置的劣化度(疲劳)能够用施加于主轴的旋转转矩的大小来评价，所以根据上述内容，通过根据风力发电装置的输出值来推定劣化度，能够容易地决定劣化度较高的风力发电装置群，能够延长风电场的寿命。也可以采用如下方式在上述形态中，在所述风力发电装置具备使施加于所述风力发电装置的负荷减小的负荷减小装置的情况下，所述推定部根据所述负荷减小装置的故障次数来推定所述劣化度，所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述故障次数较多的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。通过上述形态，使由于负荷减小装置的故障的影响而无法进行负荷的减小的低效的风力发电装置的有效功率减小，因此能够延长作为风电场的寿命。在此，负荷减小装置是指，例如，作为为了抑制施加于风车叶片的负荷而控制风车叶片的螺距角的装置的独立螺距控制装置、作为通过风车叶片的螺距角控制来控制风车塔的减振的装置的塔减振控制装置等。也可以采用如下方式上述形态中的所述推定部，根据从所述风力发电装置的绝缘物检测出的温度与额定运转时检测出的所述绝缘物的温度的温度差来推定所述劣化度， 所述功率控制部将包含所述温度差较大的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。通过上述形态，检测出的绝缘物的温度信息、和额定运转时的绝缘物的温度的温度差较大的风力发电装置被当作高劣化风力发电装置群，与其他风力发电装置群的风力发电装置相比，优先减小高劣化风力发电装置群的风力发电装置的有效功率。由此，能够减小来自线圈等的焦耳热，并缩短绝缘物暴露在高温中的时间，能够减小热应力所产生的绝缘物的破坏风险。在此，绝缘物是指，例如，使用了变压器的绝缘物、转换器、重型电机产品等施加电压的绝缘物。也可以采用如下方式上述形态的所述风力发电装置，具备计数部，所述计数部对进行从没有发生所述电力系统侧的电压的降低时的运转模式即第1运转模式，到作为在规定期间发生了所述电力系统的系统电压的降低时的运转模式即第2运转模式的运转模式的切换的次数进行计数，所述推定部根据由所述计数部计数的所述次数来推定所述劣化度，所述功率控制部将与其他所述风力发电装置相比所述次数较多的所述风力发电装置作为所述高劣化风力发电装置群。通过上述形态，进行了从没有发生电力系统侧的电压的降低时的运转模式即第1 运转模式、到在规定期间发生了电力系统侧的电压的降低时的运转模式即第2运转模式的切换的次数较多的风力发电装置，被当作劣化度较高的风力发电装置。例如，在规定期间发生了电力系统侧的电压的降低时的运转模式，所谓LVRT (Low Voltage Ride-Through)功能进行工作的运转模式中，风力发电装置的主轴和增速机等由于轴系扭振而受到机械应力。 这样，因为将受到机械应力的机械较多的风力发电装置作为劣化度较高的风力发电装置， 所以能够减少劣化度较高的风力发电装置的运转，能够减小作为风电场整体的劣化。也可以采用如下方式上述形态的所述风力发电装置，具备振动测量装置，所述振动测量装置测量传动系统的振动，所述推定部根据所述振动测量装置的振动测量值来推定所述劣化度，所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述振动测量值较大的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。例如，在轴承或增速机等旋转设备具有金属之间的滑动部，且发生了金属粉的卷入等的情况下，在传动系统的轴的旋转时产生振动或异音。因此，由推定部来测量传动系统的振动并推定劣化度。例如，根据通常运转时的振动值和测量时的振动值的差来推定劣化度。 也可以采用如下方式所述推定部根据所述劣化度来计算针对所述风电场整体的各所述风力发电装置的指标值，所述群生成部具有针对所述指标值的阈值，并根据该阈值和所述指标值来生成所述风力发电装置群。像这样，通过将劣化度换算为指标值，并将指标值与规定的阈值进行比较，能够简便对进行风力发电装置的分组。也可以采用如下方式上述形态的所述群生成部，将来自所述电力系统侧的有效功率的变更请求的接收作为触发，来生成所述风力发电装置群。通过上述形态，通过在从电力系统侧接收到了有效功率的变更请求的定时将风力发电装置分组，与事先进行分组的情况相比，能够进行与现在的风力发电装置的状态相应的分组，因此能够进行与风力发电装置的现在的劣化度相应的有效功率控制。也可以采用如下方式在上述形态中，具备计时部，其测量所述风力发电装置的运转时间，所述群生成部按照由所述计时部测量出的规定的时间间隔来生成所述风力发电装置群。因为按照规定的时间间隔来将风力发电装置分组，所以能够进行与时刻变化的风力发电装置的劣化度相应的有效功率控制。本发明的第2形态是具备上述任意一项所述的监视控制装置、和多个所述风力发电装置的风电场。本发明的第3形态是一种监视控制方法，其适用于具有多个风力发电装置的风电场，所述监视控制方法具有第1过程，其推定所述风力发电装置的所述劣化度；第2过程，其根据所述劣化度来将所述风力发电装置分组，生成所述风力发电装置群；和第3过程，其在从电力系统侧接收到了有效功率的减小请求的情况下，与包含所述劣化度较高的所述风力发电装置的所述风力发电装置群即高劣化风力发电装置群以外的其他所述风力发电装置群所包含的所述风力发电装置相比，优先对所述高劣化风力发电装置群所包含的各所述风力发电装置进行有效功率减小控制。本发明起到了能够在进行与电力系统的请求相应的有效功率的输出控制的同时， 延长风电场的寿命的效果。
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的风力发电系统的概要结构的图。图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的风车的概要结构的概要图。图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的监视控制装置的概要结构的图。图4是表示风力发电装置的输出值和传动系统的转矩的关系的一个例子的图。图5是表示根据负荷疲劳评价指数和绝缘疲劳评价分数来生成风力发电装置群的情况下的各自的阈值的一个例子的图。图6是表示按照每个风车群控制了有效功率的情况下的时间和发电量的关系的图。符号说明
1风力发电系统2风力发电装置3监视控制装置31推定部32群生成部33功率控制部
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明所涉及的监视控制装置和方法以及具备该监视控制装置和方法的风电场的实施方式进行说明。〔第1实施方式〕图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的风力发电系统(风电场)1的整体结构的图。风力发电系统1具备多个风力发电装置(以下称作“风车”)2、和控制各风车2的运转状态的监视控制装置3。在本实施方式中，以风力发电系统1具备50台风车2的情况为例进行说明，但台数没有特别限定。图2是表示风车2的概要结构的概要图。风车2，如图2所示，具有支柱12 ；导流罩(nacelle) 13，其设置于支柱12的上端；和旋翼头(rotor head) 14，其能够在大致水平的轴线周围旋转而设置于导流罩13上。在旋翼头14上，围绕其旋转轴线放射状地安装有 3片风车叶片15。由此，从旋翼头14的旋转轴线方向吹到风车叶片15上的风的力，被变换为使旋翼头14围绕旋转轴线旋转的动力，该动力被设置于风车2的发电设备(图示略)变换为电能。此外，在旋翼头14上设有风车控制部16，该风车控制部16根据风况，使风车叶片15围绕风车叶片15的轴线旋转，控制风车叶片15的螺距角等，来控制风车2的运转。另外，在本实施方式中，将设有3片风车叶片15的风车应用于例子来进行了说明， 但风车叶片15的片数不限于3片，也可以为2片的情况、或比3片多，没有特别限定。如图3所示，监视控制装置3具备推定部31 ；群生成部32 ；和功率控制部33。推定部31推定风车2的劣化度。在此，劣化度是指根据过去的风车2的故障频度、过去从风车2检测出的警报频度、风车2的响应的恶劣度等来决定的风车2的疲劳的程度。在本实施方式中，以推定部31根据风车2的有效功率的输出值、和风车2的绝缘物的温度来推定劣化度的情况为例进行说明。例如，在如下情况下风车2的输出值和主轴的旋转转矩的关系如图4所示风车 2连结有，与安装了风车叶片的旋翼头连结并一体地旋转的主轴、对主轴的旋转进行增速并输出的增速机、由增速机的输出来驱动的发电机，构成了传动系统。在图4中表示了风车2 的输出值越大则施加给传动系统的主轴的旋转转矩越大的关系。此外，风车2的劣化度(疲劳)能够用施加给主轴的旋转转矩的大小来评价，因此推定部31推定风车2的有效功率的输出值来作为劣化度(作为第1劣化度)。此外，推定部31根据从风车2的绝缘物检测出的温度，来推定劣化度(作为第2 劣化度)。具体来说，在各风车2中，具备检测风车2的绝缘物的温度的温度检测部(图示略)，推定部31取得由各个温度检测部检测出的温度信息，并将取得的温度信息与额定运转时的绝缘物的温度的差作为劣化度。例如，在将使用于变压器的绝缘物的温度作为绝缘物的温度信息的情况下，也可以取代上述温度差，将按照温度差而工作的变压器冷却风扇的动作次数作为劣化度。像这样，根据风车2的有效功率的输出值和风车2的绝缘物的温度等多个信息推定出的多个劣化度(第1劣化度、和第2劣化度)分别被输出到群生成部32。此外，更优选，推定部31除了推定劣化度之外，还根据推定出的劣化度，来计算针对风电场内整体的指标值，并将指标值输出到群生成部32。例如，推定值31从各风车2取得有效功率的输出值，并且计算针对风电场内的总发电量(WVh)的偏差值，将此作为负荷疲劳评价指数α。此外，推定部31从各风车2计算出变压器冷却风扇的总动作次数的偏差值，并将此作为绝缘疲劳评价分数β。群生成部32根据劣化度来将风车2分组，生成风力发电装置群(以下，称作“风车群”)。此外，群生成部32也可以根据有效功率输出量来判定风车2的运转状况，并将停止中、或者低输出(例如，500kW)的风车2分组为不进行有效功率控制的风车群(例如，图5 的组D)。此外，在具有针对指标值的阈值的情况下，群生成部32根据阈值和指标值来生成风车群。在图5中，指标值(负荷疲劳评价指数α和绝缘疲劳评价分数β)和生成风车群时的各自的阈值建立对应。例如，如图5所示，负荷疲劳评价指数α，在阈值a< α的情况下，作为优先施加大幅有效功率限制的风车群(例如，组A)，在阈值b< α <阈值a的情况下，作为施加大幅有效功率限制的风车群(例如，组B)，在α <阈值b的情况下，作为施加有效功率限制的风车群(例如，组C)。此外，在存在多个劣化度或指标值的信息的情况下，群生成部32根据规定的条件来决定区分的组。例如，在规定的条件为选定优先度较高的组的情况下，负荷疲劳评价指数 α为组C的范围，绝缘疲劳评价分数β处于组A的范围的风车2的组，被决定为优先度较高的组Α。另外，群生成部32在希望的定时生成风车群。例如，群生成部32既可以将来自电力系统侧的有效功率的变更请求的接收作为触发，来生成风车群，也可以具备测量各风车2 的运转时间的计时部，群生成部32按照由计时部测量出的规定的时间间隔来生成风车群。通过在从电力系统侧接收到了有效功率的变更请求的定时将风力发电装置分组， 与事先分组的情况相比较，因为根据现在的风车2的运转状态被分组，所以能够进行与风车2的现在的劣化度相应的有效功率控制。此外，通过按照规定的时间间隔来将风车2分组，能够进行与时刻变化的风车2的劣化度相应的有效功率控制。在从电力系统侧接收到了有效功率的减小请求的情况下，功率控制部33使包含劣化度较高的风车2的风车群即高劣化风车群的各风车2的有效功率，比高劣化风车群以外的其他风车群所包含的风车2优先减小。具体来说，功率控制部33，针对在风电场内被分组后的多个风车群，按照与劣化度的高低相应地设定的规定的比例，来控制各风车群所包含的风车2的有效功率。此外，功率控制部33按照每个规定间隔对电力系统侧的状况进行检测，同时反复进行有效功率的控制。更具体来说，对由功率控制部33对各风车2输出的有效功率的指令值的计算方法进行说明。在此，假设功率控制部33对组A到组C进行有效功率控制，组D不进行有效功率控制来进行说明。此外，假设组A的风车2的台数为η台，组B的风车2的台数为m台， 组C的风车2的台数为1台。假设从电力系统侧对风力发电系统1请求的有效功率的减小量为AP_lim，对作为优先进行有效功率控制的组的组A所包含的各风车2请求的减小量为Δ Pa_lim的情况下，APa_lim设定为从组A的各风车2输出的有效功率的规定比例(以下假设例如减小 20%来进行说明。)。然后，根据下式(1)所示的条件式来进行有效功率控制。AP_lim > APa_limXn(l)< 情况 1>在满足上式(1)的情况下，组A的有效功率的减小量被原样保持在设定时的20%。 并且，组B和组C的各风车的有效功率的减小量由下式(2)来决定。[数1]
权利要求
1.一种监视控制装置，其适用于具有多个风力发电装置的风电场， 所述监视控制装置具备推定部，其推定各所述风力发电装置的劣化度；群生成部，其根据所述劣化度来将所述风力发电装置分组，生成风力发电装置群；和功率控制部，其在从电力系统侧接收到有效功率的减小请求的情况下，与包含所述劣化度较高的所述风力发电装置的所述风力发电装置群即高劣化风力发电装置群以外的其他所述风力发电装置群所包含的所述风力发电装置相比，使所述高劣化风力发电装置群所包含的各所述风力发电装置优先减小有效功率。
2.根据权利要求1所述的监视控制装置，其特征在于，所述推定部根据所述风力发电装置的有效功率的输出值来推定所述劣化度， 所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述输出值较大的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于，在所述风力发电装置具备使施加于所述风力发电装置的负荷减小的负荷减小装置的情况下，所述推定部根据所述负荷减小装置的故障次数来推定所述劣化度， 所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述故障次数较多的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于，所述推定部根据从所述风力发电装置的绝缘物检测出的温度与额定运转时检测出的所述绝缘物的温度的温度差，来推定所述劣化度，所述功率控制部将包含所述温度差较大的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于，所述风力发电装置具备计数部，所述计数部对进行从没有发生所述电力系统侧的电压的降低时的运转模式即第1运转模式，到在规定期间发生了所述电力系统的系统电压的降低时的运转模式即第2运转模式的运转模式的切换的次数进行计数， 所述推定部根据由所述计数部计数的所述次数来推定所述劣化度， 所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述次数较多的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于，所述风力发电装置具备振动测量装置，所述振动测量装置测量传动系统的振动， 所述推定部根据所述振动测量装置的振动测量值来推定所述劣化度， 所述功率控制部将包含与其他所述风力发电装置相比所述振动测量值较大的所述风力发电装置的所述风力发电装置群作为所述高劣化风力发电装置群。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于，所述推定部根据所述劣化度来计算针对所述风电场整体的各所述风力发电装置的指标值，所述群生成部具有针对所述指标值的阈值，并根据该阈值和所述指标值来生成所述风力发电装置群。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于，所述群生成部将来自所述电力系统侧的有效功率的变更请求的接收作为触发，来生成所述风力发电装置群。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置，其特征在于， 具备计时部，其测量所述风力发电装置的运转时间，所述群生成部按照由所述计时部测量出的规定的时间间隔来生成所述风力发电装置群。
10.一种风电场，其具备权利要求1或权利要求2所述的监视控制装置和多个所述风力发电装置。
11.一种监视控制方法，其适用于具有多个风力发电装置的风电场， 所述监视控制方法具有第1过程，推定所述风力发电装置的所述劣化度；第2过程，根据所述劣化度来将所述风力发电装置分组，生成所述风力发电装置群；和第3过程，在从电力系统侧接收到有效功率的减小请求的情况下，与包含所述劣化度较高的所述风力发电装置的所述风力发电装置群即高劣化风力发电装置群以外的其他所述风力发电装置群所包含的所述风力发电装置相比，优先对所述高劣化风力发电装置群所包含的各所述风力发电装置进行有效功率减小控制。
全文摘要
本发明的目的在于，在进行与电力系统的请求相应的有效功率的输出控制的同时，延长作为风电场的寿命。本发明的监视控制装置(3)，其适用于具有多个风力发电装置的风力发电系统，监视控制装置(3)具备推定部(31)，其推定风力发电装置的劣化度；群生成部(32)，其根据劣化度来将风力发电装置分组，生成风力发电装置群；和功率控制部(33)，其在从电力系统侧接收到了有效功率的减小请求的情况下，与包含劣化度较高的风力发电装置的风力发电装置群即高劣化风力发电装置群以外的其他风力发电装置群所包含的风力发电装置相比，优先对高劣化风力发电装置群所包含的各风力发电装置进行有效功率减小控制。
文档编号F03D1/02GK102356233SQ20108000284
公开日2012年2月15日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者八杉明, 若田大介 申请人:三菱重工业株式会社